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 виноградарства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2009
| Работа выполнена в Тихоокеанском государственном экономическом университете (ГОУ ВПО ТГЭУ) 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 доктор технических наук, профессор, Малкина Валентина Даниловна доктор технических наук, профессор дважды лауреат Государственной премии РФ Добровольский Виктор Францевич Ведущая организация: Государственное учреждение Дальневосточного отделения «Всероссийский научно-исследовательский институт охраны природы» Защита состоится 26 июня 2009 г. на заседании Диссертационного совета Д 212.122.02 при Московском государственном университете технологий и управления по адресу: 109803, г. Москва, ул. Талалихина, д.31 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУТУ и на сайте Высшей аттестационной комиссии Автореферат разослан | |
| Ученый секретарь Диссертационного совета, доктор технических наук, профессор |  Р.К. Еркинбаева |
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. Особую актуальность приобретает подбор ингредиентов, которые одновременно с функциями по формированию технологических свойств выполняют задачу обеспечения организма биологически активными веществами. 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) и “Сапонины в пищевых, кормовых и лекарственных растениях” (“Saponins in food, feedstuffs and medical plants”, 2000).
Для создания новых видов функциональных продуктов питания одними из перспективных являются пищевые эмульсии, поскольку технология их получения позволяет легко вносить различные биокорректоры с оптимальным сочетанием нутриентов. Среди эмульсионных продуктов направленного действия особое место занимают низкокалорийные с содержанием жировой фазы до 40%. В последние годы они постепенно вытесняют с потребительского рынка традиционные высококалорийные соусы, пасты, кремы. Однако производство этих продуктов связано с проблемой сохранения их структурных свойств, т.к. снижение жировой фазы приводит к значительному уменьшению вязкости и тенденции к расслоению эмульсионной системы. В связи с этим, при производстве низкокалорийных эмульсионных продуктов основные требования предъявляются к выбору эмульгатора, от мицеллярных характеристик и функциональных свойств которого существенно зависят реологические параметры и стабильность эмульсионной системы. Наиболее перспективными эмульгаторами для получения таких продуктов могут являться высокомолекулярные природные эмульгаторы – белки и растительные сапонины. Они способны на границе раздела фаз образовывать прочные эластичные двухслойные адсорбционные слои, которые обуславливают высокую устойчивость эмульсий, образованных на их основе.
Однако, если белки довольно широко используются для получения низкокалорийных эмульсионных продуктов, то применение растительных сапонинов в настоящее время весьма ограничено. Ранее сапонины, наряду с растительными и животными белками, использовали в качестве первых натуральных пищевых эмульгаторов, но затем, по нашему мнению, незаслуженно были вытеснены синтетическими или полусинтетическими эмульгаторами, промышленное производство которых интенсивно стало развиваться в середине прошлого века. Это обстоятельство вызвано тем, что сапонины в силу некоторых негативных свойств – способности раздражать слизистую оболочку, вызывать разрушение эритроцитов крови, были отнесены к антинутриентам, поэтому на их использование в пищевой промышленности было установлено ограничение. В настоящее время в экспериментах in vitro и in vivo убедительно доказано, что сапонины не только теряют токсичность в желудочно-кишечном тракте за счет связывания с жировыми компонентами пищи, но и обладают широким спектром биологического действия, что позволяет рассматривать их как многофункциональные пищевые добавки.
Цель и задачи исследований. Настоящие исследования посвящены комплексному научному подходу к обоснованию технологий функциональных пищевых продуктов с использованием в качестве природного пищевого эмульгатора растительных сапонинов, а также разработке технологий высококачественного растительного эмульгатора.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
– провести поиск перспективного источника растительного эмульгатора (сапонинов) среди сапонинсодержащих растений семейств Caryphyllaceae, Araliaceae и Leguminosae;
– исследовать особенности химического состава и физико-химических свойств экстрактов корней выбранных растений - Acanthophyllum gypsophiloides R. (колючелистника качимовидного) и Saponaria officinalis L. (красного мыльного корня);
– определить в экспериментах in vivo предельно допустимые концентрации водных экстрактов корней A. gypsophiloides R. и S. оfficinalis L. с целью обоснования возможности использования их в пищевой промышленности;
– доказать возможность культивирования двух видов S. officinalis L. (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 коммерческих объемов сапонинов;
– изучить поверхностно активные свойства и мицеллярные параметры сапонинов S. officinalis L. и установить закономерности их изменения в зависимости от условий водной среды;
– исследовать особенности химического состава и физико-химические аспекты функциональности экстрактов двух видов S. officinalis L. в зависимости от сроков их культивирования;
– изучить антиоксидантную активность и гипохолестеринемическое действие экстрактов для использования их в качестве полифункциональных пищевых добавок;
– исследовать антифунгальную активность экстрактов для расширения области их применения;
– обосновать рациональные параметры на всех этапах технологического процесса получения высококачественного растительного эмульгатора - гидромеханической обработки, экстрагирования и концентрирования экстрактов корней S. officinalis L. и сушки;
– разработать аппаратурно-технологическую схему получения высокоактивного растительного эмульгатора;
– научно обосновать технологии и разработать ассортимент эмульсионных продуктов различной функциональной направленности на основе водных экстрактов корней A. gypsophiloides R. и S. officinalis L.;
– разработать многокомпонентные низкокалорийные кондитерские кремы на основе растительного масла с использованием экстракта корней S. officinalis L.;
– исследовать пищевую и биологическую ценность разработанных эмульсионных продуктов и изменения, происходящие в процессе их хранения;
– 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 S. officinalis L. и эмульсионную продукцию функционального назначения.
Достоверность результатов базируется на интеграции взаимосвязанных физико-химических показателей качества обеспеченных достоверной воспроизводимостью экспериментальных результатов, полученных в лабораторных и производственных условиях, применением современных физико-химических методов анализа, а также методов математической обработки экспериментальных данных. Профилактический эффект разработанных продуктов подтвержден исследованиями на экспериментальных животных, клиническими и валеологическими испытаниями.
Научная новизна работы
Получены экспериментальные данные о высокой функциональной активности водных экстрактов корней A. gypsophiloides R. и S. officinalis L., в опытах in vivo установлено отсутствие токсичности, что позволяет рекомендовать исследованные растительные сапонины в качестве природных пищевых эмульгаторов.
Доказана перспективность культивирования S. officinalis L. в почвенно-климатических условиях Приморского края, а также научно обоснованы и экспериментально определены сроки заготовки корней, позволяющие получать сапонины с различной функциональной активностью и биологическим действием.
Впервые проведено систематическое исследование физико-химических, мицеллярных и функциональных свойств водных экстрактов двух видов корней культивированной S. officinalis L. Доказана перспективность использования сапонинов махрового вида в качестве эффективного природного эмульгатора.
Исследована биологическая активность экстрактов корней S. officinalis L. в экспериментах in vitro и in vivo. Выявленные антиоксидантная, антифунгальная активности и гипохолестеринемический эффект позволяют рассматривать водные экстракты в качестве функциональных пищевых добавок.
