CC BY
7
Запропоновано та розроблено крю-генну технологю отримання нанопоро-штв iз топтамбуру, яка вiдрiзняeться вид традицшних застосуванням крюген-ного «шокового» заморожування, низь-котемпературного дрiбнодисперсного подрiбнення та сублiмацiйного суштня. Нова технологiя дозволяв бшьш повно вилучити бiологiчно активш речовини iз зв'язаного з бiополiмерами наноасоцш-тiв у вшьний стан та зруйнувати полi-сахарид тулт на 45-55 % до окремих його мономерiв - фруктози
Ключовi слова: крюгенне заморожування, дрiбнодисперсне подрiбнення, сублiмацiйне суштня, топтамбур, тулт, нанопорошки
□-□
Предложена и разработана криогенная технология получения нанопо-рошков из топинамбура, которая отличается от традиционных применением криогенного «шокового» замораживания, низкотемпературного, мелкодисперсного измельчения и сублимационной сушки. Новая технология позволяет более полно извлечь биологически активные вещества из связанного с биополимерами в наноассоциатах состояния в свободное и разрушить полисахарид инулин на 45-55 % до отдельных его мономеров - фруктозы
Ключевые слова: криогенное замораживание, мелкодисперсное измельчение, сублимационная сушка, топинамбур, инулин, нанопорошки
УДК 621.59: 613.229:547.455.65
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.56170|
РОЗРОБКА КРЮГЕННО1 ТЕХНОЛОГИ ОТРИМАННЯ НАНОПОРОШК1В 13 ТОП1НАМБУРУ З ВИКОРИСТАННЯМ Р1ДКОГО ТА ГА3ОПОД1БНОГО АЗОТУ
Р. Ю. Павлюк
Доктор техшчних наук, професор, лауреат Державно!' премп УкраТни, заслужений дiяч науки i техшки УкраТни*
E-mail: ktppom@mail.ru О. С. Бессараб Кандидат техшчних наук, професор, Заслужений пращвник освЬи УкраТни Кафедра технологи консервування Нацюнальний ушверситет харчових технолопй вул. Володимирська, 68, м. КиТв, УкраТна, 01601
E-mail: tk_nuft@i.ua В. В. Погарська Доктор техшчних наук, професор, лауреат ДержавноТ преми УкраТни* E-mail: ktppom@mail.ru К. С. Балабай* E-mail: ktppom@mail.ru С. М. Лосева Доцент*
*Кафедра технолопй переробки плодiв, овочiв i молока Хармвський державний ушверситет харчування i торгiвлi вул. Клочмвська, 333, м. Хармв, УкраТна, 61051
1. Вступ
Робота присвячена розробщ крюгенноТ технологи нанопорошюв iз топiнамбуру, виявленню закономiр-ностей та механiзму впливу крюгенного заморожування i процесiв крюмеханодеструкцп на бiополiмери iнулiн та бшок, вивченню Тх механолiзу до окремих мономерiв - фруктози та амшокислот та збереження бiологiчно активних речовин (БАР) отриманш нано-порошкiв за крюгенною технологieю.
Глобальною проблемою, яка в даний час спостерь гаеться в усiх краТнах свiту, е незбалансованiсть харчування i дефщит в рацiонi харчування повноцiнних бшюв, вiтамiнiв, мiнеральних речовин i шших БАР, потреба в яких у населення УкраТни задовольняеться всього на 50 % [1-3]. Крiм того, на всш Землi спосте-р^аеться зниження iмунiтету населення, обумовлене загальним попршенням екологiчного становища, мало-
рухомим способом життя, зловживанням шюдливими звичками, впливом стресових подразниюв тощо [1-5]. У зв'язку з цим, актуальним е включення у добовi ращ-они харчування функцiональних оздоровчих продукпв (особливо iз фруктiв та овочiв, а також комбiнованих молочно-рослинних продукпв), якi являються дже-релами БАР та спрямоваш на змiцнення здоров'я. Цш проблемi в даний час придшяеться велика увага в роботах, як вггчизняних, так i закордонних вчених [4-8].
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
1нулшовмкна сировина, зокрема ToniHaM6yp, за-ймае особливе мiсце серед рослинноТ сировини, яка використовуеться для виготовлення функщональних оздоровчих продyктiв [9, 10]. В УкраТт традицiйним джерелом шулшу е топiнамбyр та корiнь цикорт. 1ну-
©
лш е природним лiнiйним полiсахаридом, основним структурним мономером якого е залишки фруктози, що з'еднанi р-фруктозидними зв'язками. Прийнято вважати, що при споживанн продукпв харчування, збагачених iнулiновмiсною сировиною, з'являеться можливiсть знижувати загальне вуглеводне наван-таження на органiзм людини, що призводить до зни-ження глiкемiчного iндексу i калорiйностi та значно посилюе 1х бiологiчну цшшсть [11].
