Научное обоснование и разработка технологий получения и холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов с биологически активными веществами дикорастущего сырья

На правах рукописи

БАЗАРНОВА Юлия Генриховна НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ХОЛОДИЛЬНОГО КОНСЕРВИРОВАНИЯ ФИТОПРЕПАРАТОВ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ 05.18.07 – Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2013 2

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный иссле довательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Официальные оппоненты:

Никифорова Татьяна Алексеевна доктор технических наук, профессор ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Россельхозакадемии, директор Перкель Роман Львович доктор технических наук, старший научный сотрудник ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет», профессор кафедры технологии и организации питания Глотова Ирина Анатольевна доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра 1», зав. кафедрой технологии переработки животноводческой продукции

Ведущая организация:

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

Защита состоится «_»_2013 г. в ч на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском уни верситете информационных технологий, механики и оптики по адресу:

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

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПб НИУ ИТМО

Автореферат разослан «»_2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Колодязная В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

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

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

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

Согласно международной классификации ФАО/ВОЗ, натуральные фитопрепа раты в форме экстрактов и концентратов с высоким содержанием БАВ, а также тради ционные продукты питания, обогащенные фитодобавками, включены в перечень функ циональных продуктов.

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

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

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

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

Для оценки эффективности разработанных технологических решений целесооб разно проведение экспериментальных исследований кинетики процессов, лимитирую щих продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод.

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

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

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

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

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

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

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

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

изучить кинетические закономерности ингибирования окисления липидов в присут ствии фитоантиоксидантов (ФАО);

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

исследовать влияние ИФК на показатели качества эмульсионных пищевых продук тов при холодильном хранении;

разработать технологию консервирования дикорастущих ягод в изотонических за ливочных сиропах;

изучить кинетические закономерности биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных ди корастущих ягод;

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

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

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

Научная новизна. Научно обоснованы методологические принципы исследова ния биотехнологического потенциала дикорастущих многолетних растений семейств Lamiaceae, Asteraceae (Compositae), Hypericaceae, Rosaceae, Vacciniaceae, Caprifoliaceae, широко распространенных в Северо-Западном регионе РФ, и техноло гические решения для получения продуктов их переработки с применением процессов экстракции, инкапсуляции и холодильного консервирования.

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

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

Модифицированы спектральные и хроматографические методы идентификации и количественного анализа биологически активных веществ в фитопрепаратах, получен ных экстракцией дикорастущего сырья водно-спиртовыми смесями и сжиженным ди оксидом углерода. Проведена систематизация БАВ в ВСИ и СО2-экстрактах. Выявлено, что технология экстракции водно-спиртовыми смесями эффективна для извлечения природных форм фенольных соединений, а технология экстракции сжиженным диок сидом углерода — для извлечения терпеноидных веществ.

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

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

Научно обоснован электронный механизм ингибирования кислородсодержащих свободных радикалов природными полифенольными антиоксидантами. Установлены значения антиоксидантной активности (АОА) фитопрепаратов. Выявлено, что высокой антиоксидантной активностью обладают ВСИ плодов шиповника и боярышника. Изу чен механизм взаимодействия ФАО в составе ВСИ и СО2-экстрактов пряных трав с мо дельными фермент-субстратными комплексами в реакциях гидролиза и окисления ли пидов, установлены их кинетические характеристики.

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

Показано, что наиболее выраженным бактериостатическим эффектом обладают ВСИ чабреца, шалфея, календулы и рябины, а также СО2-экстракты гвоздики, шалфея и розмарина.

Разработан состав инкапсулированных фитокомпозиций на основе ВСИ и СО2 экстрактов для пищевых эмульсий и технологические режимы их получения. Научно обоснованы технологические режимы консервирования дикорастущих ягод в изотони ческих заливочных сиропах. Разработаны кинетические модели биохимических и мас сообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных дикорастущих ягод.

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

Практическая значимость. Разработаны технологии одно- и многокомпонент ных ВСИ из дикорастущих многолетних растений семейств Lamiaceae, Asteraceae (Compositae), Hypericaceae, Rosaceae, Vacciniaceae, Caprifoliaceae. Экспериментально обоснованы состав и соотношение экстрагирующих смесей и растительного сырья, изучены технологические свойства сырья — насыпная масса, фракционный состав и ко эффициент поглощения экстрагента растительной массой. Оптимизированы технологи ческие режимы экстракции флавоноидов для получения многокомпонентных ВСИ с использованием разработанных фитокомпозиций.

Технология многокомпонентных водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов апробирована и внедрена на ЗАО «ФП Мелиген» (г. Санкт-Петербург).

Разработана и утверждена техническая документация на ВСИ «Пряные травы» (СТП 64-23059311-005–2012);

«Лесная поляна» (СТП 64-23059311-004–2012);

«Душистый» (СТП 64-23059311-006–2012);

«Дары природы» (СТП 64-23059311-008–2012);

«Лесной аромат» (СТП 64-23059311-007–2012).

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

Разработаны и внедрены в производство:

рецептуры среднекалорийных майонезов и фаршевых продуктов с ИФК;

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

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

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

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

Разработанные автором методические рекомендации и практические решения нашли применение в учебном процессе при организации научно-исследовательских работ и диссертаций магистрантов, обучающихся по направлениям 260100 «Продукты питания из растительного сырья» и 240700 «Биотехнология», ФГБОУ ВПО «НИУ ИТМО» (г. Санкт-Петербург) и включены в учебное пособие с грифом УМО.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в авторской монографии. Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена 5 патентами РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

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

- результаты идентификации, систематизации и количественного анализа при родного комплекса БАВ в водно-спиртовых извлечениях из дикорастущего сырья, ре зультаты исследований их показателей безопасности, медико-биологических, антимик робных и антиоксидантных свойств;

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

- технология продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных си ропах и результаты исследований динамики БАВ при холодильном хранении консер вированных ягод брусники и клюквы;