Создана научная концепция комплексной переработки корней S. officinalis L. Экспериментально подтверждены новые технологические решения сушки корней, а также разработаны подходы к получению и концентрированию растительных экстрактов с максимальным извлечением сапонинов и высокими функциональными свойствами.
Научно обоснованы рецептуры и технологии низкокалорийных эмульсионных продуктов различной функциональной направленности на основе водных экстрактов сапонинов. Установлено, что структурно-механические свойства эмульсионных продуктов различной консистенции сопоставимы со свойствами подобного типа продуктов, полученных на основе традиционных эмульгаторов.
Основные положения, вынесенные на защиту.
Обоснование перспективности появления на рынке нового коммерческого источника сапонинов - культивированных корней махрового вида S. officinalis L., экспериментальные доказательства оптимальных сроков заготовки сырья в зависимости от накопления сапонинов c различной биологической активностью для расширения возможности их практического использования.
Концептуальные подходы к научному обоснованию использования растительных сапонинов в качестве натуральных пищевых эмульгаторов.
Новые технологические решения и параметры процесса производства растительного эмульгатора на основе корней махрового вида S. officinalis L. и разработка аппаратурно-технологической схемы его получения.
Научно обоснованные технологии низкокалорийных эмульсионных продуктов различной консистенции – соусов, закусочных овощных паст, кондитерских кремов с соответствующими структурно-механическими свойствами, на основе растительного эмульгатора - экстрактов сапонинов.
Практическая значимость работы.
Доказана перспективность появления на рынке нового источника сапонинов - корней S. officinalis L. и эффективного природного эмульгатора на его основе. Короткий срок выращивания и высокая урожайность по сравнению с корнями колючелистника A. gypsophiloides R. и корой дерева Quillaja saponaria, позволяют отнести корни махрового вида S. officinalis L. к перспективным коммерческим источникам сапонинов. Различная биологическая активность экстрактов корней, собранных в различные периоды вегетации, значительно расширяет области применения сапонинов корней S. officinalis L.
Разработана аппаратурно-технологическая схема комплексной безотходной переработки корней S. officinalis L., позволяющая получить растительный эмульгатор в жидком, концентрированном и сухом виде. Данная установка может обеспечить экологически чистое безотходное производство с выпуском побочного продукта в виде органо-минерального гранулированного удобрения. Небольшие габариты установки позволяют использовать ее на предприятиях малого и среднего бизнеса.
На основе растительного эмульгатора разработаны технологии широкого ассортимента эмульсионной продукции: овощных соусов, десертных паст и кондитерских кремов (более 40 наименований). Продукция высоко оценена на выставках «Приморские продукты питания 2005-2008», «Дальагропродовольствие», Международной выставке «Технологии и продукты здорового питания 2007». По результатам апробации отмечено, что все представленные образцы отличались высокими органолептическими показателями качества и широким видовым разнообразием, позволяющим удовлетворять различные вкусы потребителей.
Разработана нормативная документация: ТУ 9143-085-02067936-2000 «Крем-пасты десертные»; № 9143-125-02067936-2005 «Кремы на растительных эмульгаторах»; ТУ 9372-001-77415036-2007 «Корень мыльнянки культивируемый высушенный»; ТУ 9168-002-77415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки консервированный»; ТУ 9168-003-77415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки замороженный»; ТУ 9168-004-77415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки сушеный»; ТУ 9168-005-77415036-2007 «Экстракт корня мыльнянки комплексный сушеный».
Результаты апробации технологии путем выпуска опытных партий продукции с применением растительных эмульгаторов были использованы предприятиями ООО «Биолайф» и ООО «Дальпико» (г. Владивосток) для выпуска кондитерских изделий - кремов «Лакомка», «Фантазия», «Сладкоежка» и соусов в производстве пресервов.
Новизна научных и технических решений подтверждена полученными патентами и авторскими свидетельствами.
Апробация работы. Основные материалы диссертации в период с 1994 по 2008 гг. были представлены на 21 Международной и 9 Всероссийских и Региональных научно- практических конференциях и симпозиумах.
Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 77 печатных работ, в том числе 2 монографии и 24 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; получено 13 патентов в соавторстве.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов, методик и методов исследования (глава 2), экспериментальной части (главы 3-5), выводов, списка использованной литературы, включающего 244 отечественных и 28 иностранных источников и приложений. Текст диссертации изложен на 316 страницах, иллюстрирован 53 таблицами и 51 рисунком.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы и сформулированы цель и задачи исследований.
Глава 1. Обзор литературы. Анализ литературных данных доказал перспективность использования растительных сапонинов в качестве полифункциональных пищевых добавок, формирующих структуру эмульсионных продуктов питания, и необходимость комплексного подхода к технологии высококачественного природного эмульгатора.
Глава 2. Объекты, задачи и методология исследований.
Объектами исследования служили растения, являющиеся коммерческими источниками сапонинов:
1. Acanthophyllum gypsophiloides B ((колючелистника качимовидного, туркестанского мыльного корня), заготовленных в Средней Азии;
2. Saponaria officinalis L. (мыльнянки лекарственной, красного мыльного корня), заготовленных в Приморском крае;
3. Saponaria officinalis L, культивируемой на территории Приморского края;
4. Aralia mandshurica Max. (аралии маньчжурской), заготовленной в Приморском крае;
5. Glycyrrhiza glabra L. (солодки голой), заготовленной в Западной Сибири.
В работе использовали современные химические, физико-химические, биохимические, микробиологические, медико-биологические, органолептические методы анализа и статистические методы обработки экспериментальных данных.
Основная часть работы проводилась в НИИ экономических исследований и наукоемких технологий Тихоокеанского государственного экономического университета (ТГЭУ, Владивосток). Биохимические, физико-химические и медико-биологические исследования осуществлялись в лабораториях Тихоокеанского института биоорганической химии (ТИБОХ, Владивосток), Тихоокеанского института рыбного хозяйства и океанографии (ФГУП ТИНРО-ЦЕНТР, Владивосток), Дальневосточного медицинского института, Владивосток.
Общая схема исследований представлена на рисунке 1.
Глава 3. Научное обоснование возможности использования сапонинов в качестве растительного эмульгатора.
Поиск перспективного источника сапонинов среди сапонинсодержащих растений в качестве сырья для получения натурального эмульгатора был осуществлен среди растений с высоким содержанием сапонинов установленной химической структуры:
- Acanthophyllum gypsophiloides R., колючелистник качимовидный - белый мыльный корень, содержание сапонинов в корнях которого составляет 18-20%. Основными сапонинами являются акантофиллозиды – гликозиды гипсогенина и квиллаевой кислоты, содержащие от 9 до 11 моносахаридных остатков;
- Saponaria officinalis L., мыльнянка лекарственная - красный мыльный корень. 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 Rupr. et Maxim, аралия маньчжурская, основными гликозидами которой являются три- и тетрозиды олеаноловой кислоты (от 5 до 9% в зависимости от срока вегетации);
- Glycyrrhiza glabra L., солодка голая, в состав корней которой входит глицирризин – калиевая и натриевая соли трехосновной глицерризиновой кислоты.
