Актуальність теми.

В умовах сучасного екологічного становища в Україні, пов'язаного з аварією на ЧАЕС, проблема створення та впровадження в промисловість продуктів спрямованої лікувально-профілактичної дії, які б могли коректувати патологічні зміни, що виникають під впливом підвищеного радіаційного фону та стресу, є актуальною. В зв'язку з цим харчові продукти необхідно збагачувати добавками, які містять багато біологічно активних речовин (БАР), а також вводити додатково вітаміни, такі як С, Е та -каротин. Виконуючи державну програму з ліквідації наслідків аварії на ЧАЕС, передбачається вітамінізація продуктів харчування аскорбіновою кислотою, -каротином, -токоферолом, іншими ві-тамінами та добавками мінеральних речовин.

За даними Інституту харчування, найбільш часто у населення України та країн СНД зустрічається дефіцит аскорбінової кислоти та -каротину (на 50%). Аскорбінова кислота підтримує активність імунних клітин, а також сприяє виведенню з організму холестерину і є основним захисником від нітрозамінів - канцерогенів, які є причиною захворювання на рак.

Особливе місце серед БАР займають каротиноїди, які грають важливу роль у пристосовності організму до навколишніх умов середовища, в підтримці фізичної та психічної працездатності та здоров'я людини. Раніше -каротин був відомий тільки як провітамін вітаміну А. Зараз з'явився цілий ряд робіт, які вказують, що -каротин має антиканцерогенну дію, може впливати на систему антиоксидантного захисту, а також має антимутогенну та протипухлинну дію. Усі ці властивості -ка-ротину пояснюють його здатністю зв'язувати активні форми кисню, які утворюються у процесі перекисного окислення ліпідів та інших органічних сполук. Особливістю -каротину є унікальні фізико-хімічні властивості основної частини молекулярної структури - ланцюжки спряжених ненасиченних зв'язків, які визначають позитивні електронноакцепторні та електроннодонорні властивості каротиноїдів. -каротин буває натуральним та штучним. Штучний -каротин, одержаний хімічним або мікробіологічним шляхом, існує у жиророзчинній та водорозчинній формах. Штучний -каротин дуже швидко руйнується, так як не має такого захисту, як натуральний -каротин, який знаходиться усередині клітини рослинної сировини. Тому для гальмування його окислення треба використовувати антиоксиданти. В Україні антиоксиданти з натуральної сировини практично відсутні. Відомо, що екстракти з лікарської пряноароматичної рослинної сировини (ЛПАРС) збільшують стійкість при збереженні жирів та жироподібних продуктів, тобто володіють антиоксидантними властивостями. Відомо також, що -ка-ротин відноситься до тритерпіноїдів, тобто до жирів. В літературі відсутні відомості з використання екстрактів із ЛПАРС для стабілізації штучного -каротину в продуктах харчування.

Тому вивчення антиоксидантних властивостей екстрактів з ЛПАРС, впливу різних чинників на якість екстрактів, а також дослідження, пов'язані з використанням їх як антиоксидантів для стабілізації штучного -каротину (водорозчинного мікробіологічного) в продуктах профілактичної дії та вивченням товарознавчих характеристик готових виробів є своєчасним і актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційна робота виконана в межах цільових комплексних науково-технічних програм 03.10.00/058-93 "Дослідження захисної ролі антиоксидантів із рослинної сировини та розробка технології порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії для дитячого харчування" комплексного проекту 03.11.00/021 К-95 (№ держ. регістрації 0193V 041114), а також за договорами з виробничими організаціями.

Мета і задачі дослідження.

Метою даної роботи є теоретичне та експериментальне обгрунтування виявлення закономірностей впливу різних чинників на формування якості антиоксидантних харчових добавок з ЛПАРС та їх використання для стабілізації штучного -каротину в продуктах профілактичної дії, оцінка їх антиоксидантних властивостей та якості в процесі одержання, зберігання та використання в харчових продуктах.

