CC BY
028
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
УДК 637.5
Садовой В. В., Трубина И. А.,Селимов М. А., Щедрина Т. В., Нагдалян А. А. Sadovoy V. V., Trubina I. A., Selimov M. A., Shchedrina T. V., Nagdalian A. A.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РЕЦЕПТУРАХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ДОБАВОК
USE IN THE FORMULATION FOOD BIOACTIVE SUPPLEMENTS
Осуществлено прогнозирование молекулярных характеристик и произведена оценка изменения количественного содержания биологически активных добавок (БАДов), витаминов В1, РР, лецитина при использовании их в технологии мясных изделий с профилактическими свойствами для лиц, страдающих сахарным диабетом. На основании проведенных исследований установлено, что технологическая обработка не приводит к структурным изменениям исследуемых молекул. Оценка безопасности и профилактических свойств добавок на лабораторных животных подтвердила целесообразность их использования в рецептурах пищевых продуктов.
Ключевые слова: молекулярные структуры, геометрическая оптимизация, молекулярные свойства, тепловая обработка.
Implemented prediction of molecular properties and the estimation of changes in the quantitative content of biologically active additives (dietary supplements), lecithin, vitamins B1 and PP when used in meat technology preventative for people with diabetes. Our studies found that the technological processing does not result in structural changes of the molecules. Evaluation of safety and prophylactic properties of additives in laboratory animals confirmed the feasibility of their use in food formulations.
Key words: molecular structure, geometry optimization, molecular properties, thermal processing.
Садовой Владимир Всеволодович -
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой товароведения и технологии
общественного питания
Ставропольский институт кооперации
(филиал Белгородского университета кооперации,
экономики и права)
г. Ставрополь
E-mail: vsadovoy@yandex.ru
Трубина Ирина Александровна -
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Ставропольский государственный аграрный университет г. Ставрополь
E-mail: vsadovoy@yandex.ru
Селимов Магомед Асланович -
кандидат технических наук, старший научный сотрудник НИЛ «Нанобиотехнология и биофизика» центра коллективного пользования Северо-Кавказский федеральный университет г. Ставрополь E-mail:selimovma@mail.ru
Щедрина Татьяна Викторовна -
кандидат технических наук, доцент кафедры технологии продуктов питания и товароведения, института сервиса, туризма и дизайна Северо-Кавказский федеральный университет г. Пятигорск
E-mail: tany1812@yandex.ru
Нагдалян Андрей Ашотович -
старший преподаватель кафедры технологии мяса и консервирования института живых систем Северо-Кавказский федеральный университет г. Ставрополь
E-mail: geniando@yandex.ru
Sadovoy Vladimir Vsevolodovich -
Doctor of technical sciences, professor, head of
merchandising and catering technology
Stavropol Institute of Cooperation
(a branch of Belgorod University of Cooperation,
Economics and Law)
Stavropol
E-mail: vsadovoy@yandex.ru
Trubina Irina Alexandrovna -
Ph.D in technical Sciences,
dozent of production and processing technology
of agricultural products
Stavropol State Agrarian University
Stavropol
E-mail: vsadovoy@yandex.ru
Selimov Magomed Aslanovich -
Ph.D in technical Sciences, senior researcher of scientific laboratory «Nano-biotechnology and biophysics» shared center North-Caucasus Federal University Stavropol
E-mail: selimovma@mail.ru
Shchedrin Tatiana Victorovna -
Ph.D in technical Sciences,
docent of food technology and merchandising,
service institute, tourism and design
North-Caucasus Federal University
Pyatigorsk
E-mail: tany1812@yandex.ru
Nagdalian Andrew Ashotovich -
senior lecturer in meat technology and preservation department of institute of living systems North-Caucasus Federal University Stavropol
E-mail: geniando@yandex.ru
в
:№ 4(24), 2016
Агроинженерия
29
Сахарный диабет справедливо считают «неинфекционной эпидемией 21 века». Среди различных групп населения количество людей, страдающих данным заболеванием, в мире удваивается каждые 13-15 лет. В настоящее время борьба с этим заболеванием является важной проблемой здравоохранения развивающихся и высокоразвитых стран.