Функциональные свойства водных экстрактов корней сапонинсодержащих растений были оценены нами по основным показателям, предъявляемым к эмульгаторам как к функциональным пищевым добавкам: пенообразующей способности; предельно допустимому количеству вводимого масла, соответствующему точке инверсии; эмульгирующей способности, которая характеризуется соотношением объемов дисперсной фазы к дисперсионной среде; стойкостью эмульсии. Результаты исследования позволили отнести экстракты корней A. gypsophiloides и S. officinalis к перспективным натуральным эмульгаторам (рисунок 2). В отличие от них использование экстрактов корней A. mandshurica и G. glabra нецелесообразно из-за низкой функциональной активности последних.
Изучение влияния массовой доли растворимых сухих веществ на прочность эмульсии позволило экспериментально найти наилучшие условия, при которых эмульсия оставалась стабильной. Они соответствуют массовой доли растворимых сухих веществ в экстракте 5-7% и эмульгирующей способности, равной 13.
 |  | ||||||||||
| A | B | ||||||||||
 |  | ||||||||||
| C | D | ||||||||||
 | Рисунок 2- Зависимость функциональных свойств экстрактов сапонинсодержащих растений от массовой доли растворимых сухих веществ
А - пенообразующая способность В - устойчивость пены | ||||||||||
F | С - предельно допустимое количество масла D - устойчивость эмульсии F – эмульгирующая способность | ||||||||||
Высокая функциональная активность экстрактов корней A. gypsophiloides и S. оfficinalis обусловлены доминирующим содержанием в них сапонинов. Анализ химического состава показал (таблица 1), что в экстракте A. gypsophiloides основная часть сапонинов представлена высоко полярными сапонинами (ВПС), в то время как в экстрактах S. оfficinalis наряду с полярными присутствовали незначительные количества низкополярных сапонинов (НПС).
Таблица 1 - Анализ химического состава водных экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis
| Водные экстракты корней | ПС, % | ВПС, % | НПС, % | ФС, % | ДК50 мкг/мл |
| Колючелистника (ЭКК) | 3,2 | 77,3 | 5,7 | 1,8 | 250 |
| Мыльнянки (ЭКМ) | 15,0 | 55,0 | 17,0 | 3,4 | 250 |
| Мыльнянки (стебли) | 20,0 | 34,5 | 5,4 | 1,3 | 1100 |
| Мыльнянки (листья) | 17,0 | 25,8 | 7,6 | 2,1 | 5600 |
ПС – полисахариды; ВПС – высокополярные сапонины; НПС – низкополярные сапонины; ФС – фенольные соединения; ДК50 - гемолитическая активность – концентрация, необходимая для достижения 50% лизиса эритроцитов.
Наблюдаемые различия в соотношении сапонинов различной степени полярности не оказывали существенного влияния на физико-химические свойства и гемолитическую активность экстрактов. Они проявляли одинаковую тенденцию в изменении поверхностного натяжения на границе вода/воздух. Способность понижать поверхностное натяжение в области начальных концентраций и снижать его до минимальных значений 54-58 мН/м позволили отнести экстракты корней A. gypsophiloides и S. officinalis к высокоактивным ПАВ (рисунок 3).
Для возможного создания безотходной технологии производства растительного эмульгатора нами были исследованы водные экстракты других вегетативных частей растения. По сравнению с экстрактами корней, водные экстракты стеблей и листьев практически не содержали сапонинов, обладали низкой пенообразующей способностью и не образовывали устойчивой эмульсии.
 | Рисунок 3 - Изотермы поверхностного натяжения экстрактов A. gypsophiloides (ЭКК) и S. officinalis (ЭКМ) от массовой доли растворимых сухих веществ. |
Характерный специфический слабый травянистый вкус и запах не ограничивает использование водных экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis в пищевой промышленности и позволяет рекомендовать их в качестве пенообразователей при производстве шипучих напитков, кондитерских кремов и муссов; эмульгаторов при производстве различных соусов, паст; солюбилизаторов для введения различных видов пищевых липидов (жирорастворимых витаминов и эфирных масел) в безалкогольные напитки. Присутствие полисахаридов и фенольных соединений позволяет рассматривать растительные экстракты, как многофункциональные пищевые добавки.
Определение предельно допустимых концентраций водных экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis в экспериментах in vivo. Несмотря на то, что исследованные экстракты проявляют слабую гемолитическую активность, поскольку значения их ДК50 составляли 250 мкг/мл (таблица 1), согласно Закону РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» к ним должны быть предъявлены требования по их безопасному использованию. Определение предельно допустимых концентраций, безопасных для организма человека, осуществлялось нами в экспериментах in vivo – исследована острая и подострая токсичность водных экстрактов.
По результатам проведенных исследований была проведена оценка токсичности экстрактов согласно доклиническим исследованиям биологически активных добавок, включая биохимические, гематологические и патогистологические показатели. Исследования были выполнены на белых беспородных мышах и крысах. При выборе вида лабораторных животных учитывали всеядность грызунов, что дает возможность исследовать любые пищевые объекты. Кроме того, характер их метаболизма позволял экстраполировать полученные результаты на организм человека.
Острую токсичность определяли на мышах путем однократного введения в желудок возрастающих доз (0,1-0,5 мл) 7%-ых экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis. Было установлено, что доза 0,5 мл (35 мг растворимых сухих веществ) на мышь (20 г) не вызывала гибели животных в течение 7 суток. Следовательно, исследуемые экстракты можно отнести к группе малотоксичных веществ, поскольку в дозе 1,75 г/кг веса они не обладали токсичностью. В расчете на среднюю массу тела человека (70 кг) это доза составляет 122 г одновременного попадания экстракта в желудочно-кишечный тракт.
Подострую токсичность экстрактов проверяли на крысах – самках и самцах, которые ежедневно в течение одного месяца получали в виде корма экстракты колючелистника/мыльнянки в дозах 5 мл 7%-ых растворов на 100 г стандартного рациона питания. В течение времени эксперимента наблюдалась равномерная прибавка веса животных и не было обнаружено отклонений по следующим показателям:
- биохимические показатели крови (АлАТ, АсАТ, общий, прямой, непрямой биллирубин, общий белок, мочевина), а также показатели периферической крови (клеточный состав крови, гемоглобин, цветной показатель) подопытных крыс не отличались от контрольных;
- не наблюдалось отклонений от массы внутренних органов контрольных животных (печени, почек, сердца, селезенки, надпочечников, тимуса, половых органов);
- гистологическая картина внутренних органов (печени, почек, сердца, надпочечников, тимуса, селезенки, половых органов) соответствовала нормальному их гистологическому строению.
Проведенные исследования позволили исключить токсичное действие экстрактов A. gypsophiloides и S. officinalis при однократном пироральном введении животным препарата в количестве 1,75 г/кг веса. Длительное введение экстрактов не вызывало изменений показателей периферической крови и морфологических изменений внутренних органов.
Интродукция S. officinalis в почвенно-климатических условиях Приморского края. Предпосылкой для интродукции S. officinalis в почвенно-климатических условиях Приморского края послужило высокое структурное подобие его основных сапонинов (сапонариозидов) с quillaja сапонинами коры дерева Quillaja saponaria, которые в настоящее время являются единственными коммерческими сапонинами, официально разрешенными в Японии, Америке и ряде стран Европы к использованию в пищевой промышленности в качестве эмульгатора, пенообразователя и солюбилизатора.
