Совершенствование контроля качества и биодоступности макаронных изделий
На правах рукописи
Казённов Игорь Викторович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И БИОДОСТУПНОСТИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Специальность: 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва - 2013 2
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» доктор технических наук, профессор
Научный консультант:
Цыганова Татьяна Борисовна
Официальные оппоненты: Матвеева Ирина Викторовна доктор технических наук, профессор, Научно-исследовательский центр технологий хлеба компании «Новозаймс А/С», ведущий специалист Романов Александр Сергеевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО Кемеровский технологический ин ститут пищевой промышленности, заведующий кафедрой «Технология хлеба, конди терских и макаронных изделий» НОУ ДПО «Международная промышленная
Ведущая организация:
академия»
Защита состоится «01» ноября 2013 года в 1100 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» по адресу 109029, Москва ул. Талалихина д. 31, ауд. 36.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. Разумовского Отзывы высылать по адресу: 109004 г. Москва ул. Земляной вал, д.
Автореферат разослан «01» октября 2013 года
Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В соответствии с федеральным законом №29 «О каче стве и безопасности пищевой продукции» качество пищевых продуктов – это со вокупность характеристик пищевых продуктов, способных удовлетворять потреб ности человека в пище при обычных условиях их использования. Понятие качества макаронных изделий включает в себя не только оценку цвета, варочных свойств и безопасности, но и в соответствии с Техническим регламентом таможенного союза «Пищевая продукция в части ее маркировки» достоверность информации, вынесен ной на этикетку для потребителя, и их биодоступность для организма человека.
Проблема фальсификации макаронных изделий в части их групповой принадлежно сти существует во всем мире. За рубежом во многих странах законодательно запре щено использовать мягкую пшеницу при производстве макаронных изделий. Все зарубежные стандарты описывают методы контроля содержания примеси мягких пшениц в муке, исходя из того, что фальсификация макаронных изделий происхо дит на стадии подготовки муки. К этим нормативным актам относятся: президент ский указ № 187 от 9 февраля 2001 (Италия);
законодательный указ № 65 от 4 фев раля 1993 (Италия);
предписание по пищевым продуктам 817.02 от 1 марта 1995 г (Швейцария);
ISO 8981:1993. В России вопросам фальсификации муки из твердой пшеницы посвящены работы Лазарева С.В. Мониторинг качества муки и макарон ных изделий в России свидетельствует о том, что на российских предприятиях та кая фальсификация чаще всего происходит непосредственно на макаронных пред приятиях, что и вызвало необходимость адаптировать существующие методы определения содержания примеси мягкой пшеницы в муке для макаронных изде лий. В соответствии с ГОСТ Р 51865 «Изделия макаронные. Общие технические условия» макаронные изделия вырабатываются 3-х групп: А – из муки твердых пшениц;
Б – из муки мягких стекловидных пшениц;
В – из хлебопекарной муки.
При этом смешивание муки твердых, мягких стекловидных пшениц и хлебопекар ной муки допускается только в том случае, когда это предусмотрено нормативной документацией на макаронные изделия, и на этикетку должна быть нанесена соот ветствующая маркировка.
Еще одним важным показателем качества макаронных изделий является их биодоступность после переваривания в желудочно-кишечном тракте. На сего дняшний день методы биологической оценки пищевых продуктов основаны на биологических, микробиологических исследованиях и химическом анализе. О чем свидетельствуют работы отечественных и зарубежных учёных Долгова В.А., Ла виной С.А., Черемных Е.Г., Davis K.R., Kostello L.G. К методу биологической оценки с помощью тест-организмов относится метод с использованием инфузорий Tetrahymena pyriformis. Он основан на водной экстракции пищевых веществ, с дальнейшим посевом инфузорий Tetrahymena pyriformis и регистрацией прироста культуры в течение заданного времени. Преимущества метода определения биодо ступности с помощью инфузорий Tetrahymena pyriformis перед методами биологи ческой оценки на высших животных заключаются в следующем:
более высокой интенсивности обмена веществ инфузорий;
возможности одновременной постановки большого количества проб;
простоте, низкой стоимости, компактности, отсутствие дорогостоящего обо рудования и реактивов, возможности использования там, где нет условий проведения опытов на высших животных;
возможности использования данного метода не только в лабораториях, но и на производстве Однако вышеуказанный метод учитывает только количество водорастворимой и частично солерастворимой фракций белка, которые свободно переходят в экс тракт, и не учитывает особенности переваривания пищевого продукта в желудоч но-кишечном тракте.
Методам оценки цвета, варочных свойств и безопасности макаронных изделий посвящено много работ. А проведенный обзор литературы свидетельствует о том, что тема разработки методов контроля качества и биодоступности макаронных из делий является достаточно актуальной и мало исследованной.
Цель исследований. Усовершенствовать методы контроля качества и биодо ступности макаронных изделий с учетом технологических параметров производ ства.
В соответствии с поставленной целью решали следующие задачи:
Провести мониторинг фальсификации групповой принадлежности макарон ных изделий.