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

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

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной рабо ты прошли апробацию на Международной конференции «Ресурсосберегающие техно логии пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1998);

Международной научно технической конференции «Техническое переоснащение пищевой и перерабатывающей промышленности Северо-западного региона РФ» (Санкт-Петербург, 1999);

Междуна родной конференции «Перспективы производства продуктов питания нового поколе ния» (Омск, 2003);

VIII Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание — здоровье нации» (Москва, 2005);

Международной конференции «Научное обеспечение и тенден ции развития производства пищевых добавок в России» (Санкт-Петербург, 2005);

Ме ждународной конференции-выставке «Высокоэффективные технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2006);

Международных научно-технических конференциях «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2005, 2008, 2009);

Международных научных конференциях «Пищевые технологии» (Одесса, 2006, 2007);

Международной научно-технической конференции «Прогрессивная техника и технологии пищевых производств, ресторанного хозяйства и торговли» (Харьков, 2007);

Международных научных конференциях «Низкотемпературные и пищевые тех нологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2003, 2007, 2011);

Международных конферен циях «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» (Калининград, 2006, Светлогорск, 2008);

научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ (Санкт-Петербург, 2008–2011) и СПбГАУ (Санкт-Петербург, 2011).

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

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 261 страницах основного текста, содержит 85 таблиц и 74 рисунка и 18 приложений.

Список литературы включает 375 источников, в том числе 90 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

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

Приведена классификация некультивируемого дикорастущего травянистого и сочного сырья, обоснованы эффективные способы стабилизации фитокомпонентов.

Дано описание и сравнительная оценка основных способов экстракции БАВ из расти тельного сырья, рассмотрены современные технологии и аппаратурное оформление экстракции, приведены теоретические основы сверхкритической флюидной экстракции эфирных масел сжиженным диоксидом углерода. Рассмотрены современные техноло гии инкапсуляции пищевых материалов, представляющие практический интерес с точ ки зрения получения свободносыпучих форм фитоэкстрактов.

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

Проанализированы современные представления о природе химических, биохи мических и массообменных процессов, лимитирующих качество пищевых продуктов при холодильном хранении, и основные принципы их математического моделирования.

Рассмотрены теоретические основы ASLT-тестирования сроков годности пищевых про дуктов.

Методология и организация экспериментальных исследований В основу научной концепции работы положено теоретическое и эксперимен тальное обоснование методологии исследования биотехнологического потенциала ди корастущего сырья и его практическая реализация в пищевых технологиях.

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

Объекты исследования. На основании анализа научной информации о физиоло гической активности природных веществ высших растений, а также современных тех нологий переработки, позволяющих максимально использовать биотехнологический потенциал дикорастущего травянистого и плодового сырья, в качестве объектов иссле дования выбраны:

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

дикорастущие ягоды брусники и клюквы (семейство Vacciniaceae);

СО2-экстракты эфирномасличных растений семейств Apiaceae (тмин и кориандр), Myristicaceae (мускатный орех), Zingiberaceae (имбирь), Myrtaceae (гвоздика) и Lamiaceae (шалфей и розмарин), полученные по технологии сверхкритической УЗ-экстракции (22 кГц), ТУ 9169-048-10140736–03, ООО «Компания Караван»;

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

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

При разработке рецептур пищевых продуктов использовали вспомогательное сы рье и ингредиенты, соответствующие требованиям СанПиН 2.3.2.1078–01.

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

Методы исследований. Структурно-методологическая схема исследований при ведена на рис. 1.

Хромато-масс-спектральный анализ летучей фракции ВСИ и СО2-экстрактов осуществляли на установке фирмы «Hewlett–Packard» на базе аналитической лаборато рии ФГУП РНЦ «Прикладная химия», г. Санкт-Петербург. Подобраны режимы, длина колонки, параметры ввода проб и температурная программа. Идентификацию БАВ в фитопрепаратах проводили путем сравнения масс-спектров разделенных компонентов смеси с масс-спектрами, содержащимися в компьютерной базе масс-спектральной ин формации NIST98.L и расчетным путем.

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

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

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

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

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

Обоснование выбора дикорастущего сырья и технологий стабилизации природных БАВ Технологии фитопрепаратов Технологии продуктов из дикорастущих ягод из дикорастущих трав и плодов Разработка фитокомпозиций Разработка продуктов из дикорастущих ягод в заливочных сиропах из дикорастущего сырья Разработка технологий одно- и многокомпонент- Разработка технологии консервирования дикорастущих ягод в ных ВСИ дикорастущих трав и плодов изотонических заливочных сиропах Анализ состава и свойств фитопрепаратов Разработка режимов пастеризации ягод в заливочных сиропах Спектральная и хроматографическая идентификация БАВ в исследуемых Разработка технологии размораживания фитопрепаратах дикорастущих ягод в сиропах Исследование показателей безопасности Исследование и разработка сиропов задан фитопрепаратов ного состава для размораживания ягод Медико-биологические исследования фитопрепаратов Исследование изменений БАВ при Исследование антимикробных холодильном хранении консервированных свойств фитопрепаратов дикорастущих ягод Исследование антиоксидантных свойств фитопрепаратов Моделирование кинетики биохимических и массообменных процессов, лимитирующих Моделирование кинетики ингибирования продолжительность холодильного хранения процессов окисления липидов консервированных дикорастущих ягод фитоантиоксидантами Разработка технологий пищевых продуктов с использованием дикорастущего сырья Разработка инкапсулированных Разработка рецептур и технологий кондитерских изделий с использованием фитокомпозиций (ИФК) для пищевых эмульсий дикорастущих ягод Кремовые эмульсии с ИФК Отделочные полуфабрикаты для мучных кондитерских изделий Майонезные эмульсии с ИФК Желейные начинки для мучных кондитерских изделий Фаршевые эмульсии с ИФК Плодово-ягодные десерты Эмульсионные соусы с ИФК Технология холодильного хранения мучных Исследование влияния ИФК на сохраняемость кондитерских изделий при субкриоскопических качества продуктов при холодильном хранении температурах Разработка технической документации Внедрение результатов работы Рисунок 1 — Структурно-методологическая схема исследований АОА ВСИ оценивали методом FRAP (Benzie, Strain, 1996), путем определения индукционного периода (ISO 6886) и проведения ТБК-теста.