Фенологические наблюдения и биометрические учеты подтвердили возможность и перспективность разведения в почвенно-климатических условиях края двух видов S. officinalis (рисунок 4).
Рисунок 4 - Плантации мыльнянки S. officinalis L. махрового вида второго года культивирования (июнь) на Приморской плодово-ягодной опытной станции в районе г. Владивостока.
Для обоснования оптимальных сроков заготовки сырья нами была исследована динамика накопления корневой массы обычного и махрового видов в зависимости от фенологического цикла развития растений. Было установлено, что интенсивное накопление корневой массы наблюдалось уже на 2-ой год культивирования, дальнейшее увеличение сроков не приводило к ее значительному накоплению за счет сильного разрастания боковых отростков. Содержание сапонинов в корнях растений колебалось в пределах 23-35% и зависело в большей степени от растения того или иного, вида чем от его возраста. Так, корни обычной мыльнянки 2-го года культивирования содержали 23% сапонинов, корни махровой – 30%. Дальнейшее культивирование практически не сопровождалось увеличением содержания сапонинов (26 и 32% соответственно), что дает основание для возможного ограничения срока выращивания S. officinalis в течение двух лет.
Целесообразность сокращения сроков выращивания подтверждена также сравнительным изучением химического состава экстрактов и результатами исследования их функциональных свойств. Так, экстракты корней 2-го и 3-го годов культивирования обладали подобной функциональной активностью (рисунок 5), высокие пенообразующие и эмульгирующие характеристики которых обусловлены доминирующим содержанием в них сапонинов. Найдено, что в экстрактах корней 2-го и 3-го годов культивирования содержание сапонинов колебалось незначительно и составляет 67-73 и 58-59% для махрового и обычного видов соответственно.
 А |  В |
 С | Рисунок 5 – Функциональные свойства экстрактов корней S. officinalis: А-устойчивость эмульсии; В- пенообразующая способность; С- точка инверсии (ТИ). 1, 2 - корней махрового вида; 3, 4 - корней обычного вида (1, 3 – 3-й год; 2, 4 – 2-й год). |
Однако пенообразующая способность и эмульгирующие свойства экстрактов корней махрового вида существенно превышали данные показатели по сравнению с экстрактами обычного вида. Несмотря на то, что точка инверсии для всех исследуемых экстрактов находилась в пропорциональной зависимости от массовой доли растворимых сухих веществ, экстракты корней махрового вида способны были связывать на 25% больше масла.
Соизмеримо высокие функциональные характеристики исследуемых экстрактов позволяют сделать окончательный вывод о возможности сокращения срока культивирования, что приводит к значительному экономическому эффекту. Максимально короткие сроки культивирования, высокая урожайность корней (10т. с 1 га.), содержащих до 35% сапонинов, позволяют отнести оба вида S. officinalis к перспективным коммерческим источникам сапонинов. Ранние результаты по культивированию A. gypsophiloides R. в Туркменистане показали, что максимальное накопление сапонинов в корнях колючелистника качимовидного (до 20%) наблюдалось только к 5-ому году вегетации; при этом урожайность корней была почти в 2 раза ниже урожайности S. officinalis.
Влияние фазы вегетации растения на оптимальные сроки заготовки сырья было определено на экстрактах двухлетних корней, собранных в основные периоды накопления сапонинов - в фазах бутонизации (07) и плодоношения (09). Установлено, что фаза вегетации существенно не влияла на общее содержание сапонинов в экстрактах, поскольку в зависимости от сроков сбора оно колебалось незначительно - 58-59% и 67-73% для мыльнянки обычного и махрового видов соответственно (таблица 2).
Таблица 2 - Влияние фазы вегетации растения на состав и свойства водных экстрактов корней S. officinalis обычного и махрового видов
| Водные экстракты корней | ПС, % | СП, % | ФС, % | ДК50 мкг/мл |
| Мыльнянки обычной (ЭМО) 06 | 11,9 | 58,6 | 1,7 | 80 |
| Мыльнянки обычной (ЭМО) 09 | 12,3 | 57,6 | 1,0 | 250 |
| Мыльнянки махровой (ЭММ) 06 | 4,6 | 73,1 | 1,5 | 50 |
| Мыльнянки махровой (ЭММ) 09 | 9,1 | 66,6 | 1,1 | 150 |
ПС – полисахариды; СП – суммарная фракция сапонинов; ФС – фенольные соединения; ДК50 - гемолитическая активность – концентрация, необходимая для достижения 50% лизиса эритроцитов.
Нами выявлено существенное изменение токсичности экстрактов - экстракты летних корней обладали большей гемолитической активностью (50-80 мкг/мл) по сравнению с активностью осенних экстрактов (250 мкг/мл). Различная токсичность экстрактов, собранных в разные фазы развития растений, значительно расширяет возможную область их применения. Для получения растительного эмульгатора целесообразно использовать корни осеннего сбора, поскольку их экстракты обладают очень слабой токсичностью. При использовании в косметических целях (например, для получения препаратов против кожных грибков) или в качестве биопестицидов в сельском хозяйстве, необходимо использовать корни периода наибольшей токсичности - фазы бутонизации.
Физико-химические аспекты функциональности сапонинов корней S. оfficinalis. Для обоснования возможности использования экстрактов корней культивированной S. officinalis в качестве высоко активных природных эмульгаторов необходимо изучение основных физико-химических и мицеллярных свойств, которые являются основой их функционального действия. К таким свойствам относятся поверхностная активность, определяющая способность экстрактов образовывать мелкодисперсные двухфазные системы, и критическая концентрация миццеллообразования (ККМ), являющаяся количественной характеристикой их функциональной эффективности. Физико-химические и мицеллярные параметры экстрактов были оценены по отношению к сапонинам, выделенным из корней растений стандартным методом.
Поверхностная активность. Изменение поверхностного натяжения воды на границе вода/воздух в зависимости от концентрации сапонинов корней обычного и махрового видов представлено на рисунке 6 А.
 А |  В | |
| Рисунок 6 - Изотермы поверхностного натяжения сапонинов (А) и экстрактов корней S. officinalis (В) обычного (1) и махрового (2) видов, определенные методом подсчета капель. | ||
Вид изотерм поверхностного натяжения свидетельствует о том, что по мере увеличения концентрации сапонинов поверхностное натяжение снижалось, достигая минимальной величины 41-43 мН/м в зависимости от вида мыльнянки. Поверхностная активность сапонинов корней S. officinalis соизмерима с активностью коммерческого quillaja сапонина, способного снижать поверхностное натяжение воды до значения 36-37 мН/м.
Наблюдаемый характер кривых - переход через минимум, связан с различной скоростью диффузии компонентов сложной смеси исследуемых сапонинов.
Исследуемые водные экстракты корней имели практически идентичный с сапонинами характер изотерм поверхностного натяжения (рис. 6 В), что свидетельствует об их высокой поверхностной активности. Незначительное увеличение величин минимального снижения поверхностного натяжения - 55-58 мН/м, по-видимому, вызвана присутствием сопутствующих растительных компонентов (полисахаридов и фенольных соединений).
