CC BY
69
УДК 664.8.039.4
Использование прополиса в пищевых эмульсиях,
полученных с применением ультразвука
Е.В. Грузинов, д-р хим. наук, проф.
Московский государственный университет технологий и управления Э.С. Никитина, канд. биол. наук
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова А.Ю. Ступин ОАО «ГосНИИсинтезбелок» О.Ю. Чубатова
ООО «Инвистра»
Увеличение народонаселения Земли ставит перед производителями пищевых продуктов, существенную часть которых представляют собой пищевые эмульсии, новые задачи ускорения производства, улучшения качества продуктов питания и повышения их сохранности безвредными для потребителя методами. Существенная часть этих задач может быть решена применением ультразвука, обладающего рядом полезных свойств.
Ультразвуковое эмульгирование позволяет получать высокодисперсные, стойкие, практически однородные эмульсии без добавления эмульгаторов или стабилизаторов. Процесс эмульгирования в ультразвуковом поле обусловлен кавитацией, условия возникновения и развития которой зависят от параметров ультразвука -мощности, частоты, формы поля, а также состояния среды - вязкости, температуры, природы и количества растворенных в жидкости газов, давления и т. д. Применение ультразвуковых реакторов с магнитострикционными или пьезокерамическими преобразователями позволяет получать практически монодисперсную эмульсию. Качество эмульсии, полученной в установках с гидродинамическими преобразователями, ниже, но их производительность в десятки раз выше эмульгаторов с электромеханическими преобразователями [1, 2].
Водно-масляные эмульсии, полученные с применением ультразвука, используют в хлебопекарном производстве для смазывания поддонов, в колбасном и кондитерском производстве и т. д. Ультразвуковая гомогенизация мороженного существенно улучшает его вкус, а гомогенизация молока придает ему новые свойства, необходимые для интенсификации производства кисломолочных продуктов, сухого и сгущенного молока, сливок и т. д. Использование отходов молокоперера-
батывающих заводов, отходов переработки сои, непригодного для питания человека растительного масла и некоторых других позволяет с помощью ультразвуковых технологий получать заменители цельного молока для выпаивания молодняка сельскохозяйственных животных [3].
Однако применение ультразвука для обработки пищевых веществ может привести к изменению их органолепти-ческих параметров [4]. В настоящее время эти нежелательные изменения предотвращают с помощью специально подобранных, добавляемых в обрабатываемую среду безвредных природных веществ, обладающих соно-протекторными свойствами.
С помощью современных ультразвуковых технологий легко решается и ряд проблем, связанных со снижением об-семененности пищевого сырья, оборудования и помещений пищевых производств [5]. Комплексное воздействие ультразвуком и некоторыми веществами, обладающими бактерицидным действием, позволяет существенно снизить концентрацию последних и при этом достичь более низкого уровня обсемененности. Но эти вещества в массе своей далеко не безвредны. Во многих случаях можно вообще отказаться от их применения, используя лишь один ультразвук, поскольку действие ультразвука не только синергич-но влиянию бактерицидных веществ (и других физических воздействий), но и само по себе обладает бактерицидным воздействием, хотя только ультразвуком, даже с высокой плотностью энергии в среде, стерилизации никому еще добиться не удавалось. При ультразвуковом воздействии обсемененность снижается экспоненциально, следовательно, для уничтожения всех микроорганизмов (что и называется стерилизацией) требуется бесконечное время.
Применение ультразвука для интенсификации процессов приготовления
Ключевые слова: пищевая эмульсия; прополис; ультразвук; снижение обсемененности.
Keywords: food emulsion; propolis; ultrasound.
пищевых эмульсий требует решения специфических задач, поскольку скорость эмульгирования и эффективность разрушения микроорганизмов в жидкой среде возрастают с увеличением плотности акустической энергии в ней, но в то же время возрастает и вероятность окисления эмульгируемых веществ, сопровождаемого появлением нежелательного привкуса и неприятного запаха.