исследовать возможность применения существующих методов определения содержания мягкой пшеницы в муке для определения муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях, изготовленных при различных технологических па раметрах;
разработать рациональные условия проведения испытаний, повышающие чувствительность методов определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях;
изучить влияние технологических параметров производства макаронных из делий на чувствительность методов определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях при разработанных рациональных условиях проведения испытания;
разработать метод определения биодоступности макаронных изделий на инфузориях Teterahymena pyriformis, используя имитацию процесса пищеварения;
изучить влияние технологических параметров производства на биодо ступность макаронных изделий;
разработать схему контроля качества макаронных изделий, нормативную и техническую документацию.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Усовершенствованный метод определения мягкой пшеницы в муке, позво ляющий определить муку мягкой пшеницы в макаронных изделиях и обеспечива ющий точность на уровне не менее 3% при различных технологических режимах производства.
2. Метод определения биодоступности макаронных изделий, который позво ляет оценить переваривание макаронных изделий в желудочно-кишечном тракте, предусматривающий использование оптимизированной среды культивирования инфузорий, повышающей их устойчивость к действию токсикантов, а так же вы ращивание инфузорий в лунках в течение 24 часов.
3. Возможность изменения биодоступности макаронных изделий путем регу лирования технологических параметров производства.
Научная концепция. Основой научного решения проблемы совершенствова ния методов контроля качества макаронных изделий послужила адаптация суще ствующих методов определения содержания мягкой пшеницы в муке для мака ронных изделий, основанная на более полном извлечении глиадина и пальмитата -ситостерола и сохранении чувствительности методов на уровне 3% при различ ных температурах сушки, а так же разработка метода определения биодоступности макаронных изделий, основанного на определении коэффициента прироста инфу зорий на макаронных изделиях, прошедших процесс ферментации, имитирующий процесс пищеварения в желудочно-кишечном тракте.
Научная новизна. Экспериментально обоснована возможность применения существующих методов определения содержания мягкой пшеницы в муке для определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях при разра ботке рациональных условий проведения испытаний, заключающихся в повышении чувствительности методов.
Установлены параметры проведения методов определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях, высушенных при различных температу рах, обеспечивающие максимальное извлечение глиадина и пальмитата ситостерола, а именно: крупность размолотой пробы в размере не более 250 мкм, длительность экстракции глиадина в течение 30 мин и пальмитата -ситостерола в течение не менее 24 часов.
Выявлено повышение содержания водорастворимого белка и экстрактивных веществ в макаронных изделиях при воздействии пищеварительных ферментов пепсина и панкреатина, приводящее к росту биодоступности макаронных изделий.
Установлено увеличение содержания экстрактивных веществ в макаронных изделиях при повышении температуры сушки, приводящее к росту биодоступно сти макаронных изделий, подтвержденное на макаронных изделиях различных групп и различного химического состава.
Практическая значимость. Разработаны ГОСТ Р 52810-2007 «Изделия ма каронные. Методы идентификации», ГОСТ 31750-2012 «Изделия макаронные.
Методы идентификации». Подготовлена для проведения аттестации методика определения биодоступности макаронных изделий и подана заявка на изобретение № 2012012044/26 «Способ оценки усвояемости зерна и продуктов его переработ ки» от 28.09.2012.
Результаты работы апробированы и внедрены на следующих предприятиях:
ОАО «Омская макаронная фабрика» (г. Омск);
ОАО «Кормиловская мельница» (п.г.т. Кормиловка, Омская обл.), ООО «Макарон - Сервис» (г. Москва).
Апробация результатов работы. Результаты работы доложены на: круглом столе «Инновационные технологии для производства продуктов питания функци онального назначения» (г. Москва 2012);
IV международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (г. Пяти горск, 2010 г.), международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Управление инновациями в торговле и общественном питании» (г.
Кемерово, 2010 г.);
12 международной научно-практической конференции «Стра тегия развития пищевой промышленности» (г. Москва, 2006 г.).
Материалы, вошедшие в диссертацию, использованы при чтении лекций на курсах повышения квалификации экспертов Регистра Системы Сертификации Персонала Росстандарта и при подготовке специалистов и бакалавров по профилю: «Техно логия хлеба, кондитерских и макаронных изделий».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 научных трудов, в том числе 5 в рецензируемых журналах, подана 1 заявка на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа из ложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 8 таблиц, 61 рисунок.
Список литературы включает 207 наименований, в том числе 100 иностранных ис точников. В приложении приведены разработанные при участии автора нацио нальный и межгосударственный стандарты, методические рекомендации, прото колы испытательной лаборатории и межлабораторных испытаний, подтверждаю щие практическое использование результатов исследований.
Материалы диссертационной работы являются обобщением научных иссле дований, проведенных с 2005 по 2012 годы лично автором и/или при его непо средственном участии в качестве руководителя или ответственного исполнителя.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Обзор литературы В обзоре литературы приведен анализ качества макаронных изделий из муки твердой и мягкой пшеницы, а так же изучены направления изменения пищевой ценности макаронных изделий. Изучены существующие методы идентификации мягкой пшеницы в муке. Проведен обзор методов оценки биологической и пище вой ценности пищевых продуктов. В результате изученной литературы были сде ланы выводы о том, что необходимо исследование возможности использования методов идентификации, применяемых для идентификации сырья при определе нии достоверности этикетной надписи у макаронных изделий и соблюдения тре бований Технического регламента таможенного союза. Так же было установлено, что в настоящее время отсутствуют методы оценки биодоступности макаронных изделий, характеризующие в какой степени они усваиваются организмом при пи щеварении.