Мицеллярные параметры. Определение ККМ проводили двумя принципиально различными методами – методом равновесного поверхностного натяжения и методом флуоресцентных зондов. Использование двух методов позволило установить надежность полученных значений, исключив индивидуальные погрешности каждого метода. На примере экстракта корней S. officinalis махрового вида мы показали, что величины ККМ, определенные выше названными методами, имели близкие значения и составляли 1.75 и 1.24 мг/мл (рисунок 7). Сопоставимость результатов позволила нам в дальнейших исследованиях использовать один метод – метод встраивания зонда.
 Рисунок 7 - Изотерма поверхностного натяжения экстракта корней S. officinalis махрового вида, определенная методом отрыва кольца на приборе фирмы "Маркада"; влияние концентрации экстракта мыльнянки махрового вида на встраивание в мицеллы 8-анилиннафтолсульфокислоты (ANS, Sigma). |  Рисунок 8 - Влияние концентрации на встраивание ANS в мицеллы сапонинов корней обычного (1) и махрового (2) видов S. officinalis. |
Мицеллярные параметры сапонинов. Влияние концентрации сапонинов на встраивание зонда показано на рисунке 8. Сапонины корней обычного и махрового видов имели различные значения ККМ, поскольку линейное увеличение флуоресценции, свидетельствующее о начале формирования мицелл, наблюдалось после достижения концентрации 1,20 и 0,68 мг/мл, соответственно. Наклон кривых флуоресценции, определяемый количеством включенного зонда, указывал на большую степень гидрофобности мицелл, образованных сапонинами корней махрового вида.
Мицеллярные параметры сапонинов корней махрового вида совпадали с параметрами коммерческого quillaja сапонина (0,51- 0,72 мг/мл в зависимости от фирмы изготовителя). Сравнение со свойствами традиционно используемых пищевых эмульгаторов, таких, как лецитин, моно- и диглицериды, по-видимому, не корректно, поскольку последние не растворимы в воде и имеют другой механизм адсорбции углеводородных радикалов на поверхности раздела фаз. Тем не менее, коллоидные свойства сапонинов существенно отличаются от свойств ионного детергента додецилсульфата натрия, ККМ которого на порядок ниже и составляет 28-29 мкг/мл.
Экспериментально доказано, что сапонины S. officinalis, в структуре которых присутствуют карбоксильные группы, проявляли характерную для всех ионных ПАВ закономерность в изменении величины ККМ от значений рН среды и концентрации NaCl. Так, в кислой среде (рН 3-5), в результате протонизации карбоксильных групп, сапонины имели самые низкие значения ККМ (рисунок 9), в то время как в щелочной среде (рН 8), в результате усиления электростатических сил отталкивания за счет ионизации карбоксильных групп, формирование мицелл наблюдалось при более высокой концентрации сапонинов. В растворах слабой ионной силы (0,12 М) формирование мицелл происходило при самой высокой концентрации сапонинов. С увеличением концентрации соли (в интервале 0,12 – 1М) наблюдалось значительное уменьшение величины ККМ.
 А |  В |
| Рисунок 9 - Влияние величины рН среды (А) и концентрации соли (В) на ККМ сапонинов S. officinalis: 1 – обычного; 2 – махрового видов. | |
Мицеллярные параметры экстрактов. Мицеллярные параметры водных экстрактов, так же как параметры фракций сапонинов, зависели от вида растений - у экстрактов корней махрового вида возрастание флуоресценции наблюдалось при более низкой концентрации (1,24 мг/мл) по сравнению с экстрактами обычной популяции (3,64 мг/мл). Увеличение значений ККМ экстрактов по сравнению с сапонинами, по-видимому, связано с присутствием сопутствующих примесей. Наклон кривых флуоресценции, определяемый количеством включенного зонда, также указывает на большую степень гидрофобности мицелл, образованных экстрактом махрового вида (рисунок 10).
Установлено, что возраст корней не оказывал существенного влияния на характер кривых флуоресценции, что еще раз подтверждает целесообразность сокращения сроков культивирования S. officinalis. Экстракты корней 2-го и 3-го годов имели подобный наклон кривых флуоресценции и начало образования мицелл наблюдалось при одинаковой концентрации растворимых сухих веществ (рисунок 10).
 | Рисунок 10 - Влияние сроков культивирования S. officinalis на величины ККМ экстрактов: 1, 2 - корней махрового вида; 3, 4 - корней обычного вида. 1, 3 – 3-й год; 2, 4 – 2-й год. |
Проведенные исследования показали, что высокая поверхностная активность и низкие значения ККМ сапонинов обычного и махрового видов S. officinalis позволяет рекомендовать их в качестве перспективных природных эмульгаторов. Более высокие мицеллярные параметры экстрактов корней махрового вида позволяют рекомендовать этот вид S. officinalis как самый перспективный источник высокоактивных сапонинов, не уступающий по мицеллярным параметрам коммерческим quillaja сапонинам. Снижение ККМ в кислой среде и в присутствии соли позволяет модифицировать технологию приготовления эмульсии путем варьирования кислотности среды и концентрации соли.
Биологическая активность экстрактов S. officinalis в экспериментах in vitro и in vivo.
В работе исследовали следующие аспекты биологической активности экстрактов: антиоксидантную, антифунгальную активности и гиперхолестеринемический эффект.
Обнаруженные в водных экстрактах S. officinalis фенольные соединения (таблица 2) позволяют рассматривать экстракты как потенциальные природные антиоксиданты. Определение антиоксидантной активности проводили с использованием двух модельных систем: антирадикальную активность (АРА) по способности экстрактов гасить радикал дифенилпикрилгидрозила (ДФПГ*), антиокислительную активность (АОА) - тормозить реакцию термического окисления ленитола. Применение простого и высоко чувствительного хроматографического экспресс-метода позволило обнаружить в исследуемых экстрактах два интенсивных пятна, указывающих на присутствие соединений, обладающих антиоксидантной активностью. Значения их подвижности соответствовали значениям веществ фенольной природы.
Количественную оценку АРА экстрактов проводили в сравнении с активностью галловой кислоты, которая, как известно, является одним из наиболее активных растительных антиоксидантов. В расчете на галловую кислоту массовая доля активных веществ, способных гасить свободный радикал, в экстрактах составляла 210 -3 %.
Относительную АОА экстрактов сравнивали с активностью кверцетина - наиболее распространенного природного антиоксиданта. Ингибирование реакции термического окисления ленитола проводили при 55оС в течение 150 час, анализируя линейные участки кривых ингибирования и рассчитывали, как отношение периодов индукции окисления ленитола исследуемыми экстрактами и 10 мМ кверцетина. В экстракте массовая доля активных веществ, способных предотвращать окисление липидов, составила 610-3 %.
Обнаруженные антирадикальная и антиоксидантная активности дают основание для использования водных экстракта корней красного мыльного корня в качестве полифункциональной пищевой добавки, способной одновременно выполнять роль эмульгатора и антиоксиданта.
