4 ВВЕДЕНИЕ
Одной из актуальных проблем современности является сохранение здоровья человека. В нашей стране концепция здорового питания населения России до 2005 года и Президентская программа по этой проблеме, находятся на уровне государственной политики.
Одним из действенных путей повышения уровня здоровья населения следует считать создание продуктов питания группы «Здоровье».
Создание таких продуктов возможно только при использовании биологически активных добавок с различными технологически функциями, наиболее важными из которых являются функции, связанные с регулированием консистенции, увеличением сохранности и приданием пище особых физиологически полезных свойств.
В связи с этим биологически активные добавки природного происхождения являются наиболее перспективными, т.к. они обладают комплексом физиологических свойств и технологических функций.
Среди множества имеющихся природных биологически активных добавок наибольшее внимание уделяется фосфолипидам.
Возможность расширить ассортимент фосфолипидных биологически активных добавок возникла, благодаря разработанной высокоэффективной технологии получения из безэруковых рапсовых масел фосфолипидов, позволяющей максимально снизить негативные воздействия технологического процесса и получить продукт, характеризующийся высокими органолептическими и физико-химическими показателями, а также обладающий широким спектром технологических функций и физиологического действия.
Учитывая это, в качестве объекта исследования выбраны пищевые фосфолипиды рапсовых масел - рапсовые активированные фосфолипиды (РАФ), полученные с применением методов механохимической и
химической активации.
Целью работы является исследование и сравнительная оценка технологических и потребительских свойств двух типов фосфолипидных продуктов, полученных из безэруковых рапсовых масел по традиционной и усовершенствованной технологии, и обоснование рекомендаций по их применению в производстве маргариновой продукции.
В связи с этим основными задачами исследования являются:
- изучение, анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по изучаемой проблеме;
- сравнительное исследование состава, структуры и свойств рапсовых активированных фосфолипидов и фосфатидных концентратов, полученных по традиционной технологии;
- медико-биологические исследования и изучение физиологического действия исследуемых фосфолипидных продуктов;
исследование поверхностно-активных свойств рапсовых фосфолипидных продуктов;
исследование антиоксидантной способности рапсовых фосфолипидных продуктов;
- исследование эмульгирующих свойств и антиразбрызгивающей способности рапсовых активированных фосфолипидов;
- разработка практических рекомендаций по применению рапсовых активированных фосфолипидов в производстве маргариновой продукции;
- оценка потребительских свойств маргаринов и майонезов, полученных с применением рапсовых активированных фосфолипидов;
- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических и технических решений.
Научная новизна. Научно и экспериментально обоснованы преимущества, целесообразность и эффективность применения в качестве эмульгаторов маргариновых и майонезных эмульсий рапсовых
активированных фосфолипидов, полученных из рапсовых масел с применением методов механохимической и химической активации.
Впервые определены основные медико-биологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов - антиоксидантные, гипохолестеринемические, иммуномоделирующие, гиполипидемические и гепатопротекторные в сравнении с фосфолипидными концентратами, полученными по традиционной технологии.
Впервые количественно оценены технологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов, их антиоксидантные и поверхностно-активные свойства, а также антиразбрызгивающая и эмульгирующая способность.
Экспериментально обоснованы дозировки рапсовых активированных фосфолипидов при создании маргариновых и майонезных эмульсий различной калорийности. Экспериментально объяснено положение о торможении окислительных процессов рапсовыми активированными фосфолипидами в липидном комплексе маргаринов и майонезов при хранении.
Новизна результатов, полученных в результате исследования, подтверждена 1 патентом РФ и 6 решениями о выдаче патентов РФ.
Практическая значимость. Разработаны рецептуры маргаринов и майонезов заданной калорийности с применением в качестве эмульгатора рапсовых активированных фосфолипидов. Разработаны режимы подготовки рапсовых активированных фосфолипидов перед введением их в качестве эмульгаторов в маргариновые и майонезные эмульсии. Показано, что введение рапсовых активированных фосфолипидов в маргариновые и майонезные эмульсии увеличивает сроки хранения маргаринов и майонезов.