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

Шапиро, 1972).

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

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

Для математической обработки экспериментальных данных использовали рег рессионный анализ. Графические зависимости представлены после статистической об работки по методу наименьших квадратов, реализованной в Microsoft Excel и с помо щью программы Curve Expert. Для оптимизации режимов экстракции БАВ при получе нии ВСИ использовали метод многофакторного регрессионного анализа по Боксу Уилсону.

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

Получение однокомпонентных водно-спиртовых извлечений. Для изучения полноты извлечения биофлавоноидов из дикорастущего сырья в качестве экстра гентов использовали подготовленную воду и водно-спиртовые смеси.

Содержание флавонолов, мг/ 100 г Определены насыпная масса (0,32– 0,35 г/см3), фракционный состав (0,2– 5,0 мм) и коэффициент поглощения экст рагента растительной массой (2,4–2,6 — для травянистого и 1,8–2,0 — для плодо вого сырья).

Соотношение растительного сырья и экстрагирующей смеси составляло 1 : (плоды) и 1 : 7 (травы), содержание спир 0 25 50 75 100 125 та в экстрагирующих смесях варьировало Продолжительность мацерации, ч от 50 % (плодовое сырье) до 70 % (тра вянистое сырье).

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

плодового сырья мацерацией 50%-ным 1 — календула;

2 — душица;

3 — боярышник;

4 — шиповник;

5 — зверобой этиловым спиртом при температуре (20±2) С приведена на рис. 2.

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

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

Продолжительность экстракции флавонолов из дикорастущих трав составила от 50 ч (душица) до 120 ч (зверобой);

из дикорастущих плодов — до 145 ч (шиповник, боярышник). Выход флавонолов составил от 60 до 70 % от исходного содержания в сы рье.

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

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

В табл. 1 приведены характеристики фитокомпозиций для получения многоком понентных ВСИ.

Таблица 1 — Характеристики фитокомпозиций дикорастущих трав и плодов Наименование Сырьевой состав Доминирующие БАВ Сопутствующие БАВ Зверобой (трава), Флавоноиды: гиперозид, рутин, Дубильные вещества, токофе «Лесная брусника кверцетин, кемпферол ролы, азулен, -ситостерол, поляна» (ягоды, лист) Оксибензойные кислоты, урсоло пинен, мирцен, -каротин календула (цветки) вая кислота Шалфей (лист), Флавоноиды: кверцетин, апиге Токоферолы, витамин С, - и душица (трава), нин, виценин, гесперидин «Душистая» ситостерол, ПНЖК, урсоловая и мята перечная Хлорогеновая кислота, - и олеаноловая кислоты (лист) пинен Флавоноиды: рутин, апигенин, Чабрец (трава), лютеолин Токоферолы, витамин С, - и «Пряные тысячелистник Хлорогеновая, розмариновая и ситостерол, ПНЖК, урсоловая травы» (трава), салициловая кислоты, дубильные кислота шалфей (лист) вещества, тимол, карвакрол Дубильные вещества, токофе Зверобой (трава), Флавоноиды:гиперозид, геспери ролы, азулен, -ситостерол, «Лесной душица (трава), дин, кверцетин, кемпферол, лю каротин, линолевая и линолено аромат» мята перечная теолин, апигенин, виценин. - и вая кислоты, урсоловая и олеа (лист) -пинен ноловая кислоты Флавонолы: рутин, кверцетин, Рябина (плоды), кемпферол, изокверцетрин, гипе «Дары шиповник (плоды), Каротиноиды, антоцианы, ли розид, витексин природы» боярышник нолевая и линоленовая кислоты Органические и фенолкислоты, (плоды) L-аскорбиновая кислота Комплекс БАВ фитокомпозиций включает флавоноиды, дубильные вещества, терпеноиды, витамины. Перечисленные природные соединения обладают взаимной со вместимостью и хорошей растворимостью в водно-спиртовых смесях. При составлении фитокомпозиций сухое измельченное сырье смешивали в соотношении 1 : 1 : 1 по мас се.

Получение многокомпонентных ВСИ осуществляли методом перколяции с после дующим сгущением. С целью оптимизации условий экстрагирования использовали ме тод математико-статистического планирования эксперимента. Проведены исследования влияния различных факторов (концентрации этилового спирта в экстрагенте;

продол жительности предварительного настаивания и экстракции сырья;

температуры экстра гирования) на выход экстрактивных веществ.

Обоснованы следующие технологические режимы экстракции: соотношение сы рье-экстрагент — 1 : 7;

концентрация спирта в экстрагенте — 50–55 %;

время экстра гирования — 70–80 ч;

температура системы твердое тело–жидкость — 30–35 °С. Выход суммы флавоноидов составил 80–85%, выход сухих веществ — 80%.

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

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

По комплексу органолептических и физико-химических показателей установле но, что ВСИ, упакованные в стеклянную светонепроницаемую тару, сохраняют требуе мый уровень качества при температуре (18±2) °С в течение 12 мес.

Анализ состава и свойств биологически активных веществ фитопрепаратов Анализ состава и свойств природных БАВ в фитопрепаратах, полученных экс тракцией дикорастущего сырья, необходим для обоснования эффективности разрабо танных технологических решений и перспектив их дальнейшего применения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Массовая доля органических кислот в ВСИ трав варьирует от 0,35 % (зверобой) до 0,52 % (мята);

в ВСИ плодов — от 0,64 % (шиповник) до 1,97 % (рябина).

В табл. 2 приведены результаты исследований состава БАВ и физико-химические показатели многокомпонентных ВСИ: 1 — «Лесная поляна»;

2 — «Душистый»;

3 — «Пряные травы»;

4 — «Лесной аромат»;

5 — «Дары природы».

