Содержание к диссертации
СОДЕРЖАНИЕ 2
СПИСОК СОРКРАЩЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
Современные тенденции и концептуальные подходы к созданию функциональных продуктов питания .11
Растительные сапонины - перспективные пищевые эмульгаторы 19
Характеристика растительных сапонинов 19
Коллоидные свойства сапонинов 29
Биологическая активность сапонинов (тритерпеновых гликозидов) 31
Сапонины пищевых растений 37
Промышленное производство и использование растительных сапонинов 41
1.3 Особенности химического состава и свойств ингредиентов,
используемых для производства функциональных эмульсионных
продуктов 46
Эмульсии - оптимальный вид пищевой композиции для создания функциональных продуктов питания 46
Характеристика коллоидных поверхностно-активных веществ, используемых в качестве эмульгаторов 49
Низкомолекулярные эмульгаторы 52
Высокомолекулярные эмульгаторы 55
Стабилизаторы пищевых эмульсионных систем 63
Биологическая роль наполнителей при производстве функциональных продуктов 70
1.3.4.1 Влияние антиокислителей на антиоксидантный статус
человека и на процессы окисления 70
Биологическая роль полиненасыщенных жирных кислот 74
Роль дикорастущих растений в профилактике микроэлементозов 78
1.4 Теоретические основы и современные технологии растительных
экстрактов 81
Сушка растительного сырья 81
Теоретические основы диффузионных процессов 86
Концентрирование и консервирование экстрактов 89
ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ..95
Объекты исследований 95
Методы исследований 97
ГЛАВА 3 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САПОНИНОВ В КАЧЕСТВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО
ЭМУЛЬГАТОРА ПО
3.1 Поиск перспективного источника сапонинов среди
сапонинсодержащих РАСТЕНИЙ ПО
Характеристика водных экстрактов A. gypsophiloides mS. officinalis 116
Определение предельно допустимых концентраций водных экстрактов корней ,4. gypsophiloides и s. officinalis в эксперименте in vivo 119
культивирование s. officinalis в почвенно-климатических условиях Приморского края 121
Накопление сапонинов в корнях растений в зависимости от фенологического ЦИКЛА развития 123
Функционально технологические свойства водных экстрактов корней s. officinalis 126
3.5 Физико-химические аспекты технологической функциональности
экстрактов s. officinalis 128
Поверхностная активность сапонинов и экстрактов 128
Характеристика мицеллярных параметров сапонинов и экстрактов 130
Влияние условий водной среды на мицеллярные параметры сапонинов 133
3.6 Биологическая активность водных экстрактов S. officinalis в
экспериментах in vitro и in vivo 135
Антиоксидантная активность 135
Гиполипидемический эффект 137
Антифунгальная активность 139
ГЛАВА 4 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ЭМУЛЬГАТОРА ИЗ КОРНЕЙ КУЛЬТИВИРОВАННОЙ S. OFFICINALIS.. 141
Характеристика корней 142
Технология сушки корней 147
Сушка в естественных условиях 149
Сушка конвективным методом 151
Влияние способов сушки на функциональные свойства экстрактов 155
4.3 Исследование диффузионных процессов при получении
экстракта корней s. officinalis 155
Получение экстрактов методом настаивания при повышенной температуре (варка) 157
Получение экстрактов методом батарейной экстракции 161
Концентрирование экстрактов методом ультрафильтрации 166
Определение гарантийных сроков хранения концентрата на основе сапонинов, оценка качества и безопасности 168
установка для комплексной переработки корней s. officinalis.... 170
5
ГЛАВА 5 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
НИЗКОКАЛОРИЙНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ
РАСТИТЕЛЬНЫХ САПОНИНОВ 174
Исследование влияния технологических факторов на стабильность низкокалорийных эмульсий 175
Технология и рецептуры низкокалорийных эмульсионных соусов,
ЗАКУСОЧНЫХ и десертных ПАСТ 177
5.3 Технология и оценка качества кондитерских кремов 193
5.4 Пищевая безопасность разработанных функциональных продук
тов 204
5.5 Структурно-механические свойства низкокалорийных продуктов
на основе растительного эмульгатора 205
ВЫВОДЫ 211
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 215
Приложение А- Отчеты о проведении доклинических исследований на
БЕЗОПАСНОСТЬ И ГИПОХОЛЕСТЕРИНЕМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭКСТРАКТА ИЗ
КОРНЕЙ МЫЛЬНЯНКИ ЛЕКАРСТВЕНОЙ 240
Приложение Б - Технические условия 247
Приложение В - Патенты 279
Приложение Г - Акты внедрения 307
Приложение Д - Расчет выхода сухого экстракта из корней мыльнянки S.