Для досягнення цієї мети треба вирішити такі задачі:

дати товарознавчу характеристику та оцінку БАР ЛПАРС (буркуна, коріандру, м'яти, кори дубу та інш.);

вивчити антиоксидантні властивості та БАР екстрактів із ЛПАРС з метою їх подальшого використання для стабілізації штучного - каротину в продуктах харчування;

виявити залежність між антиоксидантними властивостями екстрактів із ЛПАРС і вмістом в них фенольних сполук з Р-вітамінною активністю, а також залежність виходу екстрактивних речовин від температури, концентрації екстрагенту та хімічного складу вихідної сировини;

обгрунтувати оптимальні умови введення вітамінів (-каротину) та екстрактів-антиоксидантів в порошкоподібні фітоконцентрати профілактичної дії з метою збереження їх якості;

розробити науково обгрунтовану рецептуру та технологію порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії на основі екстрактів-антиоксидантів, концентрованих соків, вітамінів та впровадити їх у виробництво;

дослідити якість нових профілактичних продуктів протягом зберігання, розробити та затвердити нормативну документацію на екстракти-антиоксиданти та нові продукти профілактичної дії.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше запропоновано та науково обгрунтовано застосування екстрактів-антиоксидантів з ЛПАРС для стабілізації штучного -каротину в порошкоподібних фітоконцентратах профілактичної дії.

Встановлена залежність антиоксидантних властивостей екстрактів з ЛПАРС (кори дубу, кореня солодки, м'яти та інші) від вмісту в них флавонолових гліко-зидів. Виявлено, що їх використання знижує швидкість накопичення продуктів окислення в 1,1.2,6 рази.

Експериментально виявлений вихід екстрактивних речовин рослинної сировини при водно-спиртовій екстракції від різних чинників: температури настоювання, концентрації екстрагенту та хімічного складу вихідної сировини. Встановлена зворотна залежність між виходом екстрактивних речовин і вмістом в сировині пектину, клітковини та білків та пряма залежність від вмісту легкорозчинних речовин, таких як цукор та органічні кислоти. Вивчена динаміка виходу екстрактивних речовин.

Встановлено, що внесення до порошкоподібних фітоконцентратів екстрактів-антиоксидантів з кори дубу, кореня солодки, м'яти дозволяє на 85 % зберегти -каротин на протязі 6 місяців. Додаток штучних антиоксидантів - аскорбінової кислоти - дозволяє зберегти -каротин лише на 45 %.

Відпрацьовані оптимальні умови введення -каротину та екстрактів-антиоксидантів в порошкоподібні фітоконцентрати з метою їх більш повного збереження.

Розроблені науково обгрунтовані рецептури та технології нових продуктів профілактичної дії із застосуванням екстрактів-антиоксидантів, концентрованих плодово-ягідних соків, вітамінів, вивчені їх товарознавчі характеристики та медико-біологічні властивості.

Практичне значення одержаних результатів:

розроблені науково обгрунтовані рецептури та технології порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії "Фіто-Віт” (абрикос та апельсин); "Бджілка" та "Олеся”;

товарознавчий антиоксидантний харчовий продукт

розроблена та затверджена нормативна документація (ТУ, ТІ) на екстракти-антиоксиданти ТУ 10 РСФСР 6-01-91 та ТУ 10.04.22.50-89 та на порошкоподібні фітоконцентрати для напоїв "Фіто-Віт” (абрикос) та "Фіто-Віт” (апельсин) - ТУ 10 РСФСР 6-02-91; "Бджілка" та "Олеся" - ТУ 10.04.22-45-89.

проведено впровадження нових порошкоподібних фітоконцентратів "Фіто-Віт” на Бєлгородському вітамінному комбінаті (22.06.1991 р) та науково-виробничій фірмі "КРІОКОН" (м. Харків, 20.12.1995 р);

розроблені рекомендації щодо використання нових фітопродуктів як віта-мінніх добавок в кондитерські, безалкогольні та молочні вироби.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні завдань досліджень, проведенні аналітичної та експериментальної роботи, аналізі та узагальненні отриманних результатів. Дисертант брав безпосередню участь у впровадженні результатів роботи в промисловість, в розробці і затвердженні нормативної документації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення результатів дисертації доповідались, обговорювались та отримали схвалення на наукових конференціях професорсько-викладацького складу Харківської державної академії технології та організації харчування (м. Харків, 1991-1998 рр); Всесоюзних конференціях робітників консервної, харчоконцентратної, безалкогольної промисловості (м. Кишинев, 1990р; м. Москва, 1992 р), на засіданнях секції ДКНТ України "Технологія виробництва дитячого лікувального та профілактичного харчування” (м. Київ, 1993-1994 рр); обговорювались на семінарах та нарадах ряду організацій в Бєлгороді; Київі, Харкові.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладено у 11 друкованих роботах, в тому числі у 1 монографії (в співавторстві), 2 оглядах, 6 статтях, 1 авторському свідоцтві, тезах доповідей.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційну роботу викладено на 246 сторінках машинописного тексту. Робота складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаної літератури, який містить 184 джерела, і 7 додатків. Роботу ілюстровано 27 таблицями і 15 рисунками.

Зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми, її практичне значення, визначено загальну мету і спрямованість досліджень.

У першому розділі "Наукові принципи формування якості продуктів профілактичної дії на основі лікарської і пряноароматичної рослинної сировини" розглядаються питання особливостей формування якості профілактичних властивостей продуктів, основи вітамінізації харчових продуктів, особливо вітамінами С, -каротином, фармакологічні та хімічні властивості -каротину; хімічний склад ЛПАРС, аналіз методів одержання екстрактів із ЛПАРС та їх застосування в харчовій промисловості. Проаналізовано результати досліджень вітчизняних і зарубіжних авторів.

В другому розділі "Обєкти, матеріали та методи дослідження" приведена характеристика об'єктів та методів досліджень, а також методики математичної обробки одержаних результатів. В роботі використані сучасні хімічні, біохімічні, мікробіологічні методи дослідження.

Об'єкт досліджень - вихідна рослинна сировина: буркун лікарський, коріандр посівний, корінь солодки голої, зубрівка, нагідки лікарські, м'ята перечна, родовик лікарський, кора дубу звичайного, софора японська, гірчак пташиний, а також розроблені екстракти та порошкоподібні фітоконцентрати профілактичної дії.

Вірогідність отриманих даних оцінювали методом матеатичної статистики.

У розділі 3 "Характеристика якості сировини - основи для одержання антиоксидантних фітодобавок та порошкоподібних напоїв” приведені результати дослідження хімічного складу ЛПАРС, яка використовується для одержання екстрактів-антиоксидантів; концентрованих плодово-ягідних соків, як основи порошко-подібних фітоконцентратів, та вмісту різних форм аскорбінової кислоти (дегідро-аскорбінової, аскорбінової та редуктонів) в плодово-ягідних соках. Приведені результати дослідження хімічного складу ЛПАРС, з якої одержували екстракти.

Аналіз показав, що ЛПАРС містить 10.24 мг% вітаміну С, до 2% органічних кислот; 695.15560 мг% фенольних сполук з Р-вітамінной активністю. Крім цього ЛПАРС містить до 19% білків, 31.69 мг% аміного азоту і до 14% сахарів. В ЛПАРС багато мінеральних речовин: до 1470 мг% калію, до 1289 мг% кальцію, а також заліза, магнію та натрію. Таким чином, аналіз хімічного складу вихідної ЛПАРС підтверджує доцільність ії використання для одержання екстрактів.

Проведено дослідження хімічного складу концентрованих плодово-ягідних соків, які є складовою частиною порошкоподібних фітоконцентратів для напоїв. Плодово-ягідні соки богаті на БАР: вітаміну С в соках міститься 9.45 мг%, фенольних сполук з Р-вітамінною активністю - до 1993 мг%. Крім цього в них багато мінеральних речовин, таких як калій, натрій, кальцій, залізо.

Відомо, що концентровані соки одержують шляхом довгої теплової обробки вихідної сировини. Багаточисленні дослідження вказують на те, що в продуктах, які підлягають тривалій теплообробці, міститься багато редуктонів (Р) і дегідро-аскорбінової кислоти (ДАК). Тому були проведені дослідження з визначення вмісту Р, ДАК та аскорбінової кислоти (АК) в концентрованих плодово-ягідних соках. Дані дослідження наведені в табл.1 і показують, що концентровані соки містять біля 35.57% АК від загального вмісту АК, ДАК і Р. Масова доля ДАК складає 19.47%, а Р - 18.40%. Таким чином, в концентрованих соках та продуктах на їх основі треба контролювати масову долю ДАК, Р і АК, бо інакше результаті досліджень масової долі вітаміну С будуть зменшені.

Проведені дослідження хімічного складу вихідної сировини показали доцільність їх застосування в продуктах профілактичної дії, бо вони містять багато БАР, мінеральних речовин, пектину тощо.