2. Материалы и методы исследований При проведении исследований использовали макаронные изделия группы А и группы В по ГОСТ Р 51865, муку пшеничную по ГОСТ Р 52189, муку из твердой пшеницы для макаронных изделий по ГОСТ Р 52668, кукурузный крахмал по ГОСТ Р 51985 и яйца куриные по ГОСТ Р 52121.
В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы исследо ваний. Массовую долю белка определяли по ГОСТ 10846;
фракционный состав белка – по методу Осборна;
содержание редуцирующих сахаров - по методу Бер трана.
Крупность помола определяли путем рассева навески в количестве 100 г на ситах с размером отверстий 560, 355, 250 и 163 мкм. Макаронные изделия выраба тывали в лабораторных условиях на макаронном прессе «La Monferina». Качество макаронных изделий оценивали по ГОСТ Р 52377.
Определение муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях определяли, уточненными автором методами электрофореза, по количеству экстрагируемого пальмитата -ситостерола и иммуноферментным методом по интенсивности окрашивания пятна на иммуноферментных тест-полосках. Биодоступность опре деляли на инфузориях Tetrahymena pyriformis. Подсчет инфузорий осуществляли на приборе БиоЛаТ-3.1 с помощью программы AutoCiliataXP.
Планирование эксперимента и обработку экспериментальных данных прово дили с помощью компьютерных программ Excel for Windows и STATISTIKA 6.
Математическая достоверность, точность и прецизионность данных обеспечи валась и контролировалась в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-1-6-2002.
3. Результаты исследований и их анализ Работа выполнена в испытательной аккредитованной лаборатории ООО «Макарон-Сервис», в лабораториях кафедры «Технология хлебопекарного, мака ронного и кондитерского производств» МГУТУ имени К.Г. Разумовского, а так же на предприятиях: ОАО «Омская макаронная фабрика» (г. Омск), ОАО «Кормилов ская мельница» (п.г.т. Кормиловка, Омская обл.).
Автор выражает благодарность руководителям и сотрудникам всех перечис ленных подразделений за содействие, оказанное в проведении исследований.
Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА И БИОДОСТУПНОСТИ МАКАРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ Разработка метода определения биодоступности макаронных изделий на Мониторинг фальсификации групповой принадлежности макаронных изделий инфузориях Teterahymena pyriformis с имитацей процесса пищеварения.
Оптимизирование состава среды для культивирования инфузорий Исследование возможности использования существующих методов определения содержания мягкой пшеницы в муке для определения муки из мягкой пшеницы в макаронных изделиях, изготовленных при различных технологических параметрах Длительность роста инфузорий Пальмитат Электрофорез Иммуноферментный ситостерола Параметры экстракции (длительность, помол) Разработка рациональных условий проведения испытаний, повышающих чувствительность методов определения содержания муки из мягкой пшеницы в макаронных изделиях Отработка экспресс-метода Пальмитат Электрофорез Иммуноферментный ситостерола Выбор ферментов (пепсин, липаза, панкреатин, амилаза) Гранулометрический Гранулометрический Условия ферментирования (продолжительность, концентрация) Гранулометрический состав субстрата состав субстрата состав субстрата Условия инактивации ферментов Температура экстракции Длительность экстракции Длительность экстракции Длительность экстракции Изучение влияния технологических параметров производства на биодо ступность макаронных изделий Изучение влияния технологических параметров производства макаронных изделий на чув ствительность методов определения содержания муки из мягкой пшеницы в макаронных Из муки мяг- Из муки твер- Безбелковых С яичными изделиях, при разработанных рациональных условиях проведения испытания. кой пшеницы дой пшеницы продуктами Температура замеса (холодный, теплый и горячий) Способ формования (прессование и раскатка) Параметры сушки (НТС, ВТС, СВТС) Разработка схемы контроля качества макаронных изделий, нормативной и технической Рисунок 1 – Структурная схема исследований 3.1 Мониторинг фальсификации групповой принадлежности макаронных изделий.
В период с 2004 по 2007 год проводили мониторинг фальсификации группо вой принадлежности макаронных изделий.
Для мониторинга использовали макаронные изделия, поступающие для ис следований в испытательную лабораторию ООО «Макарон-Сервис», а так же при обретенные в различных регионах России в различных торговых точках.
Далее отбирали макаронные изделия с маркировкой на этикетной надписи «Группа А» и определяли в них наличие муки мягкой пшеницы методом электро фореза, и при положительном результате электрофореза определяли количествен ное содержание муки мягкой пшеницы методом определения содержания пальми тата -ситостерола.
Как показал анализ полученных экспериментальных данных (рисунок 2) только 60% макаронных изделий с маркировкой «Группа А», изготавли ваются из 100% твердой пшеницы.
28% макаронных изделий, промарки рованных «Группа А», содержат в сво ем составе до 15% муки мягкой пше Рисунок 2 – Мониторинг фальсификации ницы, что разрешается Российскими макаронных изделий стандартами, а именно стандартом на зерно. И было выявлено 12% продукции не соответствующей заявленной этикетной надписи, т.е. с содержанием муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях свыше 15 %. (рисунок 2) 3.2 Исследование возможности применения существующих методов опре деления содержания мягкой пшеницы в муке для определения муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях, изготовленных при различных технологи ческих параметрах В настоящее время существует три метода определения примеси мягкой пшеницы. Это два качественных метода (метод электрофореза и иммунофермент ный) и количественный, основанный на экстракции пальмитата -ситостерола. Од нако все три метода были рекомендованы для определения примеси мягкой пше ницы в муке. В этой связи, задачей настоящего раздела явилось исследование чув ствительности существующих методов по определению примеси мягкой пшеницы.