Таблица 2 — Состав БАВ многокомпонентных ВСИ и их физико-химические показатели Вид фитоэкстрактов Показатель 1 2 3 4 Содержание БАВ Флавонолы, мг/100г 225±13 222± 272±16 229±14 217± Оксибензойные кислоты, мг/100 г 128±8 133±8 126±7 207± 147± Дубильные вещества, мг/100 г 128±8 74± 97±6 80±5 106± Сумма Р-витаминоактивных 483± 516±16 433±13 461±13 498± веществ, мг/100 г Растворимые углеводы, % 25,0±1,5 23,5±0,4 25,5±0,5 27,0±0,5 20,5 0, Органические кислоты, % 0,62±0,04 0,80±0,05 0,77±0,05 0,65±0,04 2,55±0, L-Аскорбиновая кислота, мг/100 г 26,0±2,1 26,5±2,2 24,0±2,0 28,5±2,5 129,5±7, Физико-химические показатели Сухой остаток, % 4,9±0,2 3,6±0,1 4,4±0,2 3,9±0,1 5,7±0, рН 6,6±0,1 6,7±0,1 6,7±0,1 6,7±0,1 6,5±0, Плотность, кг/м 997 998 995 998 Выявлено, что самой высокой Р-витаминной активностью характеризуются ВСИ «Лесная поляна» (516 мг/100 г), «Дары природы» (498 мг/100 г) и «Пряные травы» (483 мг/100 г). В период роста и цветения растений процесс накопления фенольных ве ществ, органических кислот и сахаров еще не закончен, поэтому содержание экстрак тивных веществ в многокомпонентных ВСИ из травянистого сырья ниже, чем из пло дового. Наиболее высокой массовой долей сухого остатка отличается ВСИ «Дары при роды» (5,7 %).

Хроматографическая идентификация нелетучей фракции многокомпонент ных водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов. Хроматографиро вание многокомпонентных ВСИ осуществляли в условиях градиентного элюирования при линейном изменении концентрации метанола в 0,1 %-ном водном растворе триф торуксусной кислоты от 15 до 100% в течение 45 мин на колонке «Hypersil ODS C18» размером 4,6100 мм с предколонкой длиной 20 мм, заполненной тем же сорбентом.

Детектирование проводили при длине волны 360 нм. Скорость потока элюента состав ляла 1,0 мл/мин. Шкала чувствительности детектора 0,05 отн. ед.

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

Хроматографическая идентификация летучей фракции водно-спиртовых извлечений и СО2-экстрактов. Для хромато-масс-спектральной идентификации лету чих компонентов в ВСИ и СО2-экстрактах подобраны следующие режимы: объем про бы 0,1 мм3;

коэффициент деления потока 1 : 50. Хроматографическое разделение про водили на капиллярной колонке HP–5 длиной 30 м с температурной программой 40 С (3 мин) — 7 С/мин — 300 С (20 мин). Температура инжектора составляла 280 С, температура детектора — 280 С. Хроматограммы образцов регистрировали по полно му ионному току в диапазоне масс от 35 до 650 углеродных единиц.

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

Терпены и терпеноидные вещества фитопрепаратов представлены монотерпена ми (С10Н16) — - и -пинен, камфен, фелландрен, карен, лимонен, камфен и др. В числе высших терпеновых спиртов обнаружены борнеол (розмарин), гераниол (кориандр), эвкалиптол (имбирь), терпинеол (мускатный орех), линалоол (кориандр), лупеол и фи тол (календула, мята, чабрец) и др. В числе моноциклических монотерпенов — пулегон (мята).

Дициклические монотерпены фитопрепаратов представлены камфорой (розма рин). Ароматические монотерпены — эвгенолом (гвоздика) и тимолом (чабрец, души ца). В числе тритерпеновых соединений (С30Н48) обнаружены сквален (розмарин) и амирин (тысячелистник, календула). Среди сесквитерпенов (С15Н24) идентифицированы копаен, кариофиллен, гермакрен, фарнезен, кадинол и спатуленол.

В ВСИ зверобоя, чабреца, мяты и тысячелистника идентифицированы линолевая и линоленовая кислоты и их эфиры;

в настойках душицы и календулы — олеиновая и арахиновая кислоты. В ВСИ дикорастущих трав обнаружены фитостерины – кампесте рол, стигмастерол, -ситостерол, лупеол, - и -амирин и др., причем ситостерол най ден в ВСИ всех исследуемых дикорастущих трав. В ВСИ зверобоя идентифицирован витамин Е (-токоферол), а в ВСИ календулы и имбиря — азулен.

Отмечено разнообразие групп идентифицированных соединений в фитопрепара тах шалфея. Сравнительная оценка ХМС-профилей ВСИ и СО2-экстактов шалфея вы явила различия экстрагируемости природных фенольных и терпеноидных соединений.

Плохо растворимые в полярных растворителях монотерпеноиды, лучше извлекаются сжиженным диоксидом углерода. Напротив, кислоты жирного ряда и их эфиры, а также высшие спирты (ледол, кадинол, борнеол) — водно-спиртовыми смесями.

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

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

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

Выявлено стимулирующее влияние ВСИ на центральную нервную систему крыс.

Результаты исследований биохимических тестов крови свидетельствуют о снижении содержания общего холестерина у подопытных животных.

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

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

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

Выявлено, что высокой антиоксидантной активно стью обладают ВСИ плодов АОА, мкг/мл шиповника и боярышника.