Разработаны комплекты технической документации на средне- и низкокалорийный маргарины и на средне- и низкокалорийный майонезы (технические условия и технологические инструкции).
На защиту выносятся следующие основные положения:
- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по изучаемой проблеме;
- результаты сравнительного исследования состава, структуры и свойств рапсовых активированных фосфолипидов и фосфатидных концентратов, полученных по традиционной технологии;
- результаты медико-биологического исследования и изучения физиологического действия исследуемых фосфолипидных продуктов;
- результаты исследования поверхностно-активных свойств рапсовых фосфолипидных продуктов;
- результаты исследования антиоксидантной способности рапсовых фосфолипидных продуктов;
результаты исследования эмульгирующих свойств и
антиразбрызгивающей способности рапсовых активированных фосфолипидов;
разработанные рекомендации по применению рапсовых активированных фосфолипидов в производстве маргариновой продукции;
- результаты оценки потребительских свойств маргаринов и майонезов, полученных с применением рапсовых активированных фосфолипидов;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения разработанных технологических и технических решений.
8 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Физиологическая роль фосфолипидов в деятельности организма
Фосфолипиды привлекают особое внимание ученых и практиков среди многих пищевых добавок и биологически активных веществ, благодаря результатам последних исследований, свидетельствующих об их высокой физиологической и поверхностной активности /1,2/.
Многие исследования посвящены изучению физиологической роли фосфолипидов; вопросам создания и воздействия на организм препаратов и продуктов, в состав которых включен комплекс растительных фосфолипидов или их отдельных групп /1-5/.
Показано /3,6/, что в состав фосфолипидов входят мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты, причем наиболее лабильные из них преимущественно расположены во 2 положении фосфолипидов 111.
Известно, что существует определенная избирательность в локализации различных фосфолипидов в бислое мембран.
Считается установленным, что особенности структуры и состава полярных липидов биологических мембран тесно связаны со спецификой выполняемых ими функций (регуляцией проницаемости для различных соединений, образования комплексов ДНК и РНК с мембраной, локализации специфических рецепторов) /8,9/.
Жирнокислотный состав и пространственная ориентация жирных кислот в 1- и 2-позициях молекулы фосфолипидов имеют решающее
значение при определении таких свойств,' как «мембранная текучесть» и «мембранная проницаемость» /10/.
В литературе встречаются разные мнения о роли фосфолипидов в окислительных процессах: их считают природными антиоксидантами или синергистами антиоксидантов /6,11-14/.
Активация процессов перекисного окисления фосфолипидов приводит к уменьшению плотности упаковки липидного бислоя и способствует повышению проницаемости мембран /11, 12/.
Полярные липиды, а именно фосфолипиды, являются субстратом или составной частью мембраносвязанных ферментов. Общепринятым стал термин "липидзависимые" и "липидтребующие" ферменты. Показано, что активность ферментов влияет на структурное состояние липидного бислоя мембраны /13,14/.
Установлена корреляция между степенью окисленности фосфолипидов и активностью коагуляционных реакций, отвечающих за свертывающие свойства крови /14/.
Благодаря своему строению, фосфолипиды обладают поверхностно-активными и эмульгирующими свойствами, что определяет их значение среди прочих факторов в процессах развивающихся при жировой эмболии (образование тромбов - агрегатов холестерина и триацилглицеринов) /14/.
Окислительная деструкция мембранных фосфолипидов может вызвать заметные, подчас необратимые изменения стабильности мембраны и формы клетки /14/.
На основании вышеизложенного видно, что единство строения и функции биологических мембран теснейшим образом связаны с процессами
10
перекисного окисления фосфолипидов, составляющих структурную основу бислоя.
В настоящее время существует достаточно сведений о том, что фосфолипиды, являясь материалом для реконструкции биологических мембран, благоприятно влияют на специфические процессы, протекающие на разных уровнях организации живых систем /15-50/.
Показана эффективность применения эссенциальных фосфолипидов для коррекции диабетических патологических изменений печени и почек (гепато- и нефропатий) /19/.
