CC BY
63
УДК: 665.112.1
Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов
при конструировании обогащенных пищевых продуктов
К.Д. Горшунова, аспирант, П.А. Семенова, канд. техн. наук, доцент,
A.П. Нечаев, д-р техн. наук, профессор
Московский государственный университет пищевых производств
B.В. Бессонов, д-р биол. наук НИИ питания РАМН
Один из принципов обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами - прогнозирование и учет возможного химического взаимодействия обогащающих ингредиентов между собой и с компонентами обогащаемого продукта. Следовательно, необходимо выбирать такие сочетания ингредиентов, их формы, способы и стадии внесения, которые обеспечивают их максималь-
Ключевые слова: сорбционная способность; водорастворимые витамины; гидроколлоиды; нативные крахмалы; микрокристаллическая клетчатка.
Key words: sorption ability; water-soluble vitamins; hydrocolloids; native amylum (starch); microcrystalline cellulose.
Представляется необходимым глубокое изучение подходов и решений по обогащению продуктов физиологически функциональными ингредиентами с учетом их свойств, структуры и взаимодействия в пищевой системе.
ную сохранность в процессе производства и хранения. Внесение функциональных ингредиентов в соответствии с рецептурой, без учета видов и форм взаимодействия компонентов системы продукта, не всегда способно обеспечить благоприятное действие после употребления и даже может повлечь за собой снижение биодоступности и усвояемости биологически активных веществ [1, 2].
Исследование и оценка степени взаимодействия компонентов пищевой системы - актуальная задача, от решения которой зависят качество и безопасность обогащенных продуктов. В ряде научных работ рассматриваются вопросы взаимодействия гидроколлоидов с макро-и микроингредиентами, характер и свойства образуемых комплексов [3, 4, 5, 6, 7, 8].
Гидроколлоиды - обширная группа пищевых ингредиентов, выделенная в 1978 г. в самостоятельную категорию на основании общности свойств, проявляемых ими в пищевых системах. В эту группу входят соединения, добавляемые в жидкие или твердые продукты питания в процессе их изготовления с целью придания желаемой вязкости или консистенции, а также для стабилизации пищевых дисперсных систем (эмульсий, суспензий и др.). Многие гидроколлоиды являются пищевыми волокнами, физиологически функциональными (полезными для здоровья) ингредиентами, которые могут снижать уровень холестерина в крови, способствовать нормальному функционированию кишечника, проявлять пребиотический эффект или другие позитивные для здоровья человека свойства [9]. Благодаря свойствам гидроколлоидов стало возможным создание низкокалорийных продуктов, сохраняющих органолептические характеристики традиционных аналогов. В качестве гидроколлоидов в пищевой промышленности используют различные полисахариды, полученные из природного сырья (камеди, пектины, агар, инулин, крахмал); модифицированные полисахариды (ме-тилцеллюлоза, карбоксиметилцел-
люлоза, гидроксипропилцеллюло-за).
Существует незначительная часть крахмала, устойчивая к перевариванию в желудочно-кишечном тракте и обладающая сорбирующими свойствами. Усвояемая часть крахмала также может сорбировать активные вещества, однако эти свойства проявляются до тех пор, пока сохраняется структура крахмала как гидроко-лоида [2, 10].
Крахмалы - ингредиенты, входящие в состав значительного количества пищевых продуктов, в связи с чем возникает настоятельная необходимость проведения исследования их сорбционных свойств, в частности, способности связывать биологически активные вещества. Кроме того, сорбционные свойства крахмалов оказывают влияние на проведение контроля использования ряда пищевых добавок и водорастворимых биологически активных ингредиентов (водорастворимых витаминов, антоцианов и др.).
Исследования по взаимодействию нативных крахмалов с витаминами проводили в НИИ питания РАМН совместно с МГУПП. В работе использовали нативные крахмалы: картофельный крахмал высшего сорта по ГОСТ 7699; кукурузный крахмал по ГОСТ Р 51985-2002; прежелатинизи-рованный нативный рисовый крахмал «ВЕЫЕО-Ога"^» (Бельгия), получаемый из чистого, полированного восковидного ломанного риса методом экстракции с последующей очисткой, а также витаминный премикс компании «ДСМ Нутришнл Про-дактс» (Швейцария) - «Мадонна Плюс» (ЕМ28304).