Для этого готовили сырьевую смесь муки мягкой и твердой пшеницы в соотноше ниях: 0:100;
3:97;
15:85;
25:75;
50:50;
75:25;
100:0. Макаронные изделия изготавли вали из соответствующих смесей, используя традиционные технологии изготовле ния (влажность теста 32%, температура воды, идущая на замес теста 45 С и тем пература сушки 60 С). Примесь муки мягкой пшеницы оценивали тремя способа ми: метод электрофореза (качественный);
по содержанию пальмитата ситостерола (количественный);
иммуноферментным (качественный).
О чувствительности методов судили по интенсивности окра шенности полос на электрофоре грамме, выраженной в баллах;
по количеству экстрагируемого паль митата -ситостерола, и по интен сивности окрашивания пятна на иммуноферментной тест-полоске.
Рисунок 3 – Сравнение чувствительности метода электрофореза на сырьевой смеси и Результаты исследований приведе макаронных изделиях ны на рисунках 3-5.
Как видно из приведенных на рисунке данных, существующие методы менее чувствительны к ма каронным изделиям, чем к сырью.
Так например чувствительность ме тодов электрофореза и иммунофер ментного метода выравнивается при Рисунок 4 - Сравнение чувствительности соотношении муки мягкой и твер метода определения пальмитата - дой пшеницы 50:50 за счет одина ситостерола на сырьевой смеси и макарон ковой экстракции глиадина. При ных изделиях этом -ситостерол в большем объеме экстрагируется из сырьевой смеси при любых соотношениях муки мяг кой и твердой пшеницы. Таким об разом, была выявлена целесообраз ность разработки рациональных условий проведения определения со Рисунок 5 - Сравнение чувствительности держания примеси муки мягкой иммуноферментного метода на сырьевой пшеницы в макаронных изделиях.
смеси и макаронных изделиях 3.3 Разработка рациональных условий проведения испытаний, повыша ющих чувствительность методов определения содержания муки мягкой пше ницы в макаронных изделиях Методы электрофореза и иммуноферментный метод определения мягкой пшеницы основаны на экстракции глиадина и дальнейшей идентификации 8,9 глиадинов. А метод определения содержания пальмитата -ситостерола основан на экстракции ацетоном самого пальмитата -ситостерола и осаждении последнего при температуре -5С. Поэтому при разработке рациональных условий проведения ис пытаний, повышающих чувствительность методов определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях критерием служили содержание извлечен ного глиадина и пальмитата -ситостерола. Исследования проводили на макаронных изделиях из 100% муки мягкой пшеницы. При экстракции глиадина варьировали последовательно крупность подготовленной пробы и длительность экстракции. А при экстракции пальмитата -ситостерола дополнительно варьировали температуру экстракции. Как видно на рисунке 6 А количество экстрагируемого глиадина уве личивалось при снижении крупности измельчения макаронных изделий и с увели чением длительности экстракции. При измельчении пробы менее 250 мкм и увели чении длительности экстракции свыше 30 мин количество экстрагируемого глиа дина не увеличивалось.
Массовая доля пальмитата Содержание глиадина, % 25, 7, b -ситостерола, мг/100 г y 250= 3,8311Ln(x) + 6, R2 = 0, 6, 20, y163 = 3,5353Ln(x) + 7, 5,2 R2 = 0, 15,0 y 355= 3,6722Ln(x) + 5, 4, R2 = 0, 3,2 10, 2,2 y560 = 3,3805Ln(x) + 3, R 2 = 0, 5, 1, 0,2 0, 0 10 20 30 40 1 5 10 20 30 Длительность экстракции, ч Длительность экстракции, мин проход 163 проход 250 проход 355 проход проход 163 проход 250 проход 355 проход Б А Рисунок 6 - Зависимость содержания глиадина(А) и пальмитата -ситостерола (Б) в экстракте от крупности помола лабораторной пробы и продолжительности экстракции Количество экстрагируемого пальмитата -ситостерола увеличивалось при снижении крупности измельчения макаронных изделий и с увеличением длительно сти экстракции. При измельчении пробы менее 250 мкм и увеличении длительности экстракции свыше 24 часов количество экстрагируемого пальмитата -ситостерола не увеличивалось.
При исследова нии влияния темпера туры экстракции было установлено, что при экстракции пальмита та -ситостерола при температуре 20 С в течение 48 часов ко личество извлекаемо Рисунок 7 - Влияние температуры экстракции на количе ство извлеченного пальмитата -ситостерола. (А) при 20 го -ситостерола не С, (Б) при 38 С стабилизировалось.
При температуре экстракции 38 С количество экстрагируемого пальмитата ситостерола стабилизировалось после 24 часов экстракции (рисунок 7).
Для усовершенствованных методов идентификации макаронных изделий бы ли установлены метрологические характеристики.