Одна из важных задач пищевого производства - создание и применение сбалансированных, экологически безопасных пищевых композиций, отдельные ингредиенты которых обладают выраженной способностью инакти-вировать патогенные микроорганизмы, практически не оказывая при этом негативных воздействий на основной пищевой продукт и, в конечном итоге, на организм человека. Весьма ценным элементом таких композиций может оказаться прополис, обладающий мощным антибактериальным, противовирусным, противогрибковым действием [6]. Бактерицидное действие прополиса проявляется в малых концентрациях и распространяется практически на всех возбудителей болезней человека и животных. Прополис ярко проявляет свою активность против возбудителей туберкулеза, вирусов герпеса, гриппа, гепатита, грибов рода кандида. Он оказывает выраженное обезболивающее, противовоспалительное и иммуномодулирующее действие, благотворно влияет на метаболизм в соединительной ткани, проявляет противоопухолевые, радиопротекторные и антитоксические свойства.
Химический состав прополиса весьма сложен и зависит от вида растения, с которого его собирали пчелы. Прополис содержит смоляные кислоты и спирты, артепелин, фенолы, дубильные вещества, бальзамы (коричный спирт, коричная кислота), воск, эфирные масла, флавоноиды (более 40), аминокислоты. Всего из него выделено 284 различных соединения, из которых идентифицировано только 111.
Можно встретить прополис, практически лишенный запаха, но в большинстве случаев он обладает специфическим сильным острым ароматом, напоминающим пряный запах растительных источников смолистых веществ и
эфирных масел. Вкус прополиса горький, жгучий. Консистенция прополиса зависит от температуры. При низких температурах (-15 °С и ниже) прополис тверд и хрупок. При нагревании прополис постепенно размягчается. В текучее состояние переходит обычно при 64...69 °С.
Нет теоретических препятствий против введения прополиса в пищевые композиции для снижения обсеменен-ности микроорганизмами и повышения их профилактической ценности. Однако равномерное распределение прополиса в больших объемах сопряжено с определенными затруднениями, поскольку прополис полностью нерастворим ни в воде, ни в масле, ни в пищевых органических растворителях. Кроме того, применение органических растворителей нежелательно вследствие их токсичности и (или) пожаро-опасности. Этих недостатков лишена водная суспензия микро- и наночастиц прополиса, которая может быть затем трансформирована в аэрозоль с использованием стандартных ультразвуковых [7] и других генераторов аэрозолей индивидуального и общего пользования. Перспективны и другие способы введения прополиса в рецептурные композиции.
Исследование влияния ультразвуковых аэрозолей прополиса на чистые культуры Pseudomonas aurogenosa, Stafilococcus aureus, Mycobacterium tuberculosis (w.t.), Aeromonas sp, Moraxella, Nitrobacter, Bacillus sp. и др. показали их высокую бактериостати-ческую активность и перспективность применения для повышения сохранности пищевых эмульсий.
Микроорганизмы культивировали на стандартных средах, Mycobacterium tuberculosis (w.t.) - на твердой питательной среде (Sauton+suppl).
Бактериостатическое действие определяли по величине зон ингибирова-ния роста газона на плотных средах. Препараты наносили либо на диски, либо простым напылением, либо внесением в лунку. С помощью метода оптической регистрации оценивали задержку роста при выращивании на жидких средах.
Пробы воздуха отбирали устройством автоматического отбора проб (ПУ-1Б) в трехкратной повторности с немедленным нанесением проб на питательные среды в чашках Петри. Объем каждой пробы - 250 л, время забора - 15 мин.
Выделение микроскопических грибов из воздуха проводили на стандартную для грибов агаризованную питательную среду Чапека с добавлением стрептомицина в качестве бактериального ингибитора. Посевы инкубировали в термостате при 25 °С.
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
Подсчет численности и описание таксономического состава грибного комплекса проводили на 10-14-е сут. Оценивали абсолютную численность отдельных таксономических групп -родов и видов (КОЕ/м3). Для грибов это могут быть единичные споры, группы спор, фрагменты гиф, кусочки мицелия, у бактерий - единичные клетки и группы клеток.
Для получения суспензии прополиса его помещают в область ультразвукового поля с плотностью акустической энергии 0,1-10 Вт/см3 (рис.1), отделенной от остального объема проточной системой. Энергия ультразвука частично превращается в тепло и нагревает прополис до температур выше 70 °С, после чего он эмульгируется и уносится акустическими течениями в зону с относительно низкой температурой, где эмульсия охлаждается до температуры, при которой она превращается в стабильную суспензию или, точнее, переходит в квазисуспендированное состояние. При этом размеры частиц достаточно малы, а площадь поверхности суспендированного (эмульгированного) вещества многократно увеличивается, что повышает его биологическую активность [7].