Антифунгальная активность - способность ингибировать рост патогенных грибов, была исследована на фракциях низко полярных (НПС) и высоко полярных (ВПС) сапонинов, выделенных из корней S. officinalis махрового вида. В тест-культуре использовали патогенные для человека и растений грибы и дрожжи: Candida albicans – патогенные для человека дрожжи, вызывающие поверхностные микозы; Aspergillus niger – условно-патогенные мицелиальные (споровые) грибы, вызывающие глубинные внутренние микозы; Fusarium oxysporum – фитопатогенные споровые грибы.
Полученные данные показали, что фракция НПС проявляет высокую ингибирующую активность против патогенных для человека грибов и дрожжей, но слабо активна против растительных патогенов. В отличие от них фракция ВПС, в структуре которых присутствует большее число моносахаридных остатков, практически не влияют на рост данных микроорганизмов. Полученные результаты согласуются с литературными данными, свидетельствующими о том, что антифунгальная активность зависит от величины ГЛБ сапонинов.
Таким образом, низко полярные сапонины корней S. officinalis могут рассматриваться в качестве потенциальных антигрибковых и антидрожжевых препаратов.
Гиперхолестеринемический эффект - способность экстрактов корней S. officinalis и A.gypsophiloides нормализовать уровень холестерина в крови, был исследован на модели экспериментальной гиперлипопротеинемии (ГЛП), которую вызывали с помощью диеты, обогащенной холестерином и животными жирами.
После 16 дней приема жирной пищи вместе с водным экстрактом корней (5 мл 7% экстракта на 100 г пищи) исследовали морфологические изменения печени и рассчитывали липидный спектр крови, определяя содержание общего холестерина (ХС), триглицеридов (ТГ), липопротеидов высокой плотности (ЛВП). В основе гиперхолестеринемического действия сапонинов лежит их способность образовывать прочные комплексы с холестерином и желчными кислотами с последующей их экскрецией из организма.
В условиях ГЛП у животных наблюдались все признаки воспалительного и деструктивного процесса, характерные для гиперлипопротеинемии: увеличение массы печени, морфологические изменения печени в виде пылевидной и мелкокапельной жировой дистрофии гепатоцитов, а также расширение синусоидов и вен. К концу наблюдения увеличивалось содержание атерогенных липопротеидов (ЛНП и ЛОНП) и уменьшалось содержание антиатерогенных липопротеидов (ЛВП). Увеличение коэффициента атерогенности КА (6,22) по сравнению с контрольной группой животных (0,84) явно свидетельствовало о развитии гиперхолестеринемии и гипертриглицеридемии.
При добавлении в пищевой рацион экстрактов корней S. officinalis и A. gypsophiloides отмечено снижение массы печени, на микропрепаратах печени отмечались менее выраженные признаки деструктивного процесса. Улучшение состояния липидного фона крови подтверждалось снижением уровня ХС, ТГ, ЛОНП и ЛНП по сравнению с группой животных с экспериментальной ГЛП.
Влияние экстрактов корней S. officinalis и A. gypsophiloides на общее состояние животных и нормализацию показателей липидного обмена крови при экспериментальной гиперлипопротеинемии позволяют рекомендовать их в качестве профилактического средства при нарушении липидного обмена и для снижения уровня холестерина в крови.
Глава 4. Научное обоснование технологий растительного эмульгатора из корней культивированной S. officinalis
Одной из важнейших задач настоящего исследования является разработка комплексной аппаратурно-технологической схемы производства растительного эмульгатора с заданными функциональными свойствами. Для решения этой задачи экспериментально найдены рациональные режимы на всех этапах комплексной переработки корней - гидромеханической обработки, сушки, экстрагирования и концентрирования. Выбор рациональных режимов технологического процесса основывался на морфологических, физико-химических и структурно-механических свойствах сырья.
Характеристика и гидромеханическая обработка корней S. officinalis
Морфология корней. В отличие от крупных корней A. gypsophiloides (10 - 12 см толщиной, 2 м длиной), корни махрового вида S. officinalis второго года вегетации имеют ветвистое корневище небольших размеров (рисунок 11). Корневище растения сформировано из мелких боковых отростков диаметром 1 - 10 мм и длиной 10 – 55 см, и его масса колеблется в пределах 0,166 – 0,200 кг.
 |  |
| Рисунок 11 - Корень S. officinalis махрового вида второго года вегетации | Рисунок 12 - Поперечный срез корня S. officinalis при 2 кратном увеличении. Оптический микроскоп МС 10 (MICROS, Австрия) с цифровой видеокамерой САМ 1800 (VISION, Австрия). |
Особенности морфологического строения корней S. officinalis вызывают сложность при реализации гидромеханической обработки. В межкорневом пространстве удерживается большое количество грунта, являющегося балластным материалом и содержащим высокое количество гнилостной микрофлоры. В аппаратурно-технологической схеме гидромеханической обработки предусмотрена стадия тщательного промывания корней для удаления балласта.
Основную массу в корневище составляют корни с диаметром 2 - 6 мм (60%), в то время как более крупные корни с диаметром 8 - 10 мм содержатся в минимальном количестве (2 - 3%). Корни мягкие и легко поддаются измельчению, что имеет значение для получения качественных экстрактов из корней S. officinalis, так как основная часть сапонинов концентрируется в клеточном соке корней (рисунок 12).
С целью стандартизации сырья корни S. officinalis были измельчены на кусочки разных размеров - 5, 10 и 15 мм, была рассчитана суммарная и удельная площадь поверхности кусочков разного диаметра. Данные расчета показали, что удельная площадь поверхности в большей степени зависит от диаметра корня, чем от его длины. Увеличение площади поверхности крупных корней может быть достигнуто вальцеванием, которое в 1,3 раза увеличивает их удельную площадь. В связи с этим, для исключения из технологической схемы трудоемкого процесса сортировки корней по диаметру для обеспечения равномерного процесса сушки и экстракции, корни диаметром свыше 5 мм с целью выравнивания площадей контакта подвергали вальцеванию. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки установки по гидромеханической переработке корней S. officinalis.
Плотность измельченных до размера 5 мм влажных (свежевыкопанных) корней составляет 1230 кг/м3, сухих - 800 кг/м3.
Насыпная масса корня – объемный насыпной вес является необходимым параметром для расчета производительности технологического оборудования. На ее величину оказывают влияние многие факторы, в том числе размер и влажность корня. Так, насыпная масса влажных корней размером 5 мм составила 456 кг/м3, сухих - 171 кг/м3.
Особенности химического состава корней. Для исследования химического состава были выбраны двухлетние корни S. officinalis махрового вида, собранные в сентябре - период максимального накопления корневой массы растения. Было определено, что основными экстрактивными веществами корней S. officinalis махрового вида являлись сапонины. Их общее содержание составляло 37% от массы корня. В исследованных корнях присутствовало незначительное количество фенольных соединений (около 3%) и водорастворимых полисахаридов (6%). Содержание липидов и белковых веществ не превышало 0,1 и 0,9% соответственно, что характерно для растительного сырья. Корни содержали высокое количество минеральных веществ (5%), что, по-видимому, можно объяснить способностью S. officinalis накапливать микро- и макроэлементы. Известно, что многие лекарственные растения синтезирующие сапонины, являются «сверх» концентраторами отдельных микро- и макроэлементов. Установлено, что корни махрового вида S. officinalis, культивированной в почвенно-климатических условиях Приморского края, способны избирательно накапливать биологически важные для живого организма макро- (K, Ca, Mg, P) и микроэлементы (Al, Fe, Mn, Zn, Cu).