Вiдомо, що при споживанш тотнамбуру у свiжому виглядi та переробленого (у формi порошкiв, борошна, пюре, сиропу та iнших), шулш й олiгофруктози, якi вхо-дять до його складу та збудован iз залишкiв фруктози, що зв'язаш р-фруктозидними зв'язками, не розщеплю-еться ферментами оргашзму людини (нi в шлунку, нi в тонкому кишковнику) до фруктози. Тому, зазначенi рос-линнi фруктани при проходженнi через ротову порож-нину та шлунок зазнають лише незначного впливу. Цей факт було доведено вченими рiзних краш свiту: Зiзенiц i Зiберт, Нiмеччина (1987 р.), De Nederlandse Voedings-raad, Нiдерланди (1987 р.), Бем'е i Паскаль, Францiя (1990 р.), Британський Штрицюлопчний фонд, Велика Бриташя (1990 р.) та Роберфройд, Бельпя (1993) [9-13]. Тобто рос-линний шулш мало засвоюеться органiзмом людини. Ввдомо також, що iснуючi технологи переробки топшам-буру в рiзнi добавки у формi порошкiв, паст, борошна, пюре, екстрактiв з використанням паротермiчноi оброб-ки, сушiння, не дозволяють частину iнулiну перетворити в легкозасвоювану фруктозу.
При переробщ тотнамбуру в порошки, сиропи, пюре е ще одна значна проблема - це потемншня продукту в результат дп окислювальних ферментiв [9-14]. Йде пошук таких технологiчних прийомiв, яю б дозволили iнактивувати окислювальнi ферменти та отримати кiнцевi продукти висо^ якостi [15-17]. Крiм того, при використанш теплових методiв обробки тотнамбуру при отриманш рiзних продуктiв iз нього вiдбуваеться руйнування фруктози (вщ 10 до 20 %).
Ввдомо, що найбiльш ефективними способами переробки рослиншм сировини при отриманш пюре е швид-ке «шокове» заморожування, яке забезпечуе найбiльш високе збереження вггамшв та iнших БАР [6, 14-19]. Однак при розморожуванш заморожених продукпв спостерiгаються втрати клиинного соку i вiтамiнiв, а гарантшш термiни зберiгання замороженоi продукцii обмежеш 6 мiсяцями. За кордоном широке застосування знайшло крiогенне «шокове» заморожування, тобто заморожування з застосуванням крюгенних рвдин (рвдко-го азоту, рвд^ вуглекислоти та iн.) [18, 19]. Аналiз даних лiтератури показав, що в Украш цей споаб заморожу-вання поки не знайшов свого застосування, не розробле-нi також крiогеннi технологи i не вивченi бiохiмiчнi та фь зико-хiмiчнi процеси при отриманш заморожених пюре з рослинтл сировини, зокрема з тотнамбуру [6, 14].
На думку авторiв стати, одним з шновацшних напрямюв розвитку науки i технiки в мiжнароднiй практищ е застосування способiв дрiбнодисперсного подрiбнення, зокрема харчовоi рослинноi сировини, що призводять до процеив механодеструкцii (у тому чи^ крiодеструкцii), механоактивацii i механохiмii, якi проявляються при збшьшенш ступеня дисперс-ностi подрiбнених матерiалiв, в результатi чого продукт набувае нових властивостей i знаходиться в нано-структурованiй або нанорозмiрнiй формi [6, 14, 20-24].
В даний час перспективш способи дрiбнодисперсного подрiбнення вже знайшли широке застосування в металургшнш, текстильнiй, авiацiйнiй, хiмiчнiй, буди вельнiй галузi та ш. [4, 14, 21, 22]. У харчовш промис-ловостi цi процеси не були вивчеш взагалi.
У данш роботi при розробцi крiогенноi технологii отримання нанопорошкiв iз тотнамбуру як шнова-цiю було запропоновано використовувати крiогенне «шокове» заморожування з використанням рщкого та газоподiбного азоту i низькотемпературне дрiбно-дисперсне подрiбнення, що супроводжуеться проце-сами крюдеструкцп, механоактивацii i механохiмii. Комплексне використання дозволило розробити но-вий споаб отримання консервованих добавок у формi дрiбнодисперсного порошку сублiмацiйного сушiння з яюсно новими, нiж у вихщнш сировинi, характеристиками та хiмiчним складом, якi не можна отримати, використовуючи традицшш методи.
3. Мета i задачi дослщжень
Метою роботи е розробка крiогенноi технологii отримання нанопорошюв iз топiнамбуру з використанням в якост iнновацii крюгенного «шокового» заморожування, дрiбнодисперсного механiчного низь-котемпературного подрiбнення та сублiмацiйного су-шiння, а також виявлення механiзмiв i закономiрнос-тей основних механохiмiчних та бiохiмiчних процесiв при отриманш нанопорошюв.