Размеры частиц могут варьировать от десятков нанометров до десятков микрон, в зависимости от частоты ультразвука, плотности акустической энергии в объеме и условий воздействия. Крупные частицы, осажденные на гидрофобизованную поверхность, хорошо видны и легко поддаются измерениям с помощью обычного оптического микроскопа, мелкие (от микрона и ниже) исследуют с применением лазерного компьютерного фазового микроскопа «Эйрискан», действие которого основано на измерении модуляционным методом локальных фаз отраженной объектом волны [8].
Кратковременная экспозиция чашек Петри с культурами бактерий в аэрозоле прополиса и, для сравнения, сосновой смолы, обусловливает значительное подавление роста патогенных микроорганизмов (табл. 1).
Подавление роста патогенных микроорганизмов под влиянием водных суспензий прополиса оказалось весьма значительным, а результаты качественно сходными, в ряде случаев превышающими бактерицидную активность эфирного масла чайного дерева, иссопа лекарственного и пихты, исследованных нами ранее.
Даже при длительном контакте с прополисом, смолой сосны и эфирными маслами микроорганизмы практически не вырабатывают к ним устойчивости [6]. Это свойство является их существенным преимуществом перед антибиотиками и делает весьма перспек-
Т!>Т2
Рис. 1. Схематическое изображение реактора для эмульгирования (суспендирования) прополиса, других тугоплавких органических соединений: 1 -излучатель УЗ; 2 - рабочая зона с температурой Т1; 3 - эмульгируемое вещество; 4 - буферная зона с температурой Т2; 5 - направление макропотоков; 6 - канал подачи эмульгируемого или суспендируемого вещества
Таблица 1
Бактерицидная эффективность водных суспензий сосновой смолы и прополиса при действии на микроорганизмы
Микроорганизмы
Препарат Aeromonas sp. Moraxella Nitrobacter Bacillus sp.
Водная суспензия прополиса (экспозиция 30 с) **** **** ****
Водная суспензия сосновой смолы (экспозиция 30 с) *** *** ***
Интактная культура * * * *
* - активный рост бактериальных культур; ** - снижение роста культур; *** - снижение роста культур, рост только по краю чашки; **** - значительное снижение роста культуры; ***** - рост не фиксируется.
Рис. 2. Принципиальная схема установки для трансформации жидкости в аэрозоль: 1 - фокусирующий излучатель ультразвука; 2 ~ распыляемая среда; 3 ~
аэрозоль, ...... - фокальная область, ,Г,- ~ направление
потока воздуха от встроенного компрессора
3
тивным их применение в пищевой промышленности. Аэрозоли прополиса и эфирных масел могут быть использованы для уменьшения микробной об-семененности и кондиционирования воздуха в производственных и офисных помещениях. При этом общая об-семененность воздуха снижается в 1,5-
Таблица 2
Рецептуры стандартного майонеза «Провансаль» и разработанного на его основе майонеза «Маложирный»
Массовая доля, %
Компонент «Провансаль» «Мало-
жирный»
Масло растительное 65,40 15,00
Яичный порошок 5,00 -
Сухое обезжиренное молоко 1,60 1,60
Мука зародышей пшеницы 1 50 15,00 1,50
Соль 1,10 0 05 1,10 0,05
Горчичный порошок 0,75 0,74
Уксусная кислота (80%-ная) 0,60 -
Вода питьевая 24,00 33,10 0,5
Токоферол - 0,4
Лимонная кислота - 0,5 0,5
ИТОГО 100,00 0,01 100,00
С, м 40
я, 35
U, Г) 30
25
р 20
<и 15
о CD 10
и е 5
J и 0
CD
ï=
"-2
10 15 Время, мин
20
25
30
Рис. 3. Зависимость количества образовавшегося аэрозоля от времени для воды (1), воды, на поверхность которой наслоено эфирное масло сосны (2) и для 10 %-ного раствора этилового спирта (3)
2 раза, удерживается на этом уровне в течение примерно 3 сут, а затем возрастает и стремится к исходному уровню (рис. 2, 3).
В качестве исследуемого объекта брали майонез с пониженным содержанием жира [9], разработанный ранее на основе майонеза «Провансаль».