При оценке обеспеченности больных диабетом эссенциальными пищевыми ингредиентами выявлено, что обычная диета в большинстве случаев не компенсирует потребности организма этой категории граждан в витаминах. Обозначен особый недостаток витаминов РР (4,46-5,26 мг/сут.), Б1 (0,42-0,55 мг/сут.) и лецитина (4-5 г/ сут.).
Для ликвидации витаминной недостаточности и снижения потребности в инсулине изучена возможность использования витаминов РР, Б1 и лецитина в рецептурах мясопродуктов [3]. На основании анализа норм потребления белка установлено, что в проектируемую рецептуру необходимо внести витамины РР в количестве 1,73-2,13 мг и Б1 0,21-0,28 на 100 г продукта [2,7].
Одним из значимых открытий является выявление физиологических свойств лецитина, который способствует при регулярном приеме снижению инсулиновых потребностей, защищает печень от жирового перерождения при диабете. Лецитин является основным компонентом клеточных мембран, важнейшим эмульгатором жиров, эффективным растворителем и переносчиком холестерина.
Известно, что организм здорового человека синтезирует 1/4 часть необходимого лецитина, остальное количество должно поступать с пищей. По рекомендациям диетологов, здоровому современному человеку ежедневно требуется 5-6 г лецитина. Недополучая необходимого питания, внутренние органы начинают перегружаться. Это приводит к повышенной «изнашиваемости» организма, способствует снижению общей работоспособности и к более тяжелой и ранней заболеваемости систем организма и внутренних органов [5].
Витамины принимают активное участие (иногда ключевое) в метаболическом обмене углеводов. Витамин Б1 способствует активации транскетолазы, которая обезвреживает токсичные продукты, получаемые в результате распада сахаров. В некоторых случаях у больных диабетом отмечаются отклонения в обмене витаминов (обычно витамина PP), поэтому нутрициологическая коррекция баланса витаминов является неотъемлемым условием профилактики и реабилитации осложнений сахарного диабета [2].
Материалы и методы
Поскольку при производстве мясопродуктов применяют тепловую обработку, изучены изменения молекулярных свойств витаминов Би PP и лецитина в исходном сырье и готовой продукции. Анализ влияния температурных параметров на исследуемые БАДы вели в приложении Hyper Chem v.8 молекулярно-динамическими, полуэмпирическими и квантово-химическими методами.
Для определения количественных изменений до и после термической обработки витамина Б1 использован метод, который основан на проведении кислотно го гидролиза и определении интенсивности флюоресценции тиох-рома, образующегося при окислении тиамина в щелочной среде феррицианидом калия. Контроль содержания витамина PP осуществлен методом, который основан на образовании окрашенного производного глутаконово-го альдегида.
Содержание лецитина определяли по количеству фосфора. Для этого липидную фракцию из сырья и готовой продукции экстрагировали спиртохлороформенной смесью. Определение фосфора вели фотоколориметрическим вандатно-молибдатным методом с молибда-том аммония в присутствии молибденового синего с предварительным озолением.
Результаты и их обсуждение
Известно, что витамины Би PP и лецитин являются нестойкими к тепловому воздействию, а термическую обработку варенных колбасных
Рисунок 1 - Пространственная структура лецитина
30
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
изделий ведут до температуры в центре батона 72 °С, в связи с этим необходимо выполнить анализ возможности использования этих биологически активных добавок в рецептурах мясопродуктов.
Для оценки структурных изменений молекул исследованы исходные молекулярные свойства витаминов Би РР и лецитина и их изменение при тепловой обработке.
На предварительном этапе с использование компьютерной химии выполнено моделирование молекулярных структур витаминов Би РР и лецитина, и методами молекулярной динамики и квантово-химических расчетов осуществлена структурная геометрическая оптимизация молекул [4]. На рис. 1 приведена пространственная структура лецитина.
Свидетельством корректности пространственной геометрической оптимизации молекулы являются полученные расчетные характеристики компонентов. Суммарная энергия для каждой исследуемой молекулы является достаточно малой величиной (для витамина РР - -696169; для витамина РР - -32707,9, для лецитина —245735 ккал/моль), среднеквадратичные градиенты незначительно отличаются от нуля (для витамина Б1 - 0,01; для витамина РР -0,08, для лецитина - 0,05; ккал/(Ахмоль) соответственно), что свидетельствует о сбалансированности энергетических свойств системы и об эффективной минимизации потенциальной энергии. Величина дипольного момента (5,285; 1,999, 9,681 Дебая соответственно) характеризует равномерность распределения электронной плотности.
Используя полуэмпирические и квантово-химические методы, исследован электростатический потенциал поверхности молекул витаминов Би РР и лецитина. На рис. 2 приведено распределение электростатического потенциала на поверхности молекулы лецитина.
Большое значение, помимо поиска минимумов, соответствующих стабильным состояниям, имеет исследование седловых точек на поверхности потенциальной энергии молекулярной системы. В химической кинетике на поверхности потенциальной энергии седловая точка соответствует реагенту химической реакции, и области стабильных состояний продук-
тов химическом реакции и рассматривается с позиций переходного комплекса. Комплексы в седловой точке не поддаются экспериментальному исследованию, поскольку время жизни в состоянии активированного комплекса молекулярной системы чрезвычайно мало. Переходный комплекс распадается из-за действия тепловых колебаний, и система возвращается в состояние, которое соответствует устойчивым продуктам реакции. Поэтому квантово-химический расчет является единственным источником информации о переходных состояниях молекулярных систем. Разница потенциальной энергии в точке минимума и седловой точке представляет энергию активации, величина которой дает возможность оценить при заданной температуре константу скорости химической реакции.
Мясное сырье содержит значительное количество воды, поэтому моделирование термической обработки вели, используя метод броуновской динамики [1]. Действие на исследуемую систему в броуновской динамике заменяется силами трения, действующими на каждый атом, и случайными силами. Между двумя последовательными случайными воздействиями в определенный период времени атом движется под действием силы трения и сил со стороны других атомов молекулы. Эта система напоминает движение микроскопической частицы в вязкой жидкости.
Моделирование термической обработки молекул БАДов в воде вели в модуле Periodic boundary conditions (периодические граничные условия). С помощью данного метода решается проблема моделирования водной системы, включающей бесконечно число частиц жидкости. При этом используется ячейка периодичности, имеющая конечные размеры соответствующие макроскопической системе. Если в процессе интегрирования одна из частиц выходит из ячейки периодичности, то одновременно в ячейку добавляется тождественная ей частица, входящая с той же скоростью с другой стороны ячейки. Выполнено компьютерное моделирование в ячейке периодичности [7] молекул витаминов Bu РР и лецитина, результаты которого представлены на рис. 3.
Рисунок 2 - Распределение электростатического потенциала на поверхности молекулы лецитина
Вестник АПК
Ставрополья
:№ 4(24), 2016
Агроинженерия
31
Рисунок 3 - Моделирование тепловой обработки лецитина
Рисунок 4 - Энергетическое состояние молекулярной системы
Моделирование тепловой обработки исследуемых БАДов вели до стабилизации энергетического состояния системы (рис. 4).
Полученные результаты (рис. 4) подтверждают то, что в процессе моделирования термической обработки стабилизируется потенциальная энергия системы, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.
Исследование молекулярных свойств изучаемых БАДов (витаминов Б1, РР и лецитина) вели методами полуэмпирическим, квантово-химическим и с применением молекулярной динамики (табл. 1).
Таблица 1 - Оценка энергетического состояния витаминов Би РР и лецитина при тепловой обработки
Показатели Потенциальная энергия, ккал/моль
витамин Вг витамин РР лецитин
Энергия активации 323,9 18,0 432,2
Изменение потенциальной энергии молекул после тепловой обработки 22,1 19,7 425,1
Следовательно, молекулы лецитина, витаминов Б1 не переходят в возбужденное состояние, не изменяют своей структуры и не вступают в химическую реакцию при тепловой обработке. Однако полученные результаты свидетельствуют, что использованные режимы могут привести к снижению количественного содержания витамина РР.
Компонентный состав пищевых продуктов содержит значительное количество химических ингредиентов (белки, жиры, углеводы, витамины и др.), которые могут оказывать влияние на энергетическое состояние системы, [5] поэтому выполнены экспериментальные исследования по изучению количественных изменений витаминов Би РР и лецитина после термической обработки колбасных изделий. Данные исследований сведены в табл. 2.