Снижение клинических симптомов при диабете связывают с формированием под влиянием фосфолипидов адаптационных механизмов, контролирующих холестеринемию и триглицеридемию, стимулированием обратного транспорта холестерина, мембранотропного и антиоксидантного действия/16,17/.
Установлено защищающее печень (гепатопротекторное) действие фосфолипидов при различных неблагоприятных и токсических воздействиях /3,20/.
В последние годы показано, что на фоне введения фосфолипидов происходит уменьшение интенсивности перекисного окисления липидов в тромбоцитах и плазме здоровых людей /3,21/, а также у облученных крыс /20/.
Рядом исследований установлено, что фосфолипиды обладают способностью понижать содержание липидов в крови (гиполипидемический эффект)/1,2,3,22,23/.
В работе /24/ показано, что биологическая активность проявляется, например, в иммуномоделирующем действии "Эссенциале", основным
11
действующим веществом которого являются полиненасыщенные фосфолипиды.
Защитная роль фосфолипидов и их производных в ингибировании вирусов иммунодефицита человека отмечается также японскими и американскими ученными /25,26/, противоопухолевое действие фосфолипидов отмечается в работах отечественных и зарубежных ученых /27/, актуальным свойством фосфолипидов является радиопротекторная активность /1,3,28/.
Таким образом, фосфолипиды играют важную роль в физиологических функциях организма человека.
Вступление России в ВТО определяет необходимость роста уровня отечественного производства конкурентоспособных продуктов питания, а также неуклонного расширения их ассортимента, что особенно актуально для нового сектора производства функциональных пищевых продуктов. Учитывая это, широкое использование импортных фосфолипидных продуктов практически во всех отраслях пищевой промышленности, при отсутствии отечественных аналогов, дает реальный повод задуматься о проблеме продовольственной безопасности страны.
Однако, в проблеме использовании импортных летицинов в производстве продуктов питания и, особенно в составе продуктов функциональной группы, есть и другой важный аспект. Следует отметить, что подавляющее большинство импортных фосфолипидных продуктов и добавок предназначены для использования в технологических целях, в связи с чем, характеристики их физиологически активных свойств не являются для производителя предметом рассмотрения и декларирования. Между тем, при создании функциональных пищевых продуктов и БАД во главу угла ставится именно высокая пищевая ценность и физиологическая активность используемых ингредиентов. Такой подход особенно актуален для природных фосфолипидов, так как юс использование в составе
12
функциональных, обогащенных и традиционных пищевых продуктов преследует не только и не столько технологические цели, но в первую очередь позволяет решать задачи обеспечения требуемых физиологически функциональных свойств. Естественно, данное утверждение справедливо только для фосфолипидных продуктов, обладающих нативными физиологически активными свойствами, получение которых возможно только при комплексном подходе к формированию их безопасности, пищевой ценности, функциональных, технологических и медико-биологических свойств.
С учетом имеющихся данных о физиологической роли фосфолипидов
можно решить вопросы конструирования пищевых продуктов на их основе для коррекции различных нарушений обмена веществ в организме, то есть продуктов функционального и специального назначения.
Особое место фосфолипидов среди БАД обусловлено уникальным сочетанием их физиологически активных и «технологических» свойств. Среди последних - эмульгирующая и стабилизирующая способности, способность улучшать вкус и запах, проявление влагосвязывающих и влагоудерживающих свойств, способность увеличивать растворимость, снижать вязкость, улучшать консистенцию и многие другие /29-32/. Многообразию «технологических» свойств не уступает широкий спектр физиологической активности природных фосфолипидов/33, 34/.
Все это объясняет тот факт, что уже сегодня фосфолипиды стали неотъемлемым рецептурным компонентом продуктов на основе водно-жировых эмульсий, кондитерских изделий, быстрорастворимых напитков, смесей для детского питания, мороженного, сыров, мясных фаршей и т.д. /30-32, 35-37/.
Основным сырьем для промышленного получения фосфолипидов являются бобы сои и желток куриного яйца. Хотя яичный лецитин был обнаружен гораздо раньше соевого, сегодня он продолжает использоваться в
т
13
основном в фармакологии, а на мировом рынке пищевых БАД господствует исключительно соевый лецитин /38-42/.