Таким образом, было установлено, что для максимальной экстракции глиа дина крупность пробы должна составлять 250 мкм, а длительность экстракции минут. А максимальной экстракции пальмитата -ситостерола можно добиться пу тем измельчения пробы до 250 мкм, длительностью экстракции 24 часа при темпе ратуре 38 С.
3.4 Изучение влияния технологических параметров производства мака ронных изделий на чувствительность методов определения содержания муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях при разработанных рациональных условиях проведения испытания Известно, что температурное воздействие оказывает влияние на экстрактив ность различных веществ. Поэтому на следующем этапе было изучено, как техноло гические параметры производства оказывали влияние на чувствительность методов идентификации. Для этого макаронные изделия вырабатывали из смесей муки твер дой и мягкой пшениц в следующих соотношениях: 0:100;
3:97;
15:85;
25:75;
50:50;
75:25;
100:0. При изготовлении макаронных изделий варьировали температуру во ды, идущей на замес теста, влажность теста и температуру сушки. Макаронные из делия формовали раскаткой и прессованием, высушивали до влажности 13%. О чувствительности метода электрофореза судили по количеству экстрагируемого глиадина, при определении пальмитата -ситостерола по количеству извлеченного пальмитата -ситостерола, а при иммуноферментном методе по интенсивности окрашивания пятна на иммуноферментных тест-полосках.
Как показали проведенные исследования влияния температуры воды, иду щей на замес теста, и влажность теста и способ формования не оказывали суще ственного влияния на чувствительность методов. Исследование влияния темпера туры сушки на интенсивность полос электрофоретического спектра глиадина мяг кой пшеницы показало, что использование сверхвысокотемпературной сушки снижало интенсивность полос электрофоретического спектра глиадина на 1 балл за счет частичной денатурации глиадина (рисунок 8).
Исследование влияния температуры сушки на количество экстрагируемого пальмитата -ситостерола из макаронных изделий из муки твердой и мягкой пше ницы показало, что использование высокотемпературной и сверхвысокотемпера турной сушки снижает количество экстрагируемого пальмитата -ситостерола на 3-5 % у макаронных изделий из муки мягкой пшеницы, вероятно, за счет укрепле ния структурного каркаса макаронных изделий, препятствующего диффузии паль митата -ситостерола (рисунок 9).
Рисунок 8 - Исследование влияния тем- Рисунок 9 - Исследование влияния тем пературы сушки на интенсивность по- пературы сушки на количество экстра лос электрофоретического спектра гируемого пальмитата -ситостерола глиадина, экстрагируемого из макарон- из макаронных изделий ных изделий При исследовании влияния температуры сушки на чувствительность имму ноферментного метода определения содержания муки мягкой пшеницы в макарон ных изделиях было показано, что использование сверхвысокотемпературной суш ки снижает интенсивность окрашивания пятна на иммуноферментной тест-полоске в случае макаронных изделий, содержащих мягкую пшеницу, за счет частичной денатурации белков (рисунок 10).
Межлабораторные ис пытания разработанных мето дов проведенные в 5 аккреди тованных лабораториях при десятикратном повторе каждо го образца позволили устано вить предел повторяемости и воспроизводимости методов электрофореза, определения содержания пальмитата ситостерола и иммунофер Рисунок 10 - Исследование влияния температуры сушки на чувствительность имуноферментного ментного.
Таким образом, разрабо метода определения муки мягкой пшеницы в ма каронных изделиях танные методы позволяют определить содержание муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях с точностью до 3 %. При использовании сверхвысокотемпературной сушки чувствительность разработанных методов снижается, но порог чувствительности остается на прежнем уровне.
3.5 Разработка метода определения биодоступности макаронных изделий на инфузориях Teterahymena pyriformis, с использованием ими тации процесса пищеварения Биодоступность продуктов питания характеризует степень их соответ ствия потребностям организма. Метод биологической оценки с помощью ин фузорий Tetrahymena pyriformis основан на водной экстракции пищевых ве ществ, с дальнейшим посевом инфузорий Tetrahymena pyriformis и последую щей регистрацией прироста культуры в течение заданного времени. Прирост инфузорий, в свою очередь, зависит от оптимального соотношения и количе ства пищевых веществ в экстрактах анализируемых продуктов.
Задачей данного раздела была разработка метода определения биодоступно сти макаронных изделий на инфузориях Tetrahymena pyriformis. О биодоступности судили по коэффициенту прироста инфузорий.
В настоящей работе был разработан метод биологической оценки с помощью реснитчатых инфузорий Tetrahymena pyriformis. Исследования проводили в сле дующих направлениях: оптимизировали состав среды для культивирования инфу зорий Tetrahymena pyriformis;
подбирали композицию и условия ферментирования для имитации пищеварительной системы;
оптимизировали параметры тестирова ния;
определяли ошибку метода;
исследовали влияние технологических парамет ров на биодоступность макаронных изделий с различным химическим составом.
При оптимизации состава среды культивирования инфузорий Tetrahymena pyriformis определяли чувствительность и стабильность жизнедеятельности инфузорий Tetrahymena pyriformis, культивированных в средах с различным содержанием основных компонентов: панкреатического гидролизата казеина и глюкозы при действии токсина CuSO4 в различных концентрациях.