Технология сушки корней мыльнянки S. оfficinalis. Для обеспечения высокого качества корней S. officinalis, содержащих легко разрушающиеся под действием ферментов сапонины, выбор рациональных режимов сушки является одной из ключевых задач технологического процесса производства экстрактов. Для этой цели было исследовано влияние различных режимов сушки - в естественных условиях и при тепловом воздействии, на сохранение функциональной активности растительных сапонинов в высушенном сырье.
Сушка в естественных условиях. Сушку корней проводили в соответствии с нормативными требованиями, предъявляемыми к сухому лекарственно-техническому сырью (ГОСТ 24027.2), на сетчатой раме с высотой слоя сырья 10 мм при относительной влажности воздуха 74% - 83% и при температуре 23 - 24С.
Для определения влияния степени измельчения корней на скорость удаления из них влаги использовали корни длиной 5, 10 и 15 мм. Процесс удаления влаги, независимо от размера корней, состоял из трех основных периодов. Первый период сушки - период постоянной скорости, характеризовался интенсивным поверхностным испарением свободной влаги с постоянной скоростью уменьшения влажности. Этот период продолжался до достижения критической влажности, начиная с которой наблюдалось снижение скорости обезвоживания - период падающей скорости. Обезвоживание прекращалось при достижении сырьем равновесной влажности, определяющей его способность удерживать влагу. В естественных условиях сушки равновесная влажность корней S. оfficinalis составляет 8,5%, что соответствует требованиям влажности сушенного лекарственного сырья (10%). Время достижения критической влажности в зависимости от размера корней варьировало от 64 до 86 час. и продолжительность сушки увеличивалась с 116 до 128 час для корней размером 5 и 15 мм соответственно.
В результате эксперимента установлено, что для полного удаления влаги из мелких корней требовалось меньше времени, увеличение их длины существенно не влияло на продолжительность процесса сушки. Этот экспериментальный факт подтверждает наши расчетные данные о незначительном влиянии размера корней на суммарную поверхность контакта с воздухом.
Сушка корней мыльнянки в естественных условиях малопроизводительна, так как требует больших производственных площадей и длительного времени. При этом следует учитывать влияние погодных условий на стабильность процесса и на показатели качества высушиваемого сырья. В связи с этим, при обработке небольшой партии корней S. оfficinalis и в целях экономии энергии возможно использование процесса сушки в естественных условиях. Однако при переработке больших объемов корней в течение короткого периода времени требуется использование сушильных установок с более интенсивным процессом сушки.
Сушка конвективным методом. Сушку корней S. оfficinalis длиной 5 мм. методом активного вентилирования проводили на модернизированной установке конвективного типа «Конвекс-1» модели 28/220, позволяющей создавать переменную температуру воздуха - 60, 80 и 120С, и плавно регулировать скорости потока в режимах 1,09, 1,26 и 1,45 м/с. Высота насыпного слоя сырья не превышала 10 мм. При этом температура мокрого и сухого термометра на каждом режиме температур находилась в интервалах от 24 до 46С в зависимости от скорости подачи сушильного агента.
Для определения рациональных условий получения сухих корней S. officinalis в условиях данной установки было изучено влияние вышеназванных параметров на продолжительность процесса сушки. Кривые сушки корней имели характерный вид – периоды постоянной и падающей скорости, продолжительность которых зависела от температуры сушильного агента (рисунок 13).
 |  | |
| А | В | С |
Рисунок 13 - Динамика скорости сушки корней S. officinalis в зависимости от мощности нагревательных элементов и скорости сушильного агента. А – 1,09м/с; В - 1,26м/с; С – 1,45м/с.
Сравнение графиков кинетики сушки свидетельствует о том, что увеличение температуры сушильного агента оказывало гораздо большее влияние на скорость сушки, чем повышение скорости подачи воздуха в указанных пределах. Так, повышение температуры сушильного агента до 120С позволяет в 3 раза сократить продолжительность сушки, в то время, как увеличение скорости движения воздуха с 1,1 до 1,26 м/с - всего в 1,5 раза. Следовательно, для данной сушильной установки целесообразно выбирать режим сушки при максимальной температуре сушильного агента 120С и скорости подачи воздуха 1,26 м/с.
Сушка в кипящем слое (закрученный поток). В экспериментальной установке слой корней мыльнянки S. officinalis длиной 5 мм. подвергался энергичному перемешиванию со скоростью 20 м/с, что способствовало лучшему его обтеканию сушильным агентом, при этом минимальный температурный градиент (40оС) не вызывал его перегрева. Сушку осуществляли при двух режимах сушильного агента - при температуре сухого термометра 60 и 100оС. При этом температура мокрого термометра составляла 26,0 и 37,0оС соответственно.
 | Рисунок 14 – Динамика скорости сушки корней S. officinalis в кипящем слое при разных температурах сушильного агента |
Динамика сушки корней S. officinalis, представленная на рисунке 14, указывает на значительное сокращение времени сушки при использовании данного метода. Продолжительность сушки корней до влажности 10% по ГОСТу составляет 20 – 40 мин в зависимости от температурного режима. Использование второго температурного режима позволяет практически в два раза сократить время сушки. Кривые сушки имеют линейный характер без явно выраженного второго периода – периода падающей скорости.
Следовательно, за счет энергичного гидродинамического перемешивания отдача корнями влаги происходит с постоянной скоростью и постоянной температурой (26,0 и 37,0оС), которая не превышает рекомендуемых значений для сушки растительного сырья, содержащего гликозиды. Короткое время сушки и отсутствие перегрева корней является основным преимуществом данного метода.
Влияние способов сушки на функциональные свойства экстрактов. Влияние различных видов сушки на качество сухих корней S. officinalis определяли по функциональным свойствам, полученных из них экстрактов. С этой целью изучали пенообразующую и эмульгирующую способность экстрактов с массовой долей растворимых сухих веществ 7% (таблица 3).
Таблица 3 - Влияние способов сушки на функциональные свойства экстрактов
| Вид сушки | Пс, % | Уп, % | ТИ, мл | Эс | Сэ, % |
| Естественная | 250 | 100 | 85 | 10.6 | 100 |
| Конвективная | 328 | 100 | 101 | 12,6 | 100 |
| Кипящий слой | 518 | 100 | 125 | 15,6 | 100 |
Пс – пенообразующая способность; Уп – устойчивость пены; ТИ – точка инверсии; Сэ – устойчивость эмульсии; Эс – соотношение водной и жировой фаз.
Таким образом выявлено, что для получения экстрактов с высокими функциональными свойствами желательно проводить сушку корней в условиях кипящего слоя. Малая продолжительность процесса и низкая температура позволяет сохранить функциональные свойства сапонинов на высоком уровне. Высушенные в естественных условиях корни имели самые низкие показатели активности, что обусловлено, по-видимому, частичной ферментативной деградацией сапонинов в процессе сушки. В силу больших энергетических затрат в условиях сушки в кипящем слое, сушку корней можно проводить конвективным методом, поскольку функциональная активность экстрактов остается на высоком уровне.