Для досягнення поставленоi мети необхвдно було вирiшити наступнi задачи
- розробити крюгенну технологiю отримання на-нопорошкiв iз топiнамбуру з використанням в якост iнновацii крюгенного «шокового» заморожування з використанням рвдкого та газоподiбного азоту, низькотем-пературного подрiбнення та сублiмацiйного сушшня;
- вивчити основнi механохiмiчнi та бiохiмiчнi процеси, якi вщбуваються в рослиннiй сировинi при використанш нових технолопчних прийомiв, зокрема:
- вплив крюгенного «шокового» заморожування, дрiбнодисперсного подрiбнення та сублiмацiйного сушшня на БАР та полюахариди, зокрема шулш, при отриманш нанопорошюв iз топiнамбуру;
- процес механолiзу бiлка топiнамбуру та тран-сформащю зв'язаних амiнокислот у вiльну форму при отриманш нанопорошюв за крюгенною технологiею та розкрити механiзм цього процесу;
- iнфрачервонi спектри зразюв тонкодисперсних порошкiв з топiнамбуру з розмiром частинок бiля де-юлькох мкм та порошкiв традицiйного подрiбнення з розмiром частинок 50...250 мкм;
- хiмiчний склад нанопорошкiв iз топiнамбуру в порiвняннi з аналогами та вихвдною сировиною.
4. Експериментальш данi розробки крюгенно! технологи нанопорошюв сублiмацiйного сушiння iз топiнамбуру та ¡х обробка
Харкiвським державним ушверситетом харчування та торгiвлi (Украiна, м. Харюв) у спiвдружностi iз фа-хiвцями Нацiонального унiверситету харчових техно-логiй (Украiна, м. Киiв) запропоновано та розроблено
крюгенну технолопю отримання нанопорошюв субль мацшного сушiння i3 топiнамбуру з використанням низькотемпературноï обробки, зокрема крiогенного «шокового» заморожування та низькотемпературного мехашчного подрiбнення. Роботу виконано з використанням сучасного обладнання: крюгенний програмний заморожувач з комп'ютерним забезпеченням, низько-температурний подрiбнювач (Францiя), крiогенний по-дрiбнювач, бiнокулярний мiкроскоп з програмним забезпеченням, вщеокамерою та калiбрувальною шкалою в мжрометровому та нанометровому дiапазонi.
Дослiдження проведено в ХДУХТ на кафедрi тех-нологiй переробки плодiв, овочiв i молока на базi 2-х науково-дослiдних лабораторiй: «Iнновацiйнi крю- та нанотехнологiï рослинних добавок та оздоровчих про-дуктiв» i «Технологи та бiохiмiï фiтоконцентратiв».
Приведенi в данш статтi науковi результати е про-довженням роботи авторiв на тему «Створення та впровадження прогресивних технологш та ефектив-ного обладнання для отримання нових функцюналь-них оздоровчих харчових продукпв», яка була удостоена в 2006 рощ Державноï преми Украïни в галузi науки i технiки [6].
Головним при розробщ крiогенноï технологи нанопорошюв iз топiнамбуру з використанням заморожування, крюдеструкцп та механодеструкци було повшстю виключити теплову обробку сировини, провести механолiз i крiолiз iнулiну у вiльну фруктозу в розчиннш формi, iнактивувати окислювальн фермен-ти, максимально зберегти БАР та збшьшити ступiнь '¿х вилучення iз нанокомплексiв з iншими бiополiмерами у вiльний стан з сировини, а також повшстю виклю-чити використання синтетичних харчових добавок та отримати продукти висо^ якостi.
Встановлено, що при крюгенному заморожуваннi з використанням рiзних швидкостей охолодження до рiзних кiнцевих температур в продуктi, сублiмацiйному сушiннi та при крiогенному дрiбнодисперсному подрiб-неннi топiнамбуру значна частина шулшу (45-55 %) перетворюеться в розчинну вшьну фруктозу за рахунок неферментативного, некислотного руйнування ß-фрук-тозних зв'язюв в iнулiнi. Цей процес вщбуваеться за рахунок механiчного руйнування - механокрекшгу. Так, наприклад, у вихщнш сировинi - топiнамбурi мктить-ся 52,2-56,0 % iнулiну в перерахунку на суху речови-ну, а тсля низькотемпературноï обробки залишаеться 25,8-28,7 % iнулiну в перерахунку на суху речовину, а 26,4-27,3 % його перетворюеться у вшьну фруктозу (рис. 1). Виявлено також, що одночасно вщбуваеться деградащя i деструкщя целюлози та бшку. Так, 43-45 % целюлози трансформуеться до ïï мономерiв - глюкози, та 50 % бшку руйнуеться до окремих вшьних a-амiнокислот.
Установлено також, що при «шоковому» заморожу-ваннi та дрiбнодисперсному подрiбненнi топiнамбуру, яке супроводжуеться процесами механо- та крюдеструкцп, механоактиваци вщбуваеться не тшьки збе-реження всiх БАР, таких як фенольш сполуки, аскор-бiнова кислота, дубильш речовини та iн., але й '¿х бiльш повне вилучення iз зв'язаних з бiополiмерами нано-комплексiв або наноасоцiатiв стану i трансформащя '¿х у вiльний стан ('¿х кiлькiсть в порiвняннi з вихщною сировиною збiльшуеться в 1,7-2,2 рази), що дае змогу отримати продукт з принципово новим хiмiчним складом i високими споживчими властивостями.