Майонезы представляют собой сложную тонкодисперсную, устойчивую в довольно широком интервале температур жироводную эмульсию прямого типа, в которой равномерно распределены все компоненты рецептурного состава. В производстве майонеза не используются промышленно полезные микроорганизмы. В этом продукте может находиться только производственно вредная микрофлора, привнесенная в продукт вместе с остаточной микрофлорой компонентов майонеза, а также с поверхности оборудования. В готовой продукции содержание микроорганизмов нормируется. БГКП не допускаются в 0,1 см3, дрожжи - не более 5х102 КОЕ/см3, плесени - не более 10 КОЕ/см3, сальмонеллы - не допускаются в 25 см3.
С сырьем в производство майонеза могут попасть микроорганизмы, расщепляющие белки, углеводы, жиры. Это бактерии родов Bacillus, Clostridium, Protеus, Pseudomonas, дрожжи Candida, Lipolitica и грибы родов Aspergillus, Pénicillium и др. [10]. Развиваясь в майонезе эти микроорганизмы могут вызвать его порчу.
В процессе изготовления исследованный майонез был подвергнут ультразвуковому воздействию с частотой 35 кГц, плотностью энергии в рабочей зоне 0,15 Вт/см3 в течение 3 мин.
Для предотвращения прогорания и появления несвойственных майонезу запаха и привкуса в рецептуру включены аскорбиновая и лимонная кислоты, лецитин и токоферол.
Для снижения обсемененности и предотвращения развития микрофлоры в состав майонеза введен прополис в количестве 0,01 %, что практически не изменило вкуса майонеза «Провансаль», но добавило в его аромат теплую ноту.
Таблица 3
Обсемененность образцов майонеза, КОЕ
0
5
Образец майонеза После приготовления Через 10 сут хранения Через 20 сут хранения
«Провансаль» Единичные колонии 6,8-102 5,3-105
«Маложирный», приготовленный без применения ультразвука Единичные колонии 1,5-104 6,8-104
«Маложирный», приготовленный с применением ультразвука Единичные колонии 1,6-104 5,7-104
«Маложирный», приготовленный с прополисом, без применения ультразвука Единичные колонии 1,3-102 4,2-102
«Маложирный», приготовленный с прополисом и применением ультразвука Отсутствие микробной биомассы Единичные колонии Единичные колонии
Микробиологическое обследование полученных образцов показало существенное снижение обсемененности после обработки ультразвуком в присутствии прополиса и подавление дальнейшего развития микрофлоры в процессе хранения при комнатной температуре (табл. 3).
Полученные результаты свидетельствуют о существенном снижении обсемененности маложирных майонезов в процессе их изготовления по технологии, включающей ультразвуковую обработку и введение в рецептуру следовых количеств прополиса, следовательно, о перспективности использования ультразвуковых технологий и природных бактерицидных соединений в масложировой отрасли.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с «биологическими объектами (ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии). - М., Изд-во РГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005.
2. Рухман А.А., Кузнецова О.В., Акопян В.Б., Давидов Е.Р., Мордвинова Е. Способ получения эмульсий и суспензий. Патент 2342188. 2007.
3. Акопян В.Б. Ультразвук в производстве пищевых продуктов//Пище-вая промышленность. 2003. №3. С. 54-55; 2003. № 4. С. 68-69.
4. Akopyan V.B., Chujinina E. Protection of Eatable Oils from Deterioration During Food Processing by Ultrasound, 16th International Symposium on Nonlinear Acoustics. - M., 2002.
5. Акопян В.Б. Оборудование для ультразвуковой обработки пищевых продуктов//Энциклопедия машиностроения. 2003. Т. 40. С. 706-712.
6. Хисматулина Н.З. Апитерапия. -Пермь: Мобиле, 2005.
7. Акопян В.Б., Бамбура М.В., Давидов Е.Р., Ступин А.Ю., Чубатова О.И. Изменение свойств водных растворов при их ультразвуковом распылении// Акустический журнал. 2009. 55. № 45. С. 684-688.
8. Тычинский В., Куфаль Г., Вышенс-кая Т., Переведенцева Е., Никандров С. Измерения субволновых структур лазерным фазовым микроскопом «Эй-рискан»//Электроника. 1997. 24. № 8. С. 754-758.
9. Грузинов Е.В., Акопян В.Б., Кудров А.Н., Восканян О.С., Калягина В.Ф. Новый метод получения пищевых эмульсий/Материалы научной конференции «Современные проблемы пищевой промышленности». - M., 1997, с. 29.
10. Еремина И.А., Лузина Н.И., Кри-гер О.В. Микробиология продуктов растительного происхождения. - Кемерово: КТИПП, 2003.