Таблиця 1

Масова доля аскорбінової кислоти, дегідроаскорбінової кислоти та редуктонів в концентрованих соках

В розділі 4 "Дослідження антиоксиданних властивостей фітодобавок з ЛПАРС та їх використання для стабілізації -каротину в фітоконцентратах для напоїв" вивчені антиоксидантні властивості девяти водно-спиртових екстрактів з ЛПАРС (плодів софори японської, кореня солодки, м'яти перечної, буркуна жовтого, нагідків лікарських, коріандру, кори дубу, гірчака пташиного, родовика лікарського) з метою їх подальшого застосування для стабілізації штучного -каротину, який вводиться до складу порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії. На цей час в Україні немає натуральних антиоксидантів для стабілізації штучного -каротину, а синтетичні антиоксиданти небажано використовувати в дитячому та профілактичному харчуванні. Для порівняння були вивчені антиоксидантні властивості класичних антиоксидантів - кверцетину та аскорбінової кислоти, які використовують в харчовій промисловості. Антиоксидантні властивості вивчали за реакцією окислення яловичого жиру, в який додавали водно-спиртові екстракти з ЛПАРС в кількості 0,02.0,07 % в перерахунку на сухі речовини. Встановлено, що всі досліджувані екстракти мають антиоксидантні властивості (табл.2). Так, якщо перекисне число контрольного зразку за 20 діб виросло у 8,9 рази, то для дослідних зразків цей ріст становив від 3,4 рази у кори дубу до 6,6 разів у гірчака пташиного.

Найбільший ступень окислення мають зразки з використанням екстрактів з буркуна та коріандру (відповідно 7,9 та 8,1 рази). Звичайно антиоксидантні властивості пов'язували з вмістом в сировині загальних фенольних сполук. Були проведені дослідження вмісту суми фенольних сполук (за хлорогеновою кислотою), флавонолових глікозидів (за рутином) та дубільних речовин в рослинній сировині, та їх зв'язок із ступенем окислення жиру. Визначена кореляція між антиоксидантною активністю екстрактів і вмістом флавонолових глікозидів, що не підтверджує літературні дані про кореляцію між антиоксидантною активністю та вмістом загальної суми фенольних сполук. Таким чином низьку антиоксидантну активність екстракту з плодів коріандру можливо пояснити дуже низьким вмістом флавонолових глікозидів - 63,8 мг%.

Таблиця 2

Антиоксидантна активність екстрактів з ЛПАРС, використаних для стабілізації -каротину

Примітка. Вихідне значення перекисного числа яловичого жиру на початку зберігання становило 0,62 ммоль/кг

На основі цих досліджень були відібрани екстракти, які можуть бути використані для стабілізації штучного -каротину при виробництві порошкоподібних фітоконцентратів для напоїв профілактичної дії.

В роботі також вивчено вплив різних чинників (температури, концентрації екстрагенту, часу) та хімічного складу вихідної сировини на вихід екстрактивних речовин при одержанні екстрактів із ЛПАРС. Така ж сама залежність має місце і для кори дубу, кореня солодки, коріандру. З даних досліджень видно, що основна кількість екстрактивних речовин (94,2%) екстрагується за 8 годин. Для всіх зразків сировини найбільший вихід екстрактивних речовин був при використанні 20 % водно-спиртового розчину, а найменший - при 70 % водно-спиртового розчину.

При вивченні впливу температури найбільший вихід екстрактивних речовин був при температурі 60 ⁰С.

Так, малий вихід екстрактивних речовин з кори дубу (2,2%) можна пояснити низьким вмістом загального цукру - 6,5 %. Там же видно зворотню залежність виходу екстрактивних речовин від вмісту білку, клітковини та пектинових речовин.

Отримані результати ввійшли до розробленної нормативної документації на екстракти-антиоксиданти.

1-квіти нагідків, 2-корінь солодки, 3-буркун, 4-лист м'яти, 5-кора дубу.

Особливістю нової технології порошкоподібних фітоконцентратів є застосування екстрактів-антиоксидантів з ЛПАРС, агломерація їх з цукром та концентрованими соками і подальше сушіння, та приготування купажу з вітамінами (-каротином, вітаміном С). В процесі виконаня роботи були відпрацьовані режими сушіння суміші цукру-піску з екстрактами-антиоксидантами та концентрованими соками таким чином, щоб максимально зберегти БАР. Екстракти в агломеровану масу вводили в кількості 0,02.0,07% на суху речовину. Сушіння проводили при температурах 30, 35, 40, 45, 50 та 60 ⁰С. Було вивчено вплив температури сушіння на збереження фенольних сполук та аскорбінової кислоти .

