Научная статья на тему 'Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных пищевых продуктов'

Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных пищевых продуктов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
161
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СОРБЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ / SORPTION ABILITY / ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ / WATER-SOLUBLE VITAMINS / ГИДРОКОЛЛОИДЫ / HYDROCOLLOIDS / НАТИВНЫЕ КРАХМАЛЫ / NATIVE AMYLUM (STARCH) / МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ КЛЕТЧАТКА / MICROCRYSTALLINE CELLULOSE

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А.П., Бессонов В.В.

В работе рассмотрены вопросы взаимодействия обогащающих микроингредиентов и различных гидроколлоидов в пищевых системах и дана оценка их возможного химического взаимодействия, с учетом которой необходимо выбирать сочетания, формы, способы и стадии внесения ингредиентов для обеспечения их максимальной сохранности в процессе производства и хранения, что является одним из основных принципов обогащения пищевых продуктов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The interaction of hydrocolloids and water-soluble vitamins at designing of the enriched foodstuff

The paper deals with the interaction of micro-ingredients and various hydrocolloids in food systems and assess their possible chemical interaction, considering which to choose combinations of forms, methods and steps to make the ingredients to ensure maximum safety during production and storage, which is one of the basic principles of food fortification.

Текст научной работы на тему «Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных пищевых продуктов»

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: mail@ssnab.ru тел.: +7 (495) 937-8748

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.