Для исследования подготавливали две группы моделей 2 %-ного раствора нативного крахмала с витаминным премиксом: первая - крахмал восстанавливали с витаминным премиксом горячей водой температурой 80 0С (горячий способ внесения); вторая - раствор крахмала сначала восстанавливали горячей водой, затем охлаждали до комнат-
ной температуры и на последнем этапе вносили витаминный премикс (холодный способ внесения). Полученные модели растворов, центрифугировали, и в супернатанте определяли содержание добавленных веществ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Выбранная методика позволила ответить на вопросы: какова сорбционная способность растворов крахмалов и влияют ли высокие температуры на сорбцию или возможное разрушение витаминов [11].
Предварительно были получены данные о содержании витаминов в премиксе при различных способах приготовления стандарта (горячий и холодный способ разведения), которые были сопоставлены с заявленным содержанием витаминов по спецификации на продукт «Мадонна Плюс» (ЕМ28304) (см. рисунок).
Были выявлены следующие закономерности:
• витамин С более лабилен к температуре и в водных растворах горячего способа приготовления разрушается сильнее, нежели в холодном стандарте;
• витамины группы В (пантотено-вая кислота, тиамин, ниацин, рибофлавин, пиридоксин), как наиболее устойчивые к температурному воздействию и длительному пребыванию в водной среде, в горячем способе внесения определяются полностью (112 мг/г ч 112 мг/г);
• носителем витаминов в премиксе выступает мальтодекстрин, поэтому в холодном способе внесения при определении витаминов в растворе возможна погрешность, возникающая вследствие неполного высвобождения витаминов из носителя.
На основании полученных результатов сорбционную способность растворов крахмалов определяли по горячему стандарту, наиболее близкому по своим значениям к заявленной спецификации к продукту - пре-миксу «Мадонна Плюс».
В результате исследований взаимодействия 2 %-ных растворов картофельного, рисового и кукурузного крахмалов с витаминами в модельных растворах выявлена общая особенность: степень сорбции нативных крахмалов холодного способа внесения витаминного премикса выше сорбции горячего способа внесения. Это обусловлено не только сорбци-онной способностью крахмала, но и свойствами носителя витаминного премикса, в частности, влияния температуры среды на высвобождение витаминов.
HEALTHY NUTRITION
500 400 300 200
0 Витамин С Витамины группы В
Спецификация премикса 431 112
Горячий способ внесения 420 112
Холодный способ внесения 423 91,4
Содержание витаминов в премиксе при различных способах внесения
Отклонения показателей взаимодействия картофельного крахмала и витаминов премикса при концентрации витаминов менее 0,6 г/л составили 0,8 %, а при концентрации 0,8 г/л отклонения сорбции горячего и холодного способа внесения составили 1,65 %.
В целом степень взаимодействия витаминов в модели раствора картофельного крахмала растет с увеличением концентрации витаминов и достигает возможного максимума при концентрации 2 г/л премикса, а именно 13 и 12,2 % в холодном и горячем способе внесения соответственно.
Отклонения показателей взаимодействия рисового крахмала и витаминов премикса при концентрации витаминов менее 0,5 г/л составили 1,03 %, а при концентрации 0,8 г/л отклонения сорбции горячего и холодного способа внесения составили 2,57%. Пик сорбции наблюдается при концентрации 0,8 г/л для холодного и 1,2 г/л для горячего способа приготовления.
В целом степень взаимодействия витаминов в модели раствора рисового крахмала растет с увеличением концентрации витаминов, а при достижении концентраций более 1,5 г/л рост сорбции замедляется.
Для кукурузного крахмала отклонения показателей взаимодействия при концентрации витаминов менее 0,5 г/л составили 0,6 %, а при концентрации 0,8 г/л отклонения сорбции горячего и холодного способа незначительны. Пик сорбции для горячего и холодного наблюдается при концентрации 1,5 г/л.
В целом степень взаимодействия витаминов в модели раствора кукурузного крахмала растет с увеличением концентрации витаминов, а при достижении концентраций более 2 г/л рост сорбции замедляется.