Фенольні сполуки, які містяться в екстрактах при сушінні в інтервалі температур 30.60⁰С, практично не змінюються, а вміст аскорбінової кислоти, починаючи з 35 ⁰С, падає. Збереження вітаміну С при температурі 40⁰С становить 60.80 %, при 50 ⁰С - 40.50%, а при 60 ⁰С - 25.35 %.

На основі проведених досліджень з вивчення впливу температури на збере-ження БАР була вибрана раціональна температура висушування 40.45 ⁰ С, яка й була рекомендована для проведення технологічного процессу одержання порошкоподібних фітоконцентратів.

Після одержання дослідних зразків було проведено дослідження збереження -каротину при температурі +20. +22^оС. -каротин вводили в висушену полікомпонентну суміш (цукор-екстракти-антиоксиданти-концентрований сік). Встановлено, що в процесі зберігання в герметичній упаковці протягом 6 місяців при кімнатній температурі -каротин з додаванням екстрактів-антиоксидантів зберігається на 78,8.85%. Виключення становлять зразки з додаванням екстракту з коріандру, який має низьку антиоксидантну активність та окремо з аскорбіновою кислотою. Рекомендації, що розроблені в цьому розділі, війшли до нормативної документації на порошкоподібні фітоконцентрати.

В розділі 5 "Товарознавча оцінка та розробка технології екстрактів-антиоксидантів з ЛПАРС та порошкоподібних фітоконценратів імуномодулюючої та радіозахисної дії розроблені 4 рецептури порошкоподібних фітоконцентратів для напоїв: "Фіто-Віт” (апельсин та абрикос), "Бджілка" та "Олеся”. Склад порош-коподібних фітоконцентратів підібрано таким чином, щоб в 1 склянці напою містилось 35.70 мг аскорбінової кислоти та 3.5 мг -каротину. Екстракти вводять для надання продукту профілактичних властивостей та щоб запобігти окислення -каротину.

В табл.3,4 приведені фізико-хімічні показники екстрактів-антиоксидантів та розроблених фітоконцентратів.

Запропонована принципова технологічна схема та комплекс обладнання, які реалізують можливості одержання фітоконцентратів профілактичної дії. Розроблена та затверджена нормативна документація на порошкоподібні фітокон-центрати для напоїв "Фіто-Віт” (абрикос та апельсин) та фітоконцентрати "Бджілка" та "Олеся”.

Таблиця 3

Фізико-хімічні показники екстрактів з лікарської та пряноароматичної сировини

Таблиця 4

Фізико-хімічні та мікробіологічні показники порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії

Розроблена технологічна схема та нормативна документація на екстракти-антиоксиданти з урахуванням висновків цієї роботи. Досліджена якість порошкоподібних концентратів при зберіганні в різній упаковці. Встановлено, що порошкоподібні фітоконцентрати можна зберігати як у пакетах з ламінірованого паперу, так і в скляній тарі без зміни якості протягом 6 місяців.

Вивчення медико-біологічних властивостей фітоконцентратів, проведено в Харківському НДІ медичної радіології, НДІ кріобіології ті кріомедицини АМН України, Харківському НДІ неврології і псіхіатрії Мінздраву України, показало, що вони підвищують, імунний статус організму, мають антианемічну дію. Фітоконцентрати рекомендовані для харчування людей, які професійно повязані з дією іонізуючої радіації, а також для дітей та людей похилого віку.

У шостому розділі "Впровадження результатів дослідження в практику, їх соціальна та економічна ефективність" наведені дані про практичну реалізацію результатів досліджень, їх соціальну та економічну ефективність.

Висновки

Дьякова Т.С. Товарознавча оцінка та дослідження антиоксидантних властивостей фітодобавок з лікарської сировини та їх застосування в продуктах профілактичної дії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.15 - товарознавство харчових продуктів. - Харківська державна академія технології та організації харчування Міністерства освіти України, Харків, 1998.

Вказана доцільність використання екстрактів з пряноароматичної та лікарської рослинної сировини для стабілізації штучного -каротину в порошкоподібних фітоконцентратах. Визначена залежність антиоксидантної активності екстрактів від вмісту флавонолових глікозидів. Розроблено науково обгрунтовану рецептуру та технологію виробництва порошкоподібних фітоконцентратів профілактичної дії. Досліджені товарознавчі та хімічні властивості готових продуктів, наведені дані про їх використання в продуктах масового споживання.

Ключові слова: фітодобавки, -каротин, стабілізація, лікарська сировина, антиоксидантна активність, порошкоподібні фітоконцентрати.

Аннотация