Анализируя полученные результаты, с учетом наилучших значений показателей свойств культуры, была выбрана культура с содержанием пептона 0,87г, глюкозы- 0,87г на 100см раствора. Концентрации остальных компонентов среды культивирования составила: дрожжевого экстракта - 0,1г и NaCl 0,1г в 100см раствора.
Далее проводили оптимизацию параметров тестирования. На оптимизированном составе среды и параметрах тестирования установлена ошибка метода, которая составила 10%.
Подсчет прироста инфузорий вели на 3-4 сутки. Для исследования возмож ности разработки ускоренной методики определения биодоступности параллельно проводили посев культуры непосредственно в лунки для подсчета инфузорий при бора БиоЛаТ-3.1. Подсчет инфузорий в лунках проводили через 6, 12, 24 и 36 ча сов. Характер зависимости роста инфузорий от концентрации питательной среды в случае ускоренного метода соответствовал базовому методу выращивания в про бирках. Оптимальным было выбрано время роста 24 часа, поскольку при более длительной экспозиции питательная среда подвергалась значительному микроб ному зарастанию.
Далее определяли количество водорастворимого белка в макаронных изде лиях. Проведенный сравнительный анализ прироста инфузорий и эксперимен тальных данных о содержании водорастворимого белка позволил установить кор реляционную зависимость (зависимость R=0.98 при р0,5) между значениями этих показателей. Чем больше в экстракте исследуемого продукта водорастворимого белка, тем отмечался больший прирост инфузорий.
Далее подбирали композиции и условия и ферментирования. Для имитации пищеварительной системы использовали ферменты: амилаза, пепсин, панкреатин и липаза. Перед проведением исследований макаронные изделия варили до готов ности по ГОСТ Р 52377.
Как показали исследования, действие таких ферментов как амилаза и липаза не эффективно по сравнению с действием панкреатина, который содержит в своем составе, помимо пептидаз, собственные амилазу и липазы. Количество пепсина и панкреатина и длительность их действия выбирали по массе белка в экстракте (для пепсина) и по экстрактивности сухих веществ (для панкреатина).
y = -4E-05x 4 + 0,0051x 3 - 0,2508x 2 + 4,9188x + 52, М асса бел к а в эк стр ак те, м г y = 3,3545Ln(x) + 70, R2 = 0, М асса белка в экстракте, мг R2 = 0, 45 35 25 0 50 100 0 10 20 30 40 Длительность ферментации, мин Масса пепсина, мг Рисунок 11 – Влияние количества пепсина и длительности экстракции на содержание белка в экстракте y = -2E-08x 4 + 7E-06x 3 - 0,0007x 2 + 0,0318x y = 0,0514Ln(x) + 0, Количество сухих веществ в Количество сухих веществ в экстракте, 0,90 + 0, R = 0,975 R = 0, 0, 0, 0, экстракте, % 0,60 0, 0,50 0, % 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 10 20 30 40 0 50 Масса панкреатина, мг Длительность ферментации, мин Рисунок 12 – Влияние количества панкреатина и длительности ферментации на экс трактивность сухих веществ.
Как показали результаты исследований, представленные на рисунках 11 и для максимального расщепления макаронных изделий необходимо пепсин исполь зовать в количестве 15 мг при длительности ферментации 40 минут, а панкреатин в количестве 5 мг при длительности ферментации 40 минут. При этом рН действия ферментов соответствовала 2 и 8 соответственно. Кроме этого, была установлена ошибка метода, которая составила 10%.
Таким образом, оптимизированная среда для культивирования инфузорий должна содержать пептона 0,87г и глюкозы 0,87г на 100см раствора. Для приго товления экстракта 50г исследуемого продукта варят до готовности в 500 мл воды, сливают варочную воду, гомогенизируют одну десятую часть сваренного продук та в 300 мл воды, затем подвергают действию ферментов, доводят объем до мл, инактивируют на водяной бане, охлаждают и центрифугируют. Определено количество пепсина (15 мг) и панкреатина (5 мг). При этом длительность фермен тации должна составлять 40 минут.
Межлабораторные испытания разработанного метода, проведенные в 5 аккре дитованных лабораториях при десятикратном повторе каждого образца, позволили установить предел повторяемости и воспроизводимость метода. Ошибка метода составила 10%.
3.6 Изучение влияния технологических параметров производства макаронных изделий на биодоступности макаронных изделий На разработанном методе исследовали влияние технологических параметров на биодоступность макаронных изделий с различным химическим составом. Для этого макаронные изделия вырабатывали из муки высшего сорта по ГОСТ Р 52189, из муки высшего сорта по ГОСТ Р 52558, из муки высшего сорта по ГОСТ Р с яичными продуктами, и из кукурузного крахмала по ГОСТ Р 51985. При изготов лении макаронных изделий варьировали температуру воды, идущей на замес те ста, влажность теста, способы формования и температуру сушки. Макаронные из делия высушивали до влажности 13%. Образцы макаронных изделий подвергали ферментации пепсином и панкреатином, после чего осуществляли посев рабочей культуры инфузории Tetrahymena pyriformis. Подсчет прироста инфузорий прово дили на вторые сутки после посева. Далее сначала изучали влияние технологиче ских параметров на содержание белка в экстракте, экстрактивность сухих веществ и относительный коэффициент прироста инфузорий на макаронных изделиях из твердой пшеницы, затем изучали влияние технологических параметров производ ства на коэффициент прироста инфузорий на макаронных изделиях из муки твер дой и мягкой пшеницы, яичных и безбелковых макаронных изделиях. Полученные экспериментальные данные приведены на рисунках 13-15.
