автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему: Научное обоснование технологий функциональных продуктов питания с использованием растительных сапонинов

Автореферат диссертации по теме "Научное обоснование технологий функциональных продуктов питания с использованием растительных сапонинов"

На правах рукописи

ЮДИНА Татьяна Павловна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСТИТЕЛЬНЫХ САПОНИНОВ

Специальность 05.18.01 -Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Работа выполнена в Тихоокеанском государственном экономическом университете

Научный консультант: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки РФ Гореньков Эдуард Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР Нечаев Алексей Петрович

Ведущая организация: Государственное учреждение Дальневосточного отделения «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны природы»

Защита состоится « 26 » июня в 11 00 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.122.02 Московского государственного университета технологий и управления (МГУТУ) по адресу: 109803, г. Москва, ул. Талалихина, д.31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУТУ.

Автореферат размещен на сайте ВАК http://ed.gov.ru.

Автореферат разослан « 22 » мая 2009 г.

доктор технических наук, профессор, Малкина Валентина Даниловна

доктор технических наук, профессор дважды лауреат Государственной премии РФ Добровольский Виктор Францевич

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Возрастающая в последние годы потребность в продуктах повышенной биологической ценности требует поиска новых пищевых ингредиентов и разработки новых технологий пищевых продуктов на их основе. Наиболее перспективными системами для создания продуктов с заданными функциональными свойствами являются низкокалорийные пищевые эмульсии, технология получения которых позволяет легко вносить различные биокорректоры с оптимальным сочетанием нут-риентов (Тутельян, 2009). Особая роль в формировании и обеспечении устойчивости структуры низкокалорийных эмульсий принадлежит эмульгаторам, поскольку снижение жировой фазы приводит к значительному уменьшению вязкости и тенденции к расслоению эмульсионной системы. Наиболее перспективными эмульгаторами для получения таких функциональных продуктов являются растительные сапонины, которые наряду с технологическими функциями проявляют разнообразную биологическую активность. Ранее в качестве первых натуральных пищевых эмульгаторов использовали сапонины, однако в настоящее время в силу некоторых негативных свойств их применение в пищевой промышленности весьма ограничено (Нечаев, 2003). В последние годы в экспериментах in vitro и in vivo убедительно доказано, что сапонины не только теряют токсичность в желудочно-кишечном тракте, но и обладают широким спектром физиологического действия, что позволяет рассматривать их как комплексную пищевую добавку (Rao, Gurfunkel, 2000). Предпосылкой для данных исследований 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 пище и сельском хозяйстве» ("Saponins used in food and agriculture", 1996), «Использование сапонинов в традиционной и народной медицине», ("Saponins used in traditional and modern medicine", США, 1996), «Сапонины в пищевых, кормовых и лекарственных растениях» ("Saponins in food, feedstuffs and medical plants", Польша, 2000), «Физиологическая функция сапонинов» ("Saponins and physiological function", Польша, 2004) и «Новые тенденции в сапонинах» ("New trends in saponins", Франция, 2009). В связи с этим, поиск новых источников растительных сапонинов и

исследование их физико-химических и мицеллярных характеристик с целью формирования стабильной структуры эмульсионных систем при разработке низкокалорийных функциональных продуктов питания является весьма актуальным.

Цель исследования: комплексный научный подход к проблеме создания технологий функциональных пищевых продуктов с использованием растительных сапонинов. В основу решения данной проблемы положено многоплановое исследование свойств сапонинов, обоснование технологии эффективного растительного эмульгатора и системный подход к созданию технологий низкокалорийных эмульсионных функциональных продуктов на его основе.

Для достижения поставленной цели необходимо 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 функциональности экстрактов корней культивированной S. officinalis и установить влияние условий водной среды на мицеллярные параметры сапонинов;

- изучить антиоксидантную, антифунгальную активность и гиперхолестерине-мическое действие экстрактов для использования их в качестве комплексных 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

- 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 A. gypsophiloides 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, растительный эмульгатор из корней S. officinalis и эмульсионную продукцию функционального назначения.

Научная новизна работы. Разработан комплексный научный подход к проблеме создания технологий функциональных пищевых продуктов с использованием растительных сапонинов.

Впервые экспериментально доказана технологическая эффективность водных экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis, а также установлено в опытах in vivo отсутствие токсичности используемых доз экстрактов, что позволяет рекомендовать сапонины исследуемых растений в качестве природных пищевых эмульгаторов.

Доказана перспективность культивирования S. officinalis в почвенно-климатических условиях Приморского края, а также научно обоснованы и экспериментально определены сроки заготовки корней, позволяющие получать экстракты с высокой функциональной активностью.

Впервые проведено исследование физико-химических и мицеллярных свойств сапонинов и водных экстрактов двух видов корней культивированной S. officinalis. Доказана перспективность использования экстрактов корней махрового вида в качестве эффективного природного эмульгатора.

Получены новые данные по биологической активности экстрактов корней 5. officinalis в экспериментах in vitro и in vivo. Выявленные антиоксидантная, антифунгаль-

ная активность и гиперхолестеринемический эффект позволяют рассматривать водные экстракты в качестве комплексных пищевых добавок.

Создана научная концепция комплексной переработки корней S. officinalis. Обоснованы и экспериментально подтверждены новые технологические решения сушки корней, процессов получения и концентрирования растительных экстрактов с максимальным извлечением сапонинов и высокой технологической активностью.