Рис. 1. Вплив заморожування та крюмеханодеструкци на масову частку шулшу (а) тотнамбуру, %, його
трансформащю у втьну фруктозу (б), зв'язаш амшокислоти бтку (в), трансформащю ïx у вiльнi амiнокислоти (г) та на целюлозу (д) i ïï меxанолiз до цукрiв при отриманш дрiбнодисперсниx порошкоподiбниx добавок (е); 1 — свiжий топiнамбур, 2 — нанопорошок i3 топiнамбуру
Проведено порiвняння амiнокислотного складу бiлкiв у вшьному та зв'язаному станi у вихщнш шу-лiновмiснiй сировинi (висушеному сублiмацiйним су-шiнням топiнамбурi) та нанопорошку iз топiнамбура. Встановлено, що в порiвняннi iз вихiдною сировиною, при дрiбнодисперсному подрiбненнi замороженоï шу-лiновмiсноï сировини вiдбуваеться значне мехашчне руйнування (механолiз) молекул бiлка до окремих амшокислот, '¿х перехiд iз зв'язаного стану у вiльний (табл. 1). Так, в нанопорошку iз тотнамбуру масова частка зв'язаних амшокислот зменшуеться у 2 рази в порiвняннi з вихiдною сировиною (вщповщно у ви-хiднiй сировинi масова частка зв'язаних амшокислот становить 5,59 мг/100 г, а у нанопорошку iз тотнамбуру - 2,44 мг/100 г). Зниження тсля дрiбнодиспер-сного подрiбнення масовоï частки амшокислот бшку становить 56,4 %. Одночасно вщбуваеться збшьшення у 1,7-10 разiв масовоï частки амiнокислот, що знахо-дяться у вiльному станi.
Таким чином, встановлено, що в ш^внянш з вихщ-ною сировиною (висушеним сублiмацiйним сушiнням топiнамбуром) при дрiбнодисперсному подрiбненнi за-мороженоï iнулiновмiсноï сировини вщбуваеться деза-грегацiя, деструкцiя та мехаш^з бiополiмерiв бiлку, який проявляеться у зменшенш приблизно на 45-50 % масовоï частки амiнокислот бшку, що знаходяться у зв'язаному сташ, за рахунок трансформацп амiнокис-лот у вшьну форму.
Так, в 100 г висушеного тотнамбуру загальний вмют амшокислот становить 6,8 мг, з них 5,59 мг пред-ставлеш амшокислотами, що знаходяться в зв'язаному сташ та 1,21 мг - у вшьному. А в 100 г нанопорошку при загальному вмюп амшокислот 6,8 мг, 2,44 мг пред-ставлеш амшокислотами, що знаходяться в зв'язаному сташ та 4,36 мг - у вшьному.
Отримаш за допомогою хiмiчних методiв науко-вi результати були пщтверджеш при використанш методiв спектрального аналiзу. На рис. 2 наведено 1Ч-спектри виготовлених дрiбнодисперсних порошкiв, а в табл. 2 представлена пояснювальна шформащя до рис. 2, в якш наведено вщомосп про основнi валентш коливання функцiональних груп дрiбнодисперсних порошюв (-ОН, -NH, -SH, -C=O, -C-O, -COOH, -S=S, -C=N, -CH3) та цифровi значення частот харак-терних для '¿х коливань.
Таблиця 1
Вплив крюгенного заморожування та дрiбнодисперсного подрiбнення на трансформацiю амшокислот iз зв'язаного стану
у втьний при отриманнi нанопорошку iз топшамбуру
Амшокислота Масова частка амшокислот
у зв'язаному сташ у вшьному сташ
Вихщна сировина (висушений топшамбур), мг в 100 г Нанопорошок ¡з топшамбуру, мг в 100 г % до вихщно! сировини Вихщна сировина (висушений тот-намбур), мг в 100 г Нанопорошок ¡з топшамбуру, мг в 100 г % до вихщно! сировини
Аспарапнова кислота 0,47 0,24 51,1 0,33 0,56 169,7
Треонш 0,20 0,10 50,0 0,09 0,19 211,1
Серин 0,32 0,16 50,0 0,04 0,2 500,0
Глутамшова кислота 1,33 0,14 10,5 0,27 1,46 540,7
Пролш 0,34 0,16 47,1 0,02 0,2 1000,0
Цистин+Глщин 0,31 0,18 58,1 0,05 0,18 360,0
Аланш 0,40 0,22 55,0 0,04 0,22 550,0
Вашн 0,30 0,17 56,7 0,06 0,19 316,7
Метюнш 0,12 0,08 66,7 0,03 0,07 233,3
1золейцин 0,42 0,25 61,0 0,06 0,22 366,7
Лейцин 0,40 0,21 52,5 0,04 0,23 575,0
Тирозин 0,12 0,07 58,3 0,03 0,08 266,7
Фешлаланш 0,20 0,11 55,0 0,02 0,11 550,0
Пстидин 0,11 0,06 54,5 0,04 0,09 225,0
Л1зин 0,48 0,25 52,1 0,06 0,29 483,3
Аргшш 0,07 0,04 57,1 0,04 0,07 175,0
Сума 5,59 2,44 43,6 1,21 4,36 360,3
них ОН-груп, в крiогенних нанопорошках, на вiдмiну вiд висушеного сублiмацiйним сушiнням топiнамбуру, спостерiгаeться зменшення штенсивност 1Ч-спек-трiв, що свiдчить про руйнування водневих зв'язюв в рiзних нанокомплексах сполук бiополiмерiв з БАР, а також в самих бiополiмерах. При цьому, вщбуваеться бiльш повне екстрагування останшх, якi трансформу-ються у вiльний стан, визначаються i фiксуються за допомогою хiмiчних методiв дослiджень. Показано також, що в обласи частот 2900.2000 см-1, характерних для валентних коливань ^Н2 i -NH груп амшокис-лот, а також в обласп v=1700...1000 см-1, характерних для валентних коливань -С=О- груп спиртiв, амшо-кислот, ефiрiв, спостерiгаeться збiльшення штенсив-ност спектрiв поглинання в отриманих нанопорошках iз топiнамбуру порiвняно з контрольним зразком, що сввдчить про зб^ьшення a-амiнокислот, ефiрiв, спир-тiв, ароматичних речовин терпенощноТ природи.