Между тем, фосфолипиды присутствуют практически во всех масличных культурах и преобладание соевого лецитина в основном обусловлено тем, что главным экспортером лецитина являются США, где соя составляет превалирующую масличную культуру. Следует отметить, что 90 % сои, выращиваемой в США, является продуктом генной модификации /43/. Импортерами лецитина являются страны Европейского Союза, где данный продукт может подвергаться дополнительным технологическим воздействиям или модифицированию с целью придания ему специфических технологических свойств /42,44/.
В России широкое использование фосфолипидных БАД в технологиях продуктов питания началось сравнительно, недавно, однако, сегодня они стали неотъемлемым компонентом масложировых, мясных, молочных, хлебобулочных, кондитерских и ряда других продуктов /45, 47/.
Проведенный анализ показал, что подавляющее большинство используемых сегодня пищевой промышленностью России лецитинов — импортные. При этом они представлены в основном продукцией фирм «Штерн, лецитин и соя» (Германия), «Lucas Meyer» (Германия) и «New Spirit Naturals» (США) /12, 29, 45/.
Один из важных аспектов оценки перспектив производства отечественных фосфолипидных БАД связан с качеством и ассортиментом имеющихся отечественных фосфолипидных продуктов. Выпускающиеся до недавнего времени отечественные фосфатидные концентраты имели низкие физико-химические показатели и не могли конкурировать с аналогичными импортными продуктами. Ситуация изменилась с появлением новых технологий, позволяющих получать высококачественные фосфолипиды, сохраняющие свои природные физиологически активные свойства.
14
К таким продуктам относятся подсолнечные активированные фосфолипиды (ПАФ), получаемые гидратацией нерафинированных подсолнечных масел по технологии, разработанной кафедрой технологии жиров, товароведения и экспертизы товаров КубГТУ совместно со специалистами Лабинского и Миллеровского МЭЗов /47-52/.
ПАФ содержат не менее 60% собственно фосфолипидов и отличаются от фосфатидных концентратов, полученных по традиционной технологии, улучшенными технологическими свойствами и наличием нативных физиологически активных свойств, о чем свидетельствуют сравнительные исследования, проведенные Институтом Питания РАМН /53/.
Сотрудниками кафедры совместно со специалистами соответствующих отраслей пищевой промышленности разработаны рекомендации по использованию ПАФ в составе целого ряда пищевых продуктов - в производстве шоколадных масс и глазурей, производстве колбас, хлебобулочных изделий, маргаринов, майонезов и некоторых других продуктов специального назначения /54-57/.
Одной из перспективных масличных культур, распространенных в России, является рапс.
В настоящее время в результате селекционных работ отечественных ученых созданы совершенно новые сорта безэрукового рапса.
Как и в других растительных маслах, основную массу сопутствующих липидов рапсового масла составляют фофсолипиды.
В нашей стране рапсовый фофатидный концентрат используется только на корм скоту /58/, так как до настоящего времени отсутствовала технология получения высококачественных фосфолипидных концентратов.
На кафедре технологии жиров, товароведения и экспертизы товаров Кубанского государственного технологического университета разработана технология гидратации рапсовых масел и получения рапсовых активированных фосфолипидов /58/.
15
Полученные рапсовые активированные фосфолипиды
характеризуются низким содержанием продуктов окисления и более высоким содержанием в продукте собственно фосфолипидов.
Исходя из изложенного, полученные рапсовые активированные фосфолипиды могут стать перспективной основой для производства продуктов питания, в том числе и маргариновой продукции.
1.2 Теоретические основы получения и стабилизации пищевых водно-жировых эмульсий
Пищевые водно-жировые эмульсии являются многофазными системами в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии и при нормальных условиях не смешиваются или смешиваются частично /59/. Из-за избытка свободной поверхностной энергии на межфазной поверхности для эмульсии характерна агрегативная неустойчивость. Под последней понимают самопроизвольное образование агрегатов капелек с последующей их коалесценцией в пределе, приводящей к полному расслоению фаз /62,63,137/.