Научно обоснованы рецептуры и технологии низкокалорийных эмульсионных продуктов различной функциональной направленности с использованием водных экстрактов корней A. gypsophiloides и 51. officinalis. Установлено, что структурно-механические свойства эмульсионных продуктов различной консистенции сопоставимы со свойствами подобных продуктов, полученных на основе традиционного эмульгатора лецитина (Е 322).

Основные положения, вынесенные на защиту:

- концепция использования растительных сапонинов в качестве натуральной комплексной пищевой добавки;

- обоснование перспективности появления на рынке нового коммерческого источника сапонинов - культивированных корней махрового вида S. officinalis; экспериментальные доказательства оптимальных сроков заготовки сырья в зависимости от накопления сапонинов различной биологической активности;

- новые технологические решения и рациональные параметры процесса производства растительного эмульгатора из корней махрового вида S. officinalis;

- научно обоснованные технологии низкокалорийных функциональных эмульсионных продуктов с использованием растительного эмульгатора из корней S. officinalis и A. gypsophiloides.

Практическая значимость работы. Доказана перспективность появления на рынке нового источника сапонинов - корней S. officinalis, и эффективного природного эмульгатора на их основе. Короткий срок выращивания и высокая урожайность по сравнению с корнями колючелистника A. gypsophiloides и корой дерева Quillaja saponaria, (традиционное сырье для получения сапонинов), позволяют отнести корни махрового вида S. officinalis к перспективным коммерческим источникам сапонинов. Различная биологическая активность экстрактов в зависимости от фазы вегетации растения значительно расширяет область их применения.

Разработана установка для комплексной безотходной переработки корней S. officinalis, позволяющая получать растительный эмульгатор в жидком, концентрированном и сухом виде.

На основе растительного эмульгатора разработаны технологии широкого ассортимента эмульсионной продукции: овощных соусов, десертных паст и кондитерских кремов. Продукция высоко оценена на выставках: «Приморские продукты питания 2005-2008», «Дальагропродовольствие», Международной выставке «Технологии и продукты здорового питания», Москва, 2007. Компанией «Торговый дом Арника» и фирмой «Биолайф» освоен выпуск разработанной эмульсионной продукции и кондитерских изделий с использованием кремов «Лакомка», «Фантазия», «Сладкоежка».

Разработана нормативная документация: ТУ 9143-085-02067936-2000 «Крем-пасты десертные»; ТУ 9143-125-02067936-2005 «Кремы на растительных эмульгаторах»; ТУ 9143-140-02067936-2005 «Пасты майонезные закусочные»; ТУ 9372-00177415036-2007 «Корень мыльнянки культивируемый высушенный»; ТУ 9168-00277415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки консервированный»; ТУ 9168-00377415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки замороженный»; ТУ 9168-004-774150362007 «Экстракт корня мыльнянки сушеный»; ТУ 9168-005-77415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки комплексный сушеный».

Апробация работы. Основные материалы диссертации в период с 2001 по 2008 гг. были представлены на девяти Международных и семи Всероссийских и региональных научно-практических конференциях и симпозиумах.

Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 67 печатных работ, в том числе 2 монографии и 23 статьи в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; получено 12 патентов РФ в соавторстве.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, литературного обзора, четырех глав собственных исследований, заключения, списка использованной литературы, включающего 270 отечественных и 66 иностранных источников и приложений. Текст диссертации изложен на 310 страницах машинописного текста, иллюстрирован 55 таблицами и 52 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 1 представлен обзор литературных данных, доказывающий необходимость комплексного подхода к технологии высококачественного природного эмульгатора, показана перспективность использования растительных сапонинов в качестве технологических пищевых добавок.

В главе 2 определены объекты, задачи и методология исследований. Объектами исследования выбраны растения, являющиеся коммерческими источниками сапонинов:

- Acanthophyllum gypsophiloides R., колючелистник качимовидный - белый мыльный корень, заготовленный в Средней Азии, содержание сапонинов в корнях которого составляет 18-20%. Основными сапонинами являются акаитофиллозиды -гликозиды гипсогенина и квиллаевой кислоты, содержащие от 9 до 11 моносахарид-ных остатков;

- Saponaria officinalis L., мыльнянка лекарственная - красный мыльный корень, заготовленный в Приморском крае, содержащий 20-30% сапонинов. В состав корней входят 13 тритерпеновых гликозидов, доминирующими среди которых являются полярные сапонариозиды - гликозиды гипсогеновой и квиллаевой кислот с разветвленными углеводными цепями из 8-9 моносахаридных остатков;

- Aralia mandshurica Max., аралия маньчжурская, заготовленная в Приморском крае, основными гликозидами которой являются три- и тетрозиды олеаноловой кислоты (от 5 до 9% в зависимости от срока вегетации);

- Glycyrrhiza glabra L., солодка голая, заготовленная в Западной Сибири, в состав корней которой входит глицирризин - калиевая и натриевая соли трехосновной гли-циррюиновой кислоты.

В работе использовали современные органолептические, химические, физико-химические, биохимические, микробиологические, медико-биологические методы анализа и статистические методы обработки экспериментальных данных. Общая схема исследований представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема исследований

В главе 3 представлены результаты комплексного исследования, позволившие научно обосновать возможность использования сапонинов в качестве природного растительного эмульгатора.

Поиск наиболее перспективного источника сапонинов был проведен среди сапонинсодержащих растений, имеющих коммерческое значение. Для получения растительных эмульгаторов за основу был взят способ приготовления водного экстракта корней А. ^рзорМЫс