Полученные результаты исследования взаимодействия витаминов и нативных крахмалов свидетельствуют о необходимости учитывать сорбцион-
ные возможности крахмалов при составлении обогащенных продуктов, рационов и рекомендаций по их использованию [2, 10], а также учета сорбции при аналитическом определении. Возможность сорбировать различные биологически активные вещества у крахмалов проявляются лишь до тех пор, пока сохраняется их гидроколлоидная структура, так как в дальнейшем при расщеплении в желудочно-кишечном тракте его растворимость возрастает, сорбцион-ные свойства снижаются и связанные вещества могут высвобождаться.
В продолжение работы исследовали степень взаимодействия витаминов с такими гидроколлоидами, как пектин, хитозан, микрокристаллическая целлюлоза (МКЦ), ксантано-
При разработке рецептур обогащенных пищевых продуктов следует выбирать оптимальные соотношения между входящими в их состав крахмалами, пищевыми волокнами и внесенными витаминами.
вая камедь, желатин, и представителем растворимых пищевых волокон - инулином. Перечисленные вещества обладают доказанным пре-биотическим действием, их широко применяют как в традиционных технологиях производства пищевых продуктов, так и при их обогащении.
Пектин используют в пищевой промышленности при производстве различных групп изделий: консервных, хлебобулочных, кондитерских, напитков, что обусловлено многообразием свойств пектина [12].
Одно из важнейших свойств пектинов - их желирующая способность, т. е. способность связывать большое количество жидкости с образованием студня или геля. Текстура образуемого продукта и скорость
желирования связаны с показателем степени этерификации пектина.
В качестве пребиотика пектин рассматривается лишь последние годы. Он имеет особое значение при лечении инфекционных заболеваний желудочно-кишечного тракта, острой хирургической патологии, в частности, при острой кишечной непроходимости [13, 14, 15].
Пектин обладает высокой сорбци-онной и комплексообразующей способностью, благодаря наличию в макромолекулах различных функциональных групп (карбоксильных и гидроксильных), что позволяет сорбировать и прочно удерживать различные виды микроорганизмов, выделяемые ими токсины, а также биологические вещества, способные накапливаться в организме (холестерин, билирубин, липиды, желчные кислоты, мочевину, серотонин, гис-тамин, продукты тучных клеток). Он позволяет естественным путем выводить из организма многочисленные
Были проведены серии модельных экспериментов, выявляющих взаимодействия гидроколлоидов с водорастворимыми витаминами.
биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма. Наконец, пектин нетоксичен, хорошо и полностью выводится из кишечника [13].
Применение инулина в составе продуктов здорового питания в качестве функционального ингредиента практикуется в России сравнительно недавно и обусловлено его медико-биологическими и биохимическим характеристиками. Инулин и фруктоолигосахариды - природные пребиотики, которые получают путем водной экстракции из корня цикория и топинамбура. Реологические и сенсорные свойства инулиновых гелей делают их превосходными заменителями жиров в разнообразных пищевых продуктах [9].
Технологические функции инулина широко используют в молочных и растительных напитках, хлебобулочных, кондитерских, жировых, а также в продуктах детского питания для придания им профилактических свойств. Обладая приятным чуть сладковатым вкусом, нейтральным цветом и запахом инулин способен улучшать объем, текстуру и вкус продукта. Инулин не применяется как загуститель или гелеобразова-
тель, но в комбинации с гидроколлоидами он способен влиять на полисахариды и оптимизировать реологические свойства продуктов.
Наряду с инулином к наиболее перспективным гидроколлоидам относят хитозан. Свойства хитозана (растворимость, гелеобразование, образование полиэлектролитных комплексов, ярко выраженное антимикробное и противогрибковое действие) позволяют предположить, что в ближайшем будущем он найдет широкое применение в области диетических пищевых продуктов и фармацевтике. Хитозан содержит щелочную форму животного хитина, близкую по своей структуре к целлюлозе (растительной клетчатке). Однако в отличие от растительной клетчатки и других сорбентов природного происхождения (пектин, растительные камеди, глюкоманнан) хитозан содержит аминогруппу, которая значительно эффективнее притягивает жировые клетки и липи-ды, связывает и выводит их из организма [9].
Внесение микрокристаллической целлюлозы увеличивает объем некоторых видов теста в результате снижения вязкости при выпекании и улучшает субсидирование и распределение ингредиентов. По сравнению с рецептурами без КМЦ требуется дополнительное добавление воды, в результате чего увеличивается выход продукции и повышается влагоудерживающая способность, особенно при хранении. В смесях для выпечки обычно используют тонкоизмельченные сорта МКЦ. При этом важно не только то, что мелкий размер частиц лучше совместим с мукой, но, помимо этого, и то, что мелкие частицы более успешно конкурируют с мукой и сахаром в процессе поглощения воды.