Антиоксидантные свой ства исследуемых СО2 экстрактов изучали путем оп ределения периода индукции, свидетельствующего о пол 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ной дезактивации активных Рисунок 3 — Результаты исследований антиоксидант- радикалов в окисляющемся ной активности (АОА) водно-спиртовых извлечений субстрате. Антиоксидантный дикорастущих плодов и трав методом FRAP (в пере- эффект (АОЭ) определяется скоростью связывания сво счете на аскорбиновую кислоту) 1 — рябина;

2 — брусника;

3 — боярышник;

4 — ши- бодных радикалов и зависит повник;

5 — калина;

6 — клюква;

7 — календула;

8 — от количества гидроксильных душица;

9 — чабрец;

10 — зверобой;

11 — тысячели- групп, их пространственного расположения, легкостью пе стник;

12 — шалфей;

13 — мята реноса водорода от антиокси данта к свободному радикалу и разницей стандартных одноэлектронных восстанови тельных потенциалов.

В результате математической обработки эмпирических зависимостей, отражаю щих кинетику окисления подсолнечного масла с добавками СО2-экстрактов, получены значения антиоксидантной активности (АОА) и АОЭ этих экстрактов.

Установлено, что антиоксидантное действие СО2-экстрактов сводится к замедле нию процесса ПОЛ и значительно увеличивается в сочетании с синергистами.

Установлена эффективная концентрация СО2-экстрактов для проявления ими АОЭ, которая составила 0,05 % от массы окисляющегося субстрата.

В работе приведены результаты исследований кинетики окисления сливочного масла с добавками ВСИ зверобоя и боярышника. Получены эмпирические значения энергии активации процесса автоокисления молочного жира — Еакт = (103,6±5,1) кДж/моль (ПОЛ без ингибиторов) и Еакт = (28,2±1,4) кДж/моль (ПОЛ в присутствии фитоантиоксидантов). Снижение значения Еакт означает, что обрыв це пей окисления на молекулах фитоантиоксидантов (ФАО) будет происходить раньше, чем продолжение цепей. Получено эмпирическое уравнение для расчета продолжи тельности эффективного действия ФАО. Интервал эффективных концентраций ВСИ для проявления ими антиоксидантного эффекта составил от 0,025 до 0,05 % от массы молочного жира.

Исследование кинетики ферментативных реакций гидролиза и окисления липидов в присутствии ФАО ВСИ и СО2-экстрактов выполнено согласно основным теоретическим положениям кинетики ферментативных реакций с помощью модельных субстрат-ферментных комплексов.

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

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

Выявлено, что наиболее эффективными ингибиторами процесса ферментативно го окисления липидов являются ФАО СО2-экстрактов гвоздики и шалфея, тысячелист ника и мяты, а взаимодействие исследуемых ингибиторов с фермент-субстратным ком плексом соответствует бесконкурентному типу.

Установлена липотропная активность ФАО СО2-экстрактов и ВСИ трав, среди которых наиболее эффективны ФАО мяты и тысячелистника.

Бактериостатические свойства фитопрепаратов. Получены результаты, сви детельствующие о бактериостатическом эффекте ВСИ чабреца, шалфея, календулы и рябины по отношению к Escherichia coli.

до хранения после хранения Установлено, что по отношению к Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus 78 A наи КМАФАнМ, КОЕ/г более выраженным бактериостатиче ским эффектом обладают СО2 экстракты гвоздики, шалфея и розма рина: количество микробных клеток в питательной среде снижается до 0,5;

1,2 и 2,0 % соответственно относи тельно контроля.

Выраженные бактериостатиче А В С D E F ские свойства СО2-экстрактов гвозди Рисунок 4 — Бактериостатическая актив- ки, тмина и шалфея в отношении ность СО2-экстрактов пряных трав по от- МАФАнМ в мясном фарше объясня ношению к МАФАнМ в мясном фарше;

ются присутствием камфоры, борнео t = (4 2) С, = 48 ч ла, эвгенола, кадинола (рис. 4). Менее А — контроль (без добавок);

В — экстракт выраженный бактериостатический гвоздики;

C — экстракт тмина, D — экс- эффект проявляют экстракты корианд тракт шалфея, E — экстракт имбиря, F — ра и имбиря.

экстракт кориандра На основании анализа получен ных результатов можно сделать вывод, что перспективы применения исследуемых фи топрепаратов в пищевых технологиях определяются, в первую очередь, составом БАВ, их антиоксидантными свойствами и противомикробным действием.

Различия в составе БАВ, обусловленные видовой принадлежностью растительно го сырья и технологией экстракции, свидетельствуют о целесообразности получения смешанных форм фитопрепаратов. Однако водно-спиртовые извлечения и СО2 экстракты представляют собой дисперсные системы, отличающиеся ограниченной вза имной смешиваемостью.

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

Разработка и получение инкапсулированных фитокомпозиций для пищевых эмульсий В работе приведено обоснование технологических режимов и операций по про изводству инкапсулированных фитопрепаратов.

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

Инкапсуляция фитопрепаратов позволяет сохранять физиологическую актив ность природных веществ за счет предотвращения химических взаимодействий ла бильных БАВ с компонентами пищевых продуктов и кислородом воздуха и способст вует их гомогенному распределению в пищевых массах.

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

Таблица 3 — Состав ИФК для пищевых эмульсий Применение / Наименование Состав ИФК массовая доля жира Инкапсулят: ВСИ «Лесная поляна» «Лесная поляна» Инкапсулянты — Е 905с, Е 471 Кремовые эмульсии / более 50% Инкапсулят: ВСИ «Дары природы» «Дары природы» Инкапсулянты — Е 570, Е Инкапсулят: ВСИ «Пряные травы» Кремовые эмульсии / «Пряные травы» Инкапсулянты — Е 471, Е 1521 более 30% Инкапсулят: СО2-экстракт гвоздики Майонезные эмульсии «Ароматная» Инкапсулянты — Е 471, Е 1521 / до 50% Инкапсулят: СО2-экстракты мускатного ореха и кориандра Майонезные эмульсии «Пикантная» Инкапсулянт — Е 471 / более 50% Инкапсулят: СО2-экстракты мускатного ореха, ВСИ шалфея Фаршевые эмульсии / «Деревенская» Инкапсулянт — Е 471 до 20% Инкапсулят: СО2-экстракты тмина и кориандра Фаршевые эмульсии / «Тминная» Инкапсулянты — Е 471, Е 570 до 30% Инкапсулят: ВСИ тысячелистника, СО2-экстракт тмина Эмульсионные соусы / «Лесные травы» Инкапсулянты — Е 570, Е 471 до 20% Инкапсулят: ВСИ чабреца, СО2-экстракты тмина и Эмульсионные соусы / «Беловежская» кориандра до 20% Инкапсулянты — Е 570, Е В качестве инкапсулятов использовали ВСИ дикорастущего сырья и исследуе мые СО2-экстракты. В качестве оболочек (инкапсулянтов) — пищевые воски и жиры:

моноглицерид (Е 471), диглицерид (Е 471), полиэтиленгликоль (Е 1521), стеариновую кислоту (Е 570), микрокристаллический воск (Е 905с). Используя комбинированный состав оболочки капсул, можно регулировать скорость высвобождения инкапсулиро ванных фитокомпонентов в зависимости от режимов гомогенизации или тепловой об работки пищевых эмульсий.

На рис. 5 приведены результа 100 ты исследования динамики разгрузки 1 капсул с оболочками комбинирован ного состава на основе полиэтиленг ликоля (ПЭГ–6000) и стеариновой кислоты (СК). Разгрузка капсул оз Х / Х 0, % начает постепенное растворение их оболочки и высвобождение инкапсу лята.

Разработаны рецептуры сли вочно-кремовых начинок с массовой долей жира 30 и 55 % с добавками ИФК «Лесная поляна», «Пряные тра вы» и «Дары природы» (табл. 3).

0 5 10 15 20 ИФК вносили в подогретое сгущен Время, ч ное молоко или растительные сливки из расчета 0,1 кг на 10 кг готовой на Рисунок 5 — Динамика разгрузки капсул чинки, смешивали с остальными ин t = 30 С;

состав инкапсулянтов — ПЭГ / СК;

гредиентами и затем взбивали до по содержание инкапсулята — 10% лучения пышной однородной массы 1 — ПЭГ;

2 — ПЭГ / СК (9 : 1);

3 — ПЭГ / СК крема.

(8 : 2);

4 — ПЭГ / СК (7 : 3);

5 — ПЭГ / СК (5 : 5);

Оценка показателей качества 6 — ПЭГ / СК (3 : 7);

7 — ПЭГ / СК (2 : 8);

замороженных тортов со сливочно 8 — СК кремовыми начинками «Лесная по ляна», «Пряные травы» и «Дары природы» при хранении свидетельствовала о сниже нии содержания первичных продуктов окисления липидов от полутора до трех раз от носительно контрольных образцов.

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

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

Разработаны рецептуры фаршевых эмульсий с содержанием жира от 20 до 30 % с добавками ИФК на основе СО2-экстрактов шалфея, розмарина, тмина, мускатного оре ха, имбиря, кориандра и гвоздики. Нормы закладки ИФК в фаршевые эмульсии состав ляли от 0,060 до 0,160 кг на 100 кг. Рекомендуемые нормы замены смесей сухих специй – от 1:4 до 1:6.

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

Установлены эмпирические значения энергии активации (ЕА) процесса окисления липидов фаршевых изделий, хранящихся в замороженном состоянии, которые варьи руют от 208 до 277 кДж/моль. Полученные эмпирические значения ЕА позволяют про изводить расчет срока холодильного хранения исследуемых продуктов. Метод уско ренного тестирования срока холодильного хранения быстрозамороженных мясных по луфабрикатов прошел промышленную апробацию и внедрен на ООО Пищевой комби нат «Колпин» (г. Санкт-Петербург).

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

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

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

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

Разработка и получение продуктов из дикорастущих ягод Разработка продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах, не нарушающих естественного протекания метаболических процессов, вклю чала разработку сиропов, состав которых соответствует составу осмотически деятель ных веществ клеточного сока ягод:

Установлено, что потери органических Сахароза 13…20 % кислот ягод клюквы и брусники при холо Декстроза 8…13 % дильном хранении в изотонических сиропах Сорбитол 2…4 % в течение 6 мес. варьировали от 6 (клюква) Лимонная кислота 0,04…0,05 % до 13 % (брусника);

потери АК — от Цитрат натрия 0,04…0,05 % (брусника) до 30 % (клюква). Потери Вода остальное антоцианов составили около 20 %;

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

Таблица 4 — Изменение содержания БАВ в ягодах брусники и клюквы при холодиль ном хранении в изотонических сиропах. хр = 6 мес.;

t = (4±2) С Клюква Брусника Содержание БАВ Свежая После хранения Свежая После хранения Органические кислоты, % 3,1 2,9 2,2 1, Аскорбиновая кислота, мг/100г 22,5 15,4 22,2 18, Флавонолы, мг/100г 262,0 243,6 169,9 135, Оксибензойные кислоты, мг/100г 404,5 355,5 453,5 408, Антоцианы, мг/100г 460,0 366,0 310,9 228, рН заливки 3,1 3,4 3,1 3, После указанного периода хранения ягоды сохранили упругую консистенцию, натуральный «живой» цвет, имели улучшенный вкус. Заливочные сиропы были слегка окрашены, имели кисло-сладкий вкус, содержали растворимые вещества ягод — сахара, органические кислоты, флавоноиды — и использовались далее в качестве основ для изготовления отделочных полуфабрикатов и начинок для МКИ.

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

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

Эмпирические значения коэффи циента диффузии растворимых ве Коэффициент диффузии, м 2 / с, D · ществ ягод варьировали в пределах (1,1…8,0) 10–8 м/с.

Установлено, что при пастериза ции ягод клюквы в изотонических сиропах при температуре (66±1) °С скорость диффузии растворимых ве ществ в 2 раза меньше, чем в 35 %-ном 3 сахарном сиропе, а концентрационное равновесие достигается примерно через 25 мин.