А Б В Рисунок 13 – Влияние температуры сушки на экстрактивность белка (А) и сухих веществ (Б) из макаронных изделий из твердой пшеницы и на относи тельный коэффициент роста инфузорий (В).
Анализ данных, приведенных на рисунке 13, свидетельствует о том, что от носительный коэффициент роста инфузорий увеличивается не только за счет пе рехода белка в экстракт, но и за счет увеличения общих экстрактивных веществ из макаронных изделий. Более того, было отмечено, что количество экстрактивных веществ росло с увеличением температуры сушки.
коэффициент роста Относительный 20С 60С 100С А Б В Г Рисунок 14 – Влияние температуры сушки на относительный коэффициент ро ста инфузорий после ферментации макаронных изделий яичных (А), безбелковых (Б), макаронных изделий из муки мягкой (В) и из муки твердой (Г) пшениц.
Как видно из представленных на рисунке 14 экспериментальных данных, ко эффициент прироста инфузорий увеличивался при увеличении температуры суш ки за счет увеличения экстрактивных веществ. При этом наибольший коэффици ент прироста инфузорий был отмечен у яичных макаронных изделий, наименьший у безбелковых макаронных изделий. При сравнении относительной биодоступно сти макаронных изделий из твердых и мягких пшениц большей биодоступностью обладали макаронные изделия из муки мягкой пшеницы, вероятно за счет менее прочных связей между белком и крахмалом. При этом у всех четырех видов мака ронных изделий отмечено увеличение биодоступности с увеличением температу ры сушки.
Таким образом, в ходе проведенных исследований было установлено, что увлечение температуры сушки макаронных изделий увеличивает их биодоступ ность за счет увеличения количества экстрактивных веществ.
3.7 Разработка системы контроля качества, нормативной и технической документации и обосновать социальную эффективность На основании проведенных выше исследований была предложена усовершен ствованная система контроля качества макаронных изделий. В ней были выделены на основании изучения отечественной и зарубежной литературы уже существующие средства контроля качества, и введены вновь разработанные для макаронных изде лий средства идентификации достоверности этикетной надписи, а именно: проверка наличия муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях и определение биодоступно сти макаронных изделий на инфузориях Tetrahymena pyriformis. (рисунок 15).
Органолептические Методы иденти методы фикации группо вой принадлеж ности Разраба Существующие Физико- тывае средства КАЧЕСТВО химические мые контроля ПРОДУКЦИИ методы средства качества контроля качества Метод опреде Методы кон- ления биодо троля без- ступности опасности Рисунок 15 –Усовершенствованная схема контроля качества макаронных изделий.
Разработанные средства контроля качества макаронных изделий вошли в ГОСТ Р 52810 «Изделия макаронные. методы идентификации», ГОСТ 31749 «Из делия макаронные. Методы идентификации». Подготовлена к аттестации методика по определению биодоступности макаронных изделий.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ Таким образом, в ходе работы были усовершенствованы методы контроля качества и биодоступности макаронных изделий с учетом технологических пара метров производства 1. В результате проведения мониторинга фальсификации макаронных изделий было установлено значительное количество случаев фальсификации их групповой принадлежности.
2. Исследована возможность применения существующих методов определе ния мягкой пшеницы в муке для определения примеси муки мягкой пшеницы в ма каронных изделиях и выявлена целесообразность разработки рациональных усло вий проведения определения примеси муки мягкой пшеницы в макаронных издели ях.
3. Установлено, что для максимальной экстракции глиадина крупность пробы должна составлять 250 мкм, а длительность экстракции 30 минут. А максимальной экстракции пальмитата -ситостерола можно добиться путем измельчения пробы до 250 мкм, длительностью экстракции 24 часа при температуре 38 С.
4. Разработанные методы позволяют определить содержание муки мягкой пшеницы в макаронных изделиях с точностью до 3 %. При использовании сверхвы сокотемпературной сушки чувствительность разработанных методов снижается, но порог чувствительности остается на прежнем уровне.
5. Разработан метод определения биодоступности макаронных изделий на инфузориях Teterahymena pyriformis с имитацией процесса пищеварения, оптими зирована среда для культивирования инфузорий, определено количество пепсина (15 мг) и панкреатина (5 мг). При этом длительность ферментации должна состав лять 40 минут. Ошибка метода составила 10%.
6. Изучено влияние технологических параметров производства на биодо ступность макаронных изделий и установлено, что увлечение температуры сушки макаронных изделий увеличивает их биодоступность за счет увеличения количе ства экстрактивных веществ.
7. На основании проведенных исследований усовершенствована схема кон троля качества макаронных изделий, применяющаяся органами сертификации при оценке соответствия макаронных изделий нормативной документации, и при по ставке продукции или заключении договоров купли-продажи, а так же при разра ботке нового ассортимента макаронных изделий для определения их биодоступно сти.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Шнейдер, Т.И. Нормативная документация макаронной отрасли / Т.И. Шней дер, Н.К. Казеннова, Д.В. Шнейдер, А.Ю. Грошев, А.А. Сердечкина, И.В. Ка зеннов // Хлебопечение России. – 2006. – №2. – С. 20–21.