Исследование диффузионных процессов при получении экстракта корней S. оfficinalis. Для достижения наиболее полного и качественного извлечения сапонинов из корней S officinalis было исследовано влияние двух способов экстрагирования - процесса настаивания при повышенной температуре и динамической батарейной экстракции, на функциональные параметры экстрактов.
Получение экстракта методом настаивания при повышенной температуре (варка). С целью выбора рациональных режимов варки было определено влияние основных параметров диффузионного процесса - размеров корней, величины гидромодуля и продолжительности экстрагирования, на эффективность экстракции. Поскольку выход экстрактивных веществ зависит от физиологического состояния корня, был исследован процесс экстрагирования влажных (влажность 64%) и сухих (влажность 6,12%) корней S. оfficinalis.
Для оценки эффективности процесса экстрагирования в зависимости от вышеназванных показателей определяли массовую долю растворимых сухих веществ с учетом влажности корней от величины гидромодуля и степени измельчения (рисунок 15).
 |  | |
| Рисунок 15 - Выход растворимых сухих веществ из корней в зависимости от степени их измельчения и величины гидромодуля (М). Белые символы - влажные корни; черные символы - сухие корни. | ||
Доказано, что в экстрактах, независимо от степени влажности корней, проявляются одинаковые тенденции в накоплении растворимых сухих веществ. Максимальный выход экстрактивных веществ наблюдается при измельчении корней до 5 мм, что, по-видимому, объясняется увеличением площади контакта сырья с экстрагентом.
В результате эксперимента установлены рациональные параметры экстракции - для сухих корней целесообразно проводить экстрагирование в течение 3 час при гидромодуле 1:8 (из них 0,5 час – на набухание), при этом выход экстрактивных веществ с учетом исходной влажности составил 19,5% от массы сухого корня. Для влажных корней оптимальное значение гидромодуля составляет 1:6, продолжительность процесса - 2 часа, выход экстрактивных веществ – 22%,.
Функциональные свойства экстрактов. Химический анализ экстрактивных веществ показал, что физиологическое состояние корней существенно влияет на выход сапонинов, а соответственно на пенообразующую способность и эмульгирующую активность полученных экстрактов (таблица 4). При экстрагировании сухих корней наблюдался высокий выход сапонинов (70-72%) независимо от степени их измельчения, что обуславливало способность всех экстрактов образовывать обильную пену и устойчивую эмульсию. Выход сапонинов из влажных корней был существенно ниже и составил 50-24% в зависимости от их размеров. Более полное извлечение сапонинов (65,9%) может быть достигнуто только после сильного размельчения влажных корней – разрезания их до 5 мм с последующим вальцеванием.
Таблица 4 – Массовая доля сапонинов и функциональные свойства экстрактов в зависимости от физиологического состояния корней S. officinalis
| Размер корня, мм | Содержание сапонинов, % | ПС, % | Уп, % | ТИ, мл | Сэ, % | |||||
| В | С | В | С | В | С | В | С | В | С | |
| Вальцевание | 65,9 | - | 266 | - | 82 | - | 70 | - | 100 | - |
| 5 | 50,2 | 72,1 | 254 | 350 | 67 | 90 | 50 | 85 | 85 | 100 |
| 10 | 41,3 | 70,4 | 190 | 304 | 23 | 82 | 10 | 75 | 19 | 100 |
| 15 | 24.2 | 70,3 | 138 | 298 | 12 | 78 | 6 | 67 | 11 | 98 |
В- влажные корни; С- сухие корни; Пс – пенообразующая способность; Уп – устойчивость пены; ТИ – точка инверсии; Сэ – устойчивость эмульсии. Массовая доля растворимых сухих веществ в экстрактах – 5%. Влажные корни размером 5 мм дополнительно вальцованы.
Низкую функциональную активность экстрактов вследствие малого содержания в них сапонинов, по-видимому, можно объяснить особенностями процесса их извлечения из влажных (живых) и сухих клеток корней. В живой растительной клетке пристенный слой протоплазмы клеточной стенки является полупроницаемой перегородкой и затрудняет выход из клетки веществ, растворенных в клеточном соке, в том числе и сапонинов. В результате обезвоживания (сушки) клетка погибает, и протоплазма клеточной стенки приобретает свойства пористой перегородки, процесс извлечение через которую носит характер диффузии. Наличие пористой перегородки снижает скорость диффузии и избирательно пропускает вещества, не превышающие определенных размеров.
Проведенные исследования показали, что для получения экстракта корней S. officinalis с высокими функциональными свойствами наиболее рационально осуществлять процесс экстрагирования сухих корней. Если же имеются условия для непосредственной переработки влажных корней в местах произрастания, то для получения экстракта с высоким содержанием сапонинов требуется размельчение корней до мелкой стружки.
Получение экстрактов методом батарейного экстрагирования. В предварительном эксперименте определяли необходимое количество экстракций для полного извлечения экстрактивных веществ из корней S. officinalis. Для этой цели проводили последовательное трехкратное экстрагирование набухших корней (замачивание при гидромодуле 1:3 в течение 30 мин при 90С). Экстрагирование проводили в течение 10 мин при 100С при перемешивании корней, используя значение оптимального гидромодуля 1:8. Количество экстрагента рассчитывали с учетом влаги, потраченной на набухание корней. Полноту и качество экстрагирования определяли по массовой доле растворимых сухих веществ, химическому составу и функциональным свойствам экстрактов (таблица 5).
Таблица 5 - Химический состав и функциональные свойства экстрактов, полученных путем 3-х кратного последовательного экстрагирования корней S. officinalis
| 1 экстракция | 2 экстракция | 3 экстракция | |
| Выход экстракта, % | 48,7 | 54,6 | 57,8 |
| Массовая доля растворимых сухих веществ, % | 5 | 2 | 0,4 |
| Полисахариды, % | 5,3 | 10,0 | 15,1 |
| Сапонины, % | 69,6 | 39,7 | 19,9 |
| Пс, % | 480 | 240 | 64 |
| Уп, % | 100 | 81 | 14 |
| Эс | 14,9 | 6,5 | 2,3 |
| ТИ, мл | 119 | 52 | 18 |
| Сэ, % | 100 | 71 | 41 |
| рН | 5,0 | 5,1 | 5,2 |
Пс – пенообразующая способность, Уп – устойчивость пены, ТИ – точка инверсии, Сэ – устойчивость эмульсии. Массовая доля растворимых сухих веществ в экстрактах– 5%.
Установлено, что с увеличением числа экстракций помимо снижения массовой доли растворимых сухих веществ от 5 до 0,4%, существенно изменяется химический состав и функциональные свойства экстрактов. Наиболее оптимальным по содержанию сапонинов (69,6%), по способности образовывать обильную пену и устойчивую эмульсию с высокой эмульгирующей способностью является 1-ый экстракт (таблица 5).
Для батарейного экстрагирования корней S. оfficinalis использовали пять батарей, заполненных одинаковым количеством