Некоторые особые виды МКЦ способны очень хорошо связывать воду, хотя их растворимость может быть относительно слабой. Такие высокие водосвязываюшие свойства в выпечных изделиях, включая хлеб и выпечку для завтрака, способствуют большему выходу продукта, а также замедляют процесс черстве-ния, делая изделие более привлекательным для потребителя и продлевая срок хранения. Этот эффект совместим с действием других улуч-шителей хлеба.
Желатин обычно используют в относительно небольших концентрациях в виде растворов в воде или многоатомных спиртах для производства различных десертов и мар-
меладно-пастильных изделий. Главные причины его популярности и широкого использования в пищевой промышленности: он образует высококачественные гели в разбавленном растворе с текстурой «таящей во рту»; при высоких концентрациях образует эластичную рези-ноподобную текстуру, которая медленно растворяется во рту; является эффективным эмульгатором и пенообразователем; обеспечивает коагуляцию суспендированных частиц.
Самое распространенное применение ксантановой камеди в пищевой промышленности - в производстве соусов (заправок для салатов). Заправки для салатов с ксантановой камедью обладают превосходной устойчивостью при долговременном хранении и относительно постоянной вязкостью в широком диапазоне температур. Идеальный размер частиц ксантановой камеди способствует быстрому образованию высоковязкого раствора в холодных и горячих пищевых системах и приводит к формированию великолепной текстуры и вкуса. Это также облегчает процесс приготовления десертов, супов, солочных коктейлей, приправ, подливок и напитков [9].
Были проведены серии модельных экспериментов, выявляющих взаимодействия вышеописанных гидроколлоидов с водорастворимыми витаминами. Поскольку все выбранные вещества имеют разные реологические свойства и структуру выбор оптимальной доли внесения каждого вещества для достижения однородного геля в растворе различен .
При низких концентрациях витаминного премикса наибольшую степень сорбции проявляет 0,5 %-ный раствор микрокристаллической целлюлозы (МКЦ 3000), в процентном соотношении этот показатель равен чуть менее 30 %, что соответственно равно 6,4 мг удержанных витаминов из премикса.
С ростом концентрации витаминов степень сорбции всех растворов растет. Наиболее высокий пик сорбции при умеренных концентрациях можно наблюдать для 1 %-ного раствора хитозана - 14 % сорбции и 9 мг связанных витаминов. По достижении пороговой концентрации премикса 1,5 г/л сорбционная способность хи-тозана плавно снижается, что свидетельствует о точке перегиба и полного насыщения всех реакционных связей.
При высоких концентрациях витаминного премикса отчетливо выражен скачок сорбции 5 %-ного ра-
створа инулина и 0,5 %-ного растворов микрокристаллической клетчатки (МКЦ 1000) и МКЦ 3000 (данные виды МКЦ различаются реологическими свойствами и способностью при одной концентрации образовывать гели различной вязкости). 0,3 %-ный раствор ксантановой камеди и 2 %-ный раствор желатина ведут себя схоже и при высоких концентрациях достигают максимума сорбции равного 4,7 и 4,5 % соответственно; 1 %-ный раствор пектина, в свою очередь, имеет самые низкие показатели сорбции по сравнению с другими модельными растворами, сорбция не превышает 2,8 % и 4 мг витаминного премикса.
Учитывая, что в последние годы объем применения вышеописанных гидроколлоидов в технологических целях значительно увеличился, в том числе и для обогащения пищевых продуктов, нам представляется необходимым более глубокое изучение подходов и решений по обогащению продуктов физиологически функциональными ингредиентами с учетом их свойств, структуры и взаимодействия в пищевой системе. При разработке рецептур обогащенных пищевых продуктов следует выбирать оптимальные соотношения между входящими в их состав крахмалами, пищевыми волокнами и внесенными витаминами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии/А.Ф. Доронин [и др.]; под ред. А.А. Кочетко-вой. - М.: ДеЛи принт, 2009. - 288 с.
2. Физико-химические и биологические свойства пищевых модифицированных крахмалов/М.М. Гаппа-ров [и др.]//Вопросы питания. -2007. - Т. 76. - № 4.