Способ консервирования дико растущих ягод в изотонических зали 0 500 1000 1500 2000 2500 Время, с вочных сиропах защищен патентом Рисунок 6 — Зависимость коэффициента (Патент РФ № 2286674 от 14.12.2004 г).

молекулярной диффузии D растворимых Разработка продуктов из веществ ягод клюквы от температуры и размороженных в сиропах дикорас продолжительности пастеризации: тущих ягод. Быстрозамороженные 1 — 60 С;

2 — 63 С;

3 — 65 С;

ягоды брусники и клюквы хорошо 4 — 67 С;

5 — 68 С;

6 — 70 С сохраняются в течение длительного времени, однако их качество резко снижается при размораживании, что обусловлено потерей тургора и потемнением ягод.

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

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

Установлено, что размораживание ягод при температуре (4±2) С в сиропах, содержащих 25 % сахарозы и 1,25 % КМЦ, снижает диффузионные потери антоцианов брусники в 2 раза и практически полностью исключает диффузионные потери антоцианов клюквы. Продолжительность холодильного хранения размороженных ягод брусники и клюквы в сиропах заданного состава составила 7 сут.

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

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

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

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

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

1, 1, 1,1 1, 1 1, 0, М/М М/М 1, 0, 1 0,7 0, 0,6 0, 0, 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8, мес.

, мес.

а). б).

Рисунок 7 (а, б) — Динамика флавонолов при холодильном хранении консервирован ных ягод: а) брусника в сиропе, t= (4±2) C: 1 — изотонический сироп;

2 — 25 %;

3 — 40 %;

б) быстрозамороженные ягоды t = (–18±1) C: 1 — клюква;

2 — брусника Моделирование кинетики биохимических процессов при холодильном хра нении дикорастущих ягод. Анализ кинетических зависимостей, полученных в резуль тате аппроксимации экспериментальных данных, показал, что механизм протекания ре акций, приводящих к потерям АК, органических кислот, антоцианов и сухих веществ в ягодах соответствует кинетике первого порядка. Механизм реакций, приводящих к по терям фенольных веществ и флавонолов в быстрозамороженных и консервированных в изотонических сиропах ягодах (рис. 7, а и б), с хорошей точностью описывается кине тикой второго порядка.

1 0, 0, 0, 0, 0, М/М 0, М/М 0, 0, 0, 0,65 0, 0, 0, 0, 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8, мес.

, мес.

а). б).

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

а) брусника в сиропе, t= (4±2) C: 1 — изотонический сироп;

2 — 25 %;

3 – 40 % б) быстрозамороженные ягоды, t = (–18±1) C: 1 — клюква;

2 — брусника 0,045 0, Активность пероксидазы, отн.

Активность ПФО, отн. ед.

0, 0, 0, 0, 0, ед.

0, 0, 0,025 0, 0, 0, 0 2 4 6 8 10 0 2 4 6 8, мес.

, мес.

а). Полифенолоксидаза б). Пероксидаза Рисунок 9 (а и б) — Изменение активности оксидаз при холодильном хранении консер вированных ягод брусники и клюквы: 1 (точка) — свежие ягоды;

2 — консервированные в сиропе ягоды, t = (4±2) C;

3 — быстрозамороженные ягоды, t = (–18±1) C 1 0,9 0, 0,8 0, М/М М/М 0,7 0, 0,6 0, 2 0,5 0, 0,4 0, 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8, мес.

, мес.

а). б).

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

а) брусника в сиропе, t= (4±2) C: 1 — изотонический сироп;

2 — 25 %;

3 — 40 % б) быстрозамороженные ягоды, t = (–18±1) C: 1 — клюква;

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

Полученные значения констант скорости потерь аскорбиновой кислоты (7,35 10– мес–1 — брусника;

8,95 10–2 мес–1 — клюква) и антоцианов (2,90 10–2 мес–1 — брусника;

1,69 10–2 мес–1 — клюква) использовали для расчета остаточного содержания АК и ан тоцианов (50% и 80% соответственно от содержания в свежих ягодах), лимитирующих срок холодильного хранения ягод, консервированных в изотонических сиропах, Отмечено, что по комплексу исследуемых показателей ягоды клюквы, консерви рованные в сиропах и замораживанием, сохраняются лучше, чем ягоды брусники.

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

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

R Bi M( ) M 0 exp Fo, (3) d где М0 и М — начальная и текущая масса антоцианов в ягодах;

— время, с;

R — радиус ягоды;

d — толщина поверхностного слоя ягоды, м2;

Bi =.R/D — диффузионный критерий Био;

FО = D· /R2 — диффузионный критерий Фурье;

D — коэффициент молекулярной диффузии, м2/c.

Кинетическое уравнение осмотического переноса влаги из ягод в сироп:

1a 1w ln k, (4) wa a C0 V где a иw — безразмерные константы;

Cs V Cs — концентрация сахара в сиропе, моль/м3;

C0 — концентрация растворимых углеводов в ягоде, причем C0 Cs, моль/м3;

V0 и V — начальный и текущий объем влаги в ягоде, м3.

При консервировании дикорастущих ягод в изотонических сиропах осмотическая концентрация клеточного сока ягод максимально приближена к концентрации раство C римых сухих веществ сиропов, поэтому a 1, а уравнение (4) упрощается и при Cs нимает вид (5):

w1k (5) Проведена проверка адекватности полученных расчетных соотношений. Уста новлены эмпирические значения коэффициентов массоотдачи антоцианов ягод, кон сервированных в изотонических сиропах,, м/с, которые варьировали от 2,3 10– (брусника) до 5,2 10–12 м/с (клюква).

Полученные эмпирические значения констант скорости осмотического переноса влаги k, сут–1 при консервировании ягод клюквы и брусники в сиропах с содержанием сахарозы от 30 до 50 % составили: клюква — (2,5–2,9) 10–2 сут–1;

брусника — (1,0–1,4) 10–2 сут–1. Выявлено, что потеря влаги более чем на 30 % приводит к ухуд шению тургора ягод, что делает их дальнейшее хранение нецелесообразным.