Агрегативная устойчивость определяется термодинамическим равновесием и зависит от множества факторов, однако наибольшее влияние на нее оказывает природа и количество содержащегося в эмульсии эмульгатора. При этом от природы используемого эмульгатора зависит не только устойчивость эмульсии, но и ее тип.
С термодинамической точки зрения эмульгатор, адсорбируясь на границе раздела фаз в виде тончайших адсорбционных оболочек, понижает межфазное поверхностное натяжение, препятствует коалесценции частичек дисперсной фазы и удерживает их в дисперсионной среде, чем и обеспечивает агрегативную устойчивость эмульсии. Поскольку толщина адсорбционных слоев невелика, то и эмульгатора требуется мало. Молекулы
16
эмульгаторов дифильны, они состоят из углеводородного радикала (неполярная часть) и полярных групп. Их эмульгирующее действие тем эффективнее, чем лучше сбалансировано в молекуле полярные и неполярные группы /62-64/. Хорошо сбалансированной дифильной молекулой является фосфатидилхолин, а также фосфатидилэтаноламин, аналогично которым стремятся синтезировать промышленные эмульгаторы /63,64,65 /.
Важной характеристикой эмульгатора является критическая концентрация мицелообразования (ККМ). Исследованиями /66/ установлено, что поверхностная активность характеризует эмульгирующие свойства поверхностно-активного вещества, а ККМ - его стабилизирующую способность.
Однако, для оценки эффективности действия эмульгатора эти характеристики не являются достаточными. Это объясняется сложным составом пищевых эмульсий, представляющих собой многокомпонентные системы.
В связи с этим для определения степени эффективности эмульгатора необходимо изучить его эмульгирующие и влагоудерживающие свойства. Эти свойства оценивают по структурно-механическим свойствам получаемых эмульсий /67-69/.
Следует отметить, что структурно-реологические свойства пищевых водно-жировых эмульсий помимо концентрации эмульгатора зависят от состава и соотношений компонентов жирового набора, водно-молочной фазы, рН среды, а также механизма диспергирования. Уменьшение количества эмульгатора за счет более интенсивного диспергирования при производстве маргариновой продукции позволяет получить однородную эмульсию, однако стабильность ее резко снижается /70/. Поэтому, при проведении исследований необходимо наиболее полно приближать модельные системы к реальным рецептурам.
(*
17
Исследование структурно-реологических характеристик продуктов на основе водно-жировых эмульсий позволяет, имея определенный эмульгатор путем подбора его количества и вариацией набора рецептурных компонентов, получать продукты с заданными функциональными свойствами.
Известно, что природные фосфолипиды в малополярных и неполярных растворителях находятся в виде ассоциатов, мицелл и других образований, что объясняется межмолекулярным взаимодействием полярных групп их дифильных молекул. Это свойство фосфолипидов проявляется в их высокой поверхностной активности на границе раздела фаз " масло-вода".
Из анализа литературных данных следует, что поверхностно-активные свойства природных фосфолипидов зависят от их химического строения, в частности - жирнокислотного состава, природы неполярной фазы, температуры, концентрации и других характеристик /71-79/.
Установлено, что в эмульсиях обратного типа или в смешанных, в которых жир является непрерывной дисперсионной средой, а вода -дисперсной фазой, защитную адсорбционную пленку вокруг капелек воды создают липофильные эмульгаторы, легко растворимые в жире. Свойства липофильных эмульгаторов определяются преимущественным влиянием большей олеофильной частью их молекулы /80/.
Липофильные эмульгаторы, обволакивая капельки воды прочной адсорбционной пленкой, повышают устойчивость эмульсии против механического разрушения. Но они не повышают коллоидной растворимости воды в жире и потому не предохраняют эмульсию от разбрызгивания при термическом воздействии /81 -83/.
Снижение межфазного поверхностного натяжения вызывают растворимые в воде поверхностно- активные гидрофильные эмульгаторы, обуславливающие образование эмульсии типа м/в. |