2. Шнейдер, Т.И. ГОСТ Р Изделия макаронные методы идентификации» (проект национального стандарта) / Т.И. Шнейдер, Н.К. Казеннова, Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов, А. А. Сердечкина // Хлебопродукты. – 2007. – №7. – С. 38–40.
3. Шнейдер, Д.В. Метод определения биодоступности безглютенового сырья, макаронных и хлебобулочных изделий на тест-объектах – инфузориях Tetrahymena pyriformis / Д.В. Шнейдер, Н.К. Казеннова, И.В. Казеннов // Хле бопродукты. – 2012. – № 7. – С. 36–37.
4. Шнейдер, Д.В. Разработка безглютеновых пищевых ингредиентов повышен ной биодоступности / Д.В. Шнейдер, И.В.Казеннов // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 9. С. 54–57.
5. Казеннов, И.В. Разработка методов контроля и идентификация сырья и мака ронных изделий / И.В. Казеннов, Т.Б. Цыганова // Хлебопродукты. – 2013. – № 6. – С. 36–37.
Научные статьи в журналах и сборниках 6. Казеннов, И.В. Изучение динамики окисления растительных жиров в процес се производства и хранения макаронных изделий быстрого приготовления / И.В. Казеннов, Д.В. Шнейдер // Материалы IV международной научно практической конференции «Инновационные направления в пищевых техно логиях», Пятигорск.– 2010. – С. 120.1–22.
7. Казеннов, И.В. Изучение стойкости окисления растительных жиров при про изводстве и хранении макаронных изделий быстрого приготовления / И.В.
Казеннов // Материалы международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Управление инновациями в торговле и общественном питании», Кемерово. – 2010. – С. 403–406.
8. Казеннов, И.В. Разработка методов идентификации макаронных изделий /Казеннов И.В. // Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности. Экспертиза, оценка качества, подлинности и безопасности пищевых продуктов / МГУПП. – 2008. – 2–4 декабря. – С. 115–121.
9. Казеннова, Н.К. Разработка технологии и оптимизация рецептурного состава безглютенового печенья с использованием дескриптивного анализа / Н.К. Ка зеннова, Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов, О.В. Кулаков // Пищевые ингредиенты сырье и добавки. – 2012. – №2. – С 52-53.
10. Шнейдер, Д.В. Биодоступность безглютенового сырья, макаронных и хлебо булочных изделий на тест-объектах инфузориях Tetrahymena pyriformis / Д.В.
Шнейдер, Н.К. Казеннова, И.В. Казеннов // Сборник материалов круглого стола «Инновационные технологии для производства продуктов питания функционального назначения», М: ООО «КопиМастерЦентр». – 2012. – C.
85–87.
11. Шнейдер, Д.В. Модифицированный крахмал при производстве макаронных изделий быстрого приготовления / Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов // Хлебопе карное и кондитерское производство. – 2007. – №3. – С. 8–9.
12. Шнейдер, Д.В. Разработка технологии и оптимизация рецептурного состава безглютенового печенья с использованием дескриптивного анализа / Д.В.
Шнейдер, И.В. Казеннов, О.В. Кулаков // Пищевые ингредиенты сырье и до бавки. – 2012. – №2. – С. 40–41.
13. Шнейдер, Д.В. Требования к качеству макаронных изделий быстрого приго товления. ГОСТ Р «Изделия макаронные быстрого приготовления. Общие технические условия» / Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов // Труды 12 междуна родной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности». – 2006. – Том 1. – Вып. 11. – 28–29 ноября. – С. 193–194.
14. Шнейдер, Т.И. ГОСТ Р 52378-2005 – Новый национальный стандарт на изде лия макаронные быстрого приготовления / Т.И. Шнейдер, Н.К. Казеннов, Д.В.
Шнейдер, А.Ю. Грошев, А.А. Сердечкина, И.В. Казеннов // Хлебопродукты. – 2006. – №9. – С. 56–57.
15. Шнейдер, Т.И. Методы идентификации макаронных изделий /Т.И. Шнейдер, Н.К. Казеннова, Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов // Методы оценки соответствия.
2009. – №2. – С. 12–15.
16. Шнейдер, Т.И. Стандартизация макаронной отрасли в России / Т.И. Шнейдер, Н.К Казеннова, Д.В. Шнейдер, И.В. Казеннов, Т.Б. Цыганова // Хлебопек. – 2013. – №8. – С. 53–55.
Изобретения 17. Заявка 2012012044/26 Способ оценки усвояемости зерна и продуктов его пе реработки / Шнейдер Т.И., Казеннова Н.К., Шнейдер Д.В., И.В. Казеннов И.В.
– Заявлено 28.09.2012.
Отдельные издания 18. Шнейдер, Т.И. и др. Инструкция по расчету норм расхода сырья в макаронной отрасли / Т. И. Шнейдер, Д. В. Шнейдер, Н. К. Казеннова, И. В. Казеннов, О.
В. Кулаков. – М.: ГРОМ-4, 2012. – 42 с.
19. Шнейдер, Т.И. и др. Технохимический контроль макаронного производства / Т. И. Шнейдер, Н. К. Казеннова, Д. В. Шнейдер, И. В. Казеннов. – М.: ДеЛи принт, 2012. – 100 с.