Рецептуры и технологии полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов с использованием дикорастущих ягод Рациональное использование дикорастущих ягод в пищевых технологиях связано с необходимостью усовершенствования рецептур и термических режимов обработки пищевых продуктов. Повторная термообработка и замораживание приводит к потере БАВ и снижению потребительских свойств дикорастущих ягод.

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

Разработаны и внедрены в производство рецептуры термо- и криостабильных желейных начинок на основе дикорастущих ягод брусники, клюквы и сухих фруктов с комбинированным составом загущающих компонентов (пектин Classic АВ–902 0,7– 1,2 %;

КМЦ 2,8–3,3 %), содержанием сухих веществ 60–65 % и рН 3,5–3,8. Начинки предназначены для прослойки МКИ, подвергающихся выпечке, и/или для отделки по верхности изделий, направляемых на холодильное хранение.

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

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

Установлена высокая пищевая ценность десертов «Брусничный мусс», «Сморо диновый» и «Спелый крыжовник» (рис. 11). Калорийность десертов составила около 500 кДж.

Выявлено, что употребление 100 г десертов «Брусничный мусс» и «Смородино вый» позволит полностью удовлетворить рекомендуемую суточную норму потребле ния (РНП) органических кислот и антоцианов;

от 10 до 85 % РНП витамина С;

от 20 до 25 % РНП моносахаридов и около 40 % РНП пищевых волокон (МР 2.3.1.1915–04, МР 2.3.1.2432–08).

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

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

Установлено, что криоскопическая темпера тура кремовых и желейных полуфабрикатов находится ниже –6 С, а для помад ных масс составляет около РНП, % –4 С. Для МКИ с различ ными видами начинок и отделочных полуфабрика тов экспериментально ус 10 «Смородиновый» тановлена субкриоскопи «Брусничный мусс» Моносахариды «Спелый крыжовник» Пищевые волокна ческая температурная зона Витамин С Органические Антоцианы (–6±2) С и разработан кислоты двухступенчатый темпера турный режим холодиль ного хранения при темпе ратурах (–6±2) °С и Рисунок 11 — Содержание минорных БАВ в 100 г десер- (4±2) С. Продолжитель тов относительно РНП, % ность холодильного хра нения МКИ в указанных условиях составила 9 сут, что на 6 сут больше, чем в условиях их хранении в охлажденном состоянии.

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

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

Научно обоснованы методологические принципы исследования биотехнологиче ского потенциала дикорастущего сырья и технологические решения для получения фи топрепаратов и их реализации в технологиях пищевых продуктов здорового питания.

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

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

Разработаны фитокомпозиции «Пряные травы», «Лесная поляна», «Душистая», «Дары природы» и «Лесной аромат». Оптимизированы технологические режимы экс тракции для получения многокомпонентных ВСИ: соотношение сырье-экстрагент — 1 : 7;

концентрация спирта — 50–55 %;

время экстрагирования — 70–80 ч;

температура экстракции — 30–35 °С. Выход суммы флавоноидов в многокомпонентных ВСИ соста вил 80–85%.

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

Проведена идентификация и систематизация БАВ в летучей и нелетучей фракци ях ВСИ и СО2-экстрактов. Показано, что для извлечения природных форм фенольных соединений эффективна экстракция водно-спиртовыми смесями, для извлечения терпе ноидных веществ — экстракция сжиженным диоксидом углерода.

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

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

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

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

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

4. Изучены бактерио- и фунгистатические свойства фитопрепаратов. Установле но, что наиболее выраженным бактериостатическим эффектом обладают ВСИ чабреца, шалфея, календулы и рябины и СО2-экстракты гвоздики, шалфея и розмарина. Опреде лены интервалы эффективных концентраций фитопрепаратов для проявления ими бак териостатического эффекта, которые составили для ВСИ дикорастущих трав и плодов — от 1 до 2 %;

для исследуемых СО2-экстрактов — 0,01 %.

5. Обоснован электронный механизм ингибирования кислородсодержащих сво бодных радикалов природными фенольными соединениями ряда С6–С3–С6 и электрон ные схемы образования и стабилизации феноксильных радикалов.

Значения антиоксидантной активности полученных ВСИ дикорастущих трав и плодов составили от 120 до 230 мкг/мл (в пересчете на аскорбиновую кислоту). Выяв лено, что исследуемые СО2-экстракты являются замедлителями процесса перекисного окисления липидов (ПОЛ).

Определены интервалы эффективных концентраций исследуемых фитопрепара тов для проявления ими антиоксидантных свойств, которые составили для ВСИ — 0,025–0,05 %;

для СО2-экстрактов — 0,05 % от массы окисляющегося субстрата.

6. С помощью модельных субстрат-ферментных комплексов определены эмпи рические значения констант Михаэлиса и максимальной скорости ферментативных ре акций гидролиза и окисления липидов в присутствии ВСИ дикорастущих трав и иссле дуемых СО2-экстрактов. Установлен тип взаимодействия фитоантиоксидантов с фер мент-субстратным комплексом.

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

7. Разработан состав инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) на основе ВСИ и СО2-экстрактов для пищевых эмульсий и технология их получения.

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

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

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

9. Разработана технология консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах.

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

Разработан состав сиропов для размораживания дикорастущих ягод: содержание сахарозы в которых составило 25 %;

карбоксиметилцеллюлозы — 1,25 %.

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

Разработаны кинетические модели биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод, кон сервированных в сиропах и замораживанием. Эмпирические значения коэффициентов массоотдачи антоцианов ягод, консервированных в изотонических сиропах, варьировали от 2,3 10–12 (брусника) до 5,2 10–12 м/с (клюква). Значения констант скорости осмотического переноса влаги k, сут–1 при консервировании ягод клюквы и брусники в сиропах с содержанием сахарозы от 30 до 50 % составили: клюква — (2,5– 2,9) 10–2 сут–1;

брусника — (1,0–1,4) 10–2 сут–1.

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