Таким чином, 1Ч-спектри пiдтверджують науковi результати, отримаш хiмiчними методами.
На основi отриманих експериментальних даних була розроблена нова холодильна нанотехнолопя пе-реробки топшамбуру у нанопорошки, яка вiдрiзня-еться вiд традицiйних тим, що виключае повнiстю те-плову обробку продукту та заснована на використанш холодильноТ обробки сировини на стадп тдготовки топiнамбуру, крiогенного «щокового» заморожування та низькотемпературного дрiбнодисперсного подрiб-нення з подальшим сублiмацiйним сушiнням (рис. 3).
Нова технолопя дае можливiсть отримати добавки iз топiнамбуру у виглядi дрiбнодисперсних нанопорошкiв з розмiром частинок в десятки разiв меншi, шж при тра-дицiйному подрiбненнi. 1х якiсть за вмiстом фруктози у вшьному станi та БАР, яю вилученi iз зв'язаного стану, перевершуе вiтчизнянi та закордоннi аналоги.
Вален тш коливання гртп, V (сш-1)
Рис. 2. Порiвняння IЧ—спектрiв виготовлених дрiбнодисперсних порошмв: 1 — висушений сублiмацiйним сушлнням топiнамбур; 2 — нанопорошок iз топiнамбуру
Таблиця 2
Вiдомостi про основы валентш коливання функцiональних
груп дрiбнодисперсних порошкiв (—ОН, —NH, —SH, -С=0, —С—О, -СООН, —S=S, -С=^ -СН3), та цифровi значення частот характерних для Тх коливань
Валентш коливання груп, см-1
ОН ш СН S-H С=О
3645.2500 3500.3300 3350.2850 2600.2550 1750.1720
Валентш коливання груп, см-1
С-О- СООН S=S С=К СН3
1300.1000 1750.1700 50.4500 1230.1030 1470.1355
Показано, що в областi частот при v=3000...3650 см-1, характерних для валентних коливань функщональ-
Топинамбур
, Сортування
Миття 1нспекшя
Очишення
Рщкнй (газопод1б-ний) азот
Крюгенне заморожування тотнамбуру 31 швидкюио 5, 10, 20 °С/хв. до ^ 32.. -35 "С в продукт!
Грубе подр1бнення тошнамбуру до часток розьпром 0,5-1 см
Низькотемпературне др1бнодисперсне подр1бнення тошнамбуру
Субшмацшне вакуумне сушшня до №=5 %
Фасування. пакування
Рис. 3. Технолопчна схема отримання нанопорошкiв iз тотнамбуру
Встановлено, що новi нанопорош-ки iз топiнамбуру, отриманi за холо-дильними технологiями, суттево ввд-рiзняються вiд свiжого топiнамбуру (табл. 3). Вони вiдрiзняються високим вмiстом фруктози у вшьному станi. Так, в 100 г нового нанопорошку iз тотнамбуру масова частка фруктози складае 25-26 %, а кiлькiсть бюполь мерiв, таких як iнулiн, бшок, целюлоза зменшилась майже вдвiчi в порiвняннi з вихiдною сировиною (при розрахун-ку на суху речовину). Показано також, що нанопорошки вiдрiзняються високим вмштом БАР, такими як фенольш сполуки, дубильнi речовини та iншi з Р-вiтамiнною активнiстю та з анти-оксидантними властивостями. Так, у свiжому топiнамбурi масова частка низькомолекулярних фенольних спо-лук (за хлорогеновою кислотою) скла-дае 350,0±5,7 мг в 100 г, флавонолових глiкозидiв (за рутином) 240,0±4,8 мг в 100 г, а в нанопорошку ввдповвдно 2800,0±15,8 мг в 100 г та 1800,0±12,4 мг в 100 г. Аналопчш закономiрностi сто-суються i полiфенольних сполук (ввд-повiдно 300,0±6,4 у свiжiй сировинi та 2160,0±14,0 мг в 100 г в нанопорошку iз топiнамбуру. Таким чином, вико-ристання крюгенного заморожування, низькотемпературного подрiбнення та сублiмацiйного сушiння, дозволяе отримати яюсно новi нанопорошки iз топiнамбуру, як неможливо отримати традицiйними методами.
Одержат результата стали основою при розробщ нових технологш отримання дрiбнодисперсних поро-шкiв iз топiнамбуру для оздоровчого харчування iз iнулiном в легкозасвоюванш формi (до 50-55 % в фор-мi вiльноi фруктози). Вщповщно до хiмiчного складу, новi продукти мають потенцшну iмуномодулюючу, протипухлинну та детоксикуючу дш. Новi техноло-гГ1 пройшли апробацiю у виробничих умовах в НПП «КР1АС». Розроблено нормативну документащю на дрiбнодисперсне пюре i порошок iз топiнамбуру. На '¿х основi розробленi новi види оздоровчих продукпв (сирковi десерти, нанонапоi, новi види наноморозива, швидкорозчиннi фруктовi «шстант» нанонапоi, соки, кондитерськi вироби та ш.).
Таблиця 3
Вмiст БАР та харчових речовин в нанопорошку iз тотнамбуру
Наймешувашшя показника Топiшамбур свiжий Нанопорошок iз топiшамбуру
масова частка компонента в розрахунку на повiтряшо-суху речовину масова частка компонента в розрахунку на абсолютно суху речовину масова частка компонента в розрахунку на повiтряшо-суху речовину масова частка компонента в розрахунку на абсолютно суху речовину
Вуглеводи, в тому чист: 17,1±0,5 72,5±2,1 73,6±0,5 77,9±0,5
шулш, % 12,8 ±0,5 54,2±2,1 25,6±1,5 27,1±1,6
загальний цукор, % 4,4±0,1 18,6±0,4 22,4±1,4 23,7±1,5
фруктоза, % - - 25,6±1,5 27,1±1,6
Бшок, % 1,2±0,01 6,8±0,04 6,8±0,5 6,8±0,5
Целюлоза, % 2,0±0,1 8,5±0,4 3,6±0,1 3,8±0,1
Пектин, % 0,4±0,01 1,7±0,04 3,8±0,2 4,0±0,2
L-аскорбiшовая кислота, мг в 100 г 10,3±0,1 43,6±0,4 78,2±2,4 82,8±2,5
Фешольшi сполуки (за хлорогеновою кислотою), мг в 100 г 350,0±5,7 1483,1±24,2 2800,0±15,8 2963,0±16,7
Флавошоловi глшо-зиди (за рутином), мг в 100 г 240,0±4,8 1016,9±20,3 1800,0±12,4 1904,8±13,1
Дубильшi речовини (за таншом), мг в 100 г 300,0±6,4 1271,2±27,1 2160,0±14,0 2285,7±14,8
Зольнють, % 1,6±0,1 6,8±0,4 6,8±0,2 7,2±0,2
Сухi речовини, % 23,6±1,2 - 94,5±0,1 -
Оргашiчшi кислоти, % 0,3±0,01 1,3±0,04 1,5±0,1 1,6±0,4
5. Обговорення результаив дослщження впливу крiогенного заморожування на бiополiмери iнулiн, бiлок та целюлозу i збереження БАР при отриманш нанопорошкiв за крiогенною технологieю
Розроблена крюгенна технологiя отримання нанопо-рошюв iз топiнамбуру дозволяе зруйнувати полкахарид iнулiн на 45-55 % до окремих його мономерiв - фруктози у вшьному легкозасвоюваному станi i таку ж кiлькiсть молекул бшку зруйнувати до окремих амiнокислот та перевести '¿х iз зв'язаного стану у вшьний. Крiм того, новий споаб глибоко' переробки рослинно' сировини дае змогу провести механолiз целюлози до цу^в (и кiлькiсть в дрiбнодисперсних порошкоподiбних добавках зменшилась майже вдвiчi порiвняно iз свiжим топi-намбуром в розрахунку на абсолютно суху речовину).
Також, використання таких технолопчних прийомiв, як «шокове» заморожування i3 застосуванням рвдкого або газоподiбного азоту, низькотемпературне дрiбнодиспер-сне подрiбнення та сублiмацiйне сушшня, дають можли-вiсть не лише зберегти ва БАР але й б^ьш повно вилу-чити ïx iз зв'язаного iз бiополiмерами у нанокомплексах стану i сприяти ïx трансформацп у вiльний (порiвняно з вихвдною сировиною кiлькiсть БАР зростае у 1,72,2 рази). Таким чином, вищеописаний спосiб дозволяе краще використовувати бiологiчний потенцiал рослин-ноТ сировини, що може бути корисним не пльки в рiзниx галузях харчовоТ промисловостi, а також в фармацевтич-нiй сферi при отриманш натуральних фармпрепаратiв та косметичнiй при отриманш натуральних наповнювачiв до косметичних засобiв.