Таблица 2 - Исследования количественного содержания витаминов Би РР и лецитина в колбасных изделиях до и после термической обработки р < 0,05
Энергия активации (табл. 1) молекулярной системы, равная разнице между энергией переходного состояния и энергией геометрической оптимизации, для витамина Б1 и лецитина выше, чем величина изменения потенциальной энергии этих молекул (432,2; 323,9 по сравнению 425,1; 22,1 ккал/моль соответственно), для витамина РР ниже - 18,0 против 19,7 ккал/моль.
Компоненты Фарш Готовый продукт
Содержание
Лецитин, % 2,52 2,63
Ви мг/% 6,17 6,17
РР, мг/% 3,78 3,76
Установлено, что изменение содержания в готовом продукте витаминов Би РР и лецитина, незначительно, и находится в пределах ошибки опыта.
Изучение сывороточной активности маркерных ферментов крови лабораторных живот-
32
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
ных (крыс) показало, что готовая продукция не приводит к повышению цитолиза и не обладает токсическим действием на организм. Введение в рацион мясопродуктов с рекомендуемыми биологически активными добавками подопытным животным с искусственно вызванным диабетом способствовало снижению уровня глюкозы на 8,48 ммоль/л.
Выводы
Проведенные в работе аналитические и экспериментальные исследования позволили оценить изменения количественного содержания биологически активных добавок при использовании их в производстве мясных изделии с профилактическими свойствами и подтвердили целесообразность использования витаминов Б1, РР и лецитина при производстве мясопродуктов для лиц страдающих сахарным диабетом.
Литература
1. Грей С. К., Габинс К. Е. Теория молекулярных жидкостей. Оксфорд : Кларендон Пресс, 1984. № 1. 626 с.
2. Разработка рецептур мясопродуктов антидиабетической направленности / Г. И. Касьянов, С. А. Левченко, В. В. Садовой, М. А. Селимов // Изв. высших учебных заведений. Пищевая технология. 2010. № 5-6. С. 29-31.
3. Маргенау Х., Кестнер Н. Р. Межмолекулярные силы. 2-е изд. Л. : Пергамон Пресс, 1971.
4. Моргунова А. В. Разработка технологии мясопродуктов с использованием кавитационно-дезинтегрированных систем : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Ставрополь, 2012.18 с.
5. Садовой В. В., Щедрина Т. В., Трубина И. А. Функциональные пищевые продукты с биологически активными добавками // Вестник Российской академии сельхоз. наук. 2014. № 2. С. 64-66.
6. Форрест Дж. М., Мвпэвг М. А., Харли Дж. Д. Сахарный диабет и врожденная краснуха // Педиатрия 44. 1969. С. 445-447.
7. Параметрическое моделирование состава пищевых продуктов для индивидуального питания / А. Г. Храмцов, М. А. Селимов, Т. В. Щедрина, В. В. Садовой // Хранение и переработка сельхозсырья. 2011. № 6. С. 8-10.
References
1. Grey S. K., Gabins K. E. Teoriya moleku-lyarnyh zhidkostej. - Oxford: Clarendon Press - 1984. - № 1. 626 p.
2. Kasyanov G. I., Levchenko S. A., Sado-voy V. V., Selimov M. A. Development of compoundings of meat products antidiabetic orientation // News of higher educational institutions. Food technology. 2010. № 5-6. p. 29-31.
3. Margenau H., Kestner N. R. Intermolecular forces. second edition. L : Pergamon Press -1971.
4. Morgunova A. V. Development of technology of meat products with the use of cavitation-disintegrated systems. Abstract of the thesis of candidate of technical Sciences. - Stavropol, 2012. - 18 p.
5. Sadovoy V. V., Shchedrina T. V., Trubina I. A. / Functional food products with biologically active additives // Bulletin of the Russian Academy selichos. Sciences.2014. № 2. p. 64-66.
6. Forrest Dzh. M., Menser M. A., Harli Dzh. D. Diabetes mellitus and congenital rubella. -Pediatrics 44: - 1969. - p. 445-447.
7. Hramtsov A. G., Selimov M. A., Shchedri-na T. V., Sadovoy V. V. / Parametric modeling composition of food products for individual food // Storage and processing of agricultural products. 2011. № 6. p. 8-10.