OFFICINALIS 310
6 Список сокращений
ANS - 8-анилиннафтолсульфокислота
АОА - антиокислительная активность
АРА - антирадикальная активность
ВПС — высокополярные сапонины
ГЛБ - гидрофильно-липофильный баланс
ГЛП — гиперлипопротеинемия (гиперхолестеринемия)
ДФПГ - радикал дифенилпикрилгидрозила
ККМ — критическая концентрация мицеллообразования
ЛПВП - липопротеиды высокой плотности
ЛПНП - липопротеиды низкой плотности
МЭЖК - метиловые эфиры жирных кислот
МЭ - микроэлементы
НПС — низкополярные сапонины
ОБЦ — относительная биологическая ценность продукта
ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты
ПС - полисахариды
Не - пенообразующая способность
Сэ- стойкость эмульсии
ТИ — точка инверсии
Yn - устойчивость пены
ФС — фенольные соединения
ХС - холестерин
ЭКА - экстракт корней аралии
ЭКК - экстракт корней колючелистника
ЭКМ - экстракт корней мыльнянки
ЭКС - экстракт корней солодки
ЭММ - экстракт корней мыльнянки махровой
ЭМО - экстракт корней мыльнянки обычной
Эс - эмульгирующая способность
Введение к работе
Возникшая в настоящее время потребность в продуктах повышенной биологической ценности требует поиска новых пищевых ингредиентов и разработки новых технологий пищевых продуктов с их использованием. Особую актуальность приобретает подбор ингредиентов, которые одновременно с технологическими функциями по формированию свойств выполняли бы задачу обеспечения организма биологически активными веществами.
Наиболее перспективными системами для создания продуктов с заданными функциональными свойствами являются пищевые эмульсии, технология получения которых позволяет легко вносить различные биокорректоры с оптимальным сочетанием нутриентов. Среди них особое место занимают низкокалорийные эмульсионные системы с содержанием жировой фазы до 40%, которые в последние годы постепенно вытесняют с потребительского рынка традиционные высококалорийные продукты (Российский рынок майонезов, 2004). Однако их производство связано с проблемой сохранения структурных свойств, т.к. снижение жировой фазы приводит к значительному уменьшению вязкости и тенденции к расслоению. В' связи с этим, при производстве низкокалорийных продуктов основные требования предъявляются к выбору эмульгатора, от мицеллярных характеристик и технологических свойств которого существенно зависят реологические параметры и стабильность эмульсионной системы. Для получения данного вида продуктов наиболее перспективными могут являться высокомолекулярные эмульгаторы — белки и сапонины. Они способны образовывать на границе раздела фаз прочные двухслойные эластичные адсорбционные слои, которые обуславливают высокую устойчивость эмульсий (Абрамзон. 1981; Трапезников и др., 1970).
Однако если белки довольно широко используются для получения низкокалорийных эмульсионных продуктов, применение растительных сапонинов в настоящее время ограничено. Ранее сапонины, наряду с растительными и животными белками, использовались в качестве натуральных пище-
8 вых эмульгаторов (Нечаев и др., 2003), но затем были вытеснены синтетическими или полусинтетическими эмульгаторами, промышленное производство которых интенсивно стало развиваться в середине прошлого века. Кроме того, в силу некоторых негативных свойств в России введено ограничение на использование растительных сапонинов в пищевой промышленности. Однако проводимые на протяжении последних десятилетий многочисленные исследования in vitro и in vivo убедительно доказали, что сапонины не только теряют токсичность в желудочно-кишечном тракте за счет связывания с жировыми компонентами пищи (Gee, Johnson, 1988), но и обладают широким спектром биологического действия, что позволяет рассматривать их как комплексные пищевые добавки (Rao, Gurfmkel, 2000).