Розвитком i подовженням дослщжень в даному напрямку е розширення асортименту оздоровчих про-дуктiв з використанням запропонованих нанопоро-шкiв iз топшамбуру та вивчення конформацшних змiн бiополiмерiв, проведення мiкробiологiчниx, спек-троскопiчниx, xроматографiчниx дослiджень при дрiб-нодисперсному крюгенному подрiбненнi шулшовмш-ноТ сировини.
6. Висновки
В результат проведених дослщжень:
- запропоновано та розроблено шновацшну крю-генну теxнологiю переробки топшамбуру у нанопоро-шки, яка вiдрiзняеться вiд традицiйниx тим, що виклю-чае повнiстю теплову обробку сировини та заснована на використанш крюгенного «шокового» заморожування та низькотемпературного дрiбнодисперсного подрiб-нення з подальшим сублiмацiйним сушiнням;
- встановлено, що при «шоковому» заморожу-ваннi та дрiбнодисперсному подрiбненнi топiнам-
буру, яке супроводжуеться процесами механо- та крiодеструкцiï, меxаноактивацiï вдалося зруйнувати 45-55 % шулшу до в^ьноТ фруктози, а також не лише зберегти в« БАР, таю як фенольш сполуки, аскорбь нова кислота, дубильш речовини тощо, але й максимально вилучити ïx iз зв'язаного з бiополiмерами у нанокомплексах або наноасощатах стану i трансфор-мувати ïx у втьний стан;
- встановлено, що в порiвняннi iз виxiдною сировиною, при дрiбнодисперсному подрiбненнi заморо-женоТ iнулiновмiсноï сировини вiдбуваеться значне (в 2 рази) мехашчне руйнування (меxанолiз) молекул бiлка до окремих амшокислот, ïx переxiд iз зв'язаного стану у втьний;
- проведено порiвняння IЧ-спектрiв крiогенниx нанопорошкiв та порошку виготовленого за традицш-ною технолопею, що пiдтвердило результати, отрима-ш до цього за допомогою xiмiчниx методiв. Зокрема, пiдтверджено, що розроблеш крiогеннi нанопорошки вiдрiзняються вiд традицшних високим вмiстом БАР, а також тдвищеною кiлькiстю a-амiнокислот, ефiрiв, спирпв, ароматичних речовин терпеноТдноТ природи тощо за рахунок ïx б^ьш ефективного екстрагування iз нанокомплексiв з шшими бiополiмерами сировини та переведення iз зв'язаного стану у вiльний;
- встановлено, що використання таких шновацш при переробщ топiнамбура у нанопорошки, як крюген-не заморожування, низькотемпературне подрiбнення та сублiмацiйне сушiння, дозволяе отримати яюсно новий продукт, який неможливо отримати, використо-вуючи традицiйнi методи переробки рослинноТ сировини. Так, xiмiчний склад розроблених нанопорошкiв вiдрiзняеться високим вмiстом фруктози у вшьному станi (25,6±1,5 мг в 100 г) та високим вмштом БАР, такими як фенольш сполуки (2800,0±15,8 мг в 100 г), флавоноловi глжозиди (1800,0±12,4), дубильнi речовини (2160,0±14,0) та iншi.
Лiтература
1. FAO/WHO/UNU. Глобальная стратегия по питанию, физической активности и здоровью - 2004 [Текст]. - Резолюция WHA.55.23 принята 57 сессией Всемирной ассамблеи здравоохранения (ВАЗ), World Health Organization, Женева, 2004.
2. FAO/WHO/UNU. Dietary protein quality evalution in human nutrition. Report of an FAO Expert Consultation [Text] // Food and agriculture organization of the united nations Rome. - 2013. - Vol. 92-57.
3. Тутельян, В. А. Научные основы здорового питания [Текст] / В. А. Тутельян, А. Н. Разумов, А. И. Вялков и др. - М.: Издательство «Панорама». Наука и практика, 2010. - 816 с.
4. С1махша, Г. О. 1нновацшш технологи та продукти оздоровчого харчування [Текст] / Г. О. С1махша, А. I. Укра'шець. - К.: НУХТ, 2010. - 295 с.
5. Нечаев, А. П. Пищевая химия [Текст] / А. П. Нечаев. - Санкт-Питербург: Издательство «ГИОРД», 2007. - 635 с.
6. Павлюк, Р. Ю. Криомеханохимия в нанотехнологиях пищевых продуктов. Серия «Новое в технологиях переработки растительного сырья» [Текст]: монография / Р. Ю. Павлюк, В. В. Погарская, В. А. Павлюк, А. А. Берестова, Н. Ф. Максимова. - Х.: ХГУПТ, 2015. - 218 с.
7. Tur, J.A., Bibiloni, M.M. Functional Foods [Text] / J.A. Tur, M.M. Bibiloni // Reference Module in Food Science, from Encyclopedia of Food and Health. - 2015. - P. 157-161. doi: 10.1016/b978-0-12-384947-2.00340-8
8. Galland, L. Functional Foods: Health Effects and Clinical Applications [Text] / L. Galland // Reference Module in Biomedical Sciences, from Encyclopedia of Human Nutrition (Third Edition). - 2014. - P. 366-371. doi: 10.1016/b978-0-12-375083-9.00130-6
9. Bach, V. Production of Jerusalem Artichoke (Helianthus tuberosus L.) and Impact on Inulin and Phenolic Compounds [Text] / V. Bach, M. Clausen, M. Edelenbos // Processing and Impact on Active Components in Food. - 2015. - Ch. 12 - P. 97-102. doi: 10.1016/b978-0-12-404699-3.00012-3
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20
21
22.
23
24
I
Afoakwah, N. A. Characterization of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) powder and its application in emulsiontype sausage [Text] / N. A. Afoakwah, Y. Dong, Y. Zhao, Z. Xiong, J. Owusu, Y. Wang, J. Zhang // LWT - Food Science and Technology. - 2015. - Vol. 64, Issue 1. - P. 74-81. doi: 10.1016/j.lwt.2015.05.030
Radovanovic, A. The use of dry Jerusalem artichoke as a functional nutrient in developing extruded food with low glycemic index [Text] / A. Radovanovic, V. Stojceska, A. Plunkett, S. Jankovic, D. Milovanovic, S. Cupara // Food Chemistry. - 2015. -Vol. 177. - P. 81-88. doi: 10.1016/j.foodchem.2014.12.096
Диетические свойства инулина и олигофруктозы BeneoTM - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.beneo.com/Homepage/
Kolida, S., Tuohy, K., Gibson, G. Prebiotic effects of inulin and oligofructose [Text] / S. Kolida, K. Tuohy, G. Gibson. // The British journal of nutrition. - 2002. - Vol. 87, Suppl. 2. - P. 193-197.
Павлюк, Р. Ю. Розробка нанотехнологп дрiбнодисперсних добавок з використанням крюмехашчно! модифшацп [Текст] /
Р. Ю. Павлюк, В. В. Погарська, О. С. Бессараб, К. С. Балабай, А. О. Борисова, С. М. Лосева // Восточно-Европейский
журнал передовых технологий. - 2014. - Т. 6, № 10 (72) - С. 54-57. doi: 10.15587/1729-4061.2014.32607
Черненко, А. В. Перспективные направления в технологии переработки топинамбура [Текст] / А. В. Черненко,
М. К. Алтуньян, Н. А. Кубышкина // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. - № 5-6. - С. 39-41.
Пат. 2444908 РФ. Способ комплексной переработки клубней топинамбура [Электронный ресурс] / Никитин П. В.,
Новикова И. Л. - 2008. - Режим доступа: http://www.findpatent.ru/patent/244/2444908.html
Пат. 2467070 РФ, МПК С13К 11/00, А23L 1/212 Способ получения концентрированной пасты из топинамбура [Текст] / Магомедов Г. О., Магомедов М. Г., Астрединова В. В., Мусаев Н. И. и др. - заявитель и патентообладатель ВГТА. -№ 2011112624/13; заявл. 01.04.2011; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32.
Tu, J. Effects of different freezing methods on the quality and microstructure of lotus (Nelumbo nucifera) root [Text] / J. Tu, M. Zhang, B. Xu, H. Liu // International Journal of Refrigeration. - 2015. - Vol. 52. - P. 59-65. doi: 10.1016/ j.ijrefrig.2014.12.015
James, S. J. Chilling and Freezing [Text] / S.J. James, C. James // Food Safety Management. - 2014. - Ch. 20. - P. 481-510. doi: 10.1016/b978-0-12-381504-0.00020-2
Shi, L. Grinding of maize: The effects of fine grinding on compositional, functional and physicochemical properties of maize flour [Text] / L. Shi, W. Li, J. Sun, Y. Qiu, X. Wei, G. Luan, Y. Hu, E. Tatsumi // Journal of Cereal Science. - 2016. -Vol. 68. - P. 25-30. doi: 10.1016/j.jcs.2015.11.004
Boldyrev, V. V. Mechanochemical modification and synthesis of drugs [Тех^ / V. V. Boldyrev // Journal of Materials Science. - 2004. - Vol. 39, Issue 16/17. - P. 5117-5120. doi: 10.1023/b:jmsc.0000039193.69784.1d
Balaz, P. Mechanochemistry in technology: from minerals to nanomaterials and drugs [Тех^ / P. Balaz, M. Balaz, Z. Bujnakova //
Chemical Engineering & Technology. - 2014. - Vol. 37, Issue 5. - P. 747-756. doi: 10.1002/ceat.201300669
Zhao, X. Effect of superfine grinding on the physicochemical properties and antioxidant activity of red grape pomace
powders [Text] / X. Zhao, H. Zhu, G. Zhang, W. Tang // Powder Technology. - 2015. - Vol. 286. - P. 838-844. doi: 10.1016/
j.powtec.2015.09.025
Balaz, P. Mechanochemistry in Nanoscience and Minerals Engineering [Тех^ / P. Balaz. - Woodhead Publishing Limited. -2010. - 400 p.