3. Бекетова, Н.А. Оценка способности некоторых пищевых волокон адсорбировать in vitro витамины А, Е, С, В, и В2 /Н.А. Бекетова, О.А. Врже-синская, О.В. Кошелева//Вопросы питания. - 2010. - № 2. - С. 53-56.
4. Бессонов, В.В. Разработка методов и системы гигиенического контроля за использованием красителей в производстве пищевой продукции: дис. ... д-ра биол. наук/В.В. Бессонов. - М.: РАМН, 2011. - 327 с.
5. Оценка взаимодействия водорастворимых витаминов и нативных крахмалов в пищевых системах/К.Д. Горшунова [и др.]//Материалы 19 междунар. конф. по крахмалам.-М.: Альт Консул, 2012. - С. 27-28.
6. Отчет о научно-исследовательской работе по теме № 058. Влияние различного содержания пищевых волокон в рационе на утилизацию белка и усвояемость жира. -М.: НИИ питания РАМН, 2007.122 с.
7. Нутритивная поддержка больных в критических состояниях/Т.С. Попова [и др.].- М.: М-Вести, 2002. - 320 с.
8. Тарасова, В.В. Совместное применение фосфолипидов, моногли-церидов, пищевой клетчатки и инулина при производстве хлебобулочных изделий: автореф. дис. ... канд. техн. наук/В.В. Тарасова.- М.: МГУПП, 2007. - 26 с.
9. Справочник по гидроколлои-дам/Г.О. Филлипс, П.А. Вильямс, (ред.); пер. с англ.; под ред. А.А. Ко-четковой и Л.А. Сарафановой.-СПб.: ГИОДР, 2006 - 536 с.
10. Бессонов, В.В. Влияние свойств крахмалов на биодоступность ряда минорных биологически активных компонентов пищевых продуктов и сохранность их жирового компонента/В.В. Бессонов, О.И. Передеряев, М.Н. Бога-чук//Вопросы детской диетологии. -2011. - Т. 9. - № 1. - С. 22-26.
11. Использование метода высокоэффективной жидкостной хроматографии для определения степени взаимодействия витаминов с натив-ными крахмалами/К.Д. Горшунова [и др.]; под общ. ред. Н.В. Панко-вой//Сб. науч. тр. ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ» Использование электрофизических методов исследования для производства и оценки качества пищевых продуктов. - СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2012. - С. 51-56.
12. Кочеткова, А.А. Некоторые аспекты применения пектина/А.А. Ко-четкова//Пищевая промышленность. - 1992. - № 7. - С. 30-33.
13. Двоеносова, П.А. Разработка технологии пектиносодержащего продукта с сорбционными и нутри-тивными свойствами: автореф. дис. ... канд. техн. наук/П.А. Двоеносова. -М.: МГУПП, 2009. - 25 с.
14. Использование пектинов для лечения гнойных осложнений в хи-рургии/Е.Б. Лазарева [и др.]//Тез. докл. II Междунар. конф. «Внутри-больничные инфекции - проблемы эпидемиологии, клиники, диагностики, лечения и профилактики. - М., 1999. - С. 86-87.
15. Македонская, Т.П. Сочетанное применение глутамина и пектина в лечении синдрома кишечной недостаточности при перитоните: автореф. дис. ... канд. мед. наук/Т.П. Македонская. - М., 2003. - 158 с.
Актуальный сайт ^ ароматики
ш §§ □
Жировая начинка для »»*"
О н <
В форг вафель.
принадл^.. ______-лшество
которой составляет, как правило, 2-4 части к массе вафельного листа. Поэтому вафельная начинка имеет значительное влияние на себестоимость продукции.
Наибольшее количество вафель вырабатывают с жировыми начинками. Часто из экономических соображений производители предпочитают не включать ароматизаторы в рецептуры жировых начинок с какао-порошком. Но вафли без ароматизированной начинки могут иметь невыразительный вкус и запах. Для сохранения высоких органолептических показателей и снижения себестоимости продукции разработана рецептура вафельной начинки с использованием ингредиентов, предлагаемых группой компаний «Союзснаб».
Для производителей мучных кондитерских изделий
Рецег/уры. Новгсти. Публикации. Эк&лартньг; мнения
на сайте
www.delarQma.ru
e-mail: [email protected] тел.: +7 (495) 937-8748