Настоящее исследование посвящено комплексному научному подходу к проблеме создания технологий функциональных пищевых продуктов с использованием* растительных сапонинов. Предпосылкой для данного исследования послужило кардинальное изменение взгляда на роль сапонинов в питании человека, которое наглядно прослеживается на регулярно проводимых международных конференциях по структуре и функции сапонинов: «Использование сапонинов в питании и сельском хозяйстве» ("Saponins used in food and agriculture", 1996), «Использование сапонинов в традиционной и современной медицине» ("Saponins used in traditional and modern medicine", 1996), «Сапонины в пищевых, кормовых и лекарственных растениях» ("Saponins in food, feedstuffs and medical plants", 2000), «Физиологическая функция сапонинов» ("Saponins and physiological function", 2004) и «Новые свойства сапонинов» ("New trends in saponins", 2009). В настоящее время считается, что сапонины могут защитить человечество от двух главных проблем века, связанных с неправильным питанием и избыточным содержанием холестерина в крови - ишемической болезни сердца и рака кишечника. Эта тенденция подтверждается' рядом научных исследований, а также патентами США и Японии по использованию сапонинов в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов, пенообразующих агентов, солюбилизаторов и пищевых доба-
9 вок (Cheeke, 2000; Ninomiya et all, 1996; Pat. JP 59007106; Pat. JP 60064919; Pat. US 2007014819). Наиболее интенсивно исследованы quillaja и yucca сапонины коры деревьев Quillaja saponaria и Yucca schidigera, водные экстракты которых признаны, как безопасные продукты со статусом GRAS - не лимитируемые для применения в пищевой промышленности (Saponins in food.., 2000).
В основу решения данной проблемы положено многоплановое исследование свойств сапонинов, обоснование технологии высокоэффективного растительного эмульгатора из корней S. officinalis, культивированной в Приморском крае, и системный подход к созданию технологий низкокалорийных эмульсионных функциональных продуктов с различными структурно-механическими, свойствами на его основе. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
провести поиск перспективного источника сапонинов для получения растительного эмульгатора среди сапонинсодержащих растений семейств Caryphyllaceae, Araliaceae и Leguminosae/Fabaceae и исследовать.химический состав и физико-химические свойства экстрактов корней выбранных растений;
определить в экспериментах in vivo предельно допустимые концентрации водных экстрактов корней выбранных растений - A. gypsophiloides и S. officinalis, для обоснования возможности использования их в пищевой промышленности;
доказать возможность культивирования двух видов S. officinalis (обычного и махрового) в почвенно-климатических условиях Приморского края и обосновать сроки заготовки сырья в зависимости от фенологического цикла развития растения с целью создания- сырьевой базы для получения высокоэффективных природных ПАВ;
— исследовать физико-химические аспекты технологической функцио
нальности экстрактов корней культивированной S. officinalis и установить
влияние условий водной среды на мицеллярные параметры сапонинов;
- изучить антиоксидантную, антифунгальную активность и гиперхоле-
стеринемическое действие экстрактов для использования их в качестве ком
плексных пищевых добавок;
установить влияние различных способов и параметров сушки корней S. officinalis на технологическую эффективность полученных из них экстрактов;
экспериментально обосновать выбор метода и рациональных параметров экстракции корней S. officinalis с целью получения высокоэффективного растительного эмульгатора;
разработать установку комплексной безотходной переработки корней S. officinalis для получения растительного эмульгатора в концентрированном и сухом виде;
научно обосновать технологию и разработать ассортимент эмульсионных продуктов различной функционально - физиологической направленности на основе водных экстрактов корней А. и S. officinalis;
разработать технологию низкокалорийных кондитерских кремов на основе растительного масла с использованием экстракта корней S. officinalis;
исследовать пищевую и биологическую ценность разработанных эмульсионных продуктов и установить сроки их хранения (годности);
исследовать структурно-механические свойства низкокалорийных' эмульсионных продуктов различной консистенции на основе растительного эмульгатора и изучить механизмы их старения;
- разработать и утвердить нормативную документацию на сырье, расти
тельный эмульгатор из корней S. officinalis и продукцию функционального
назначения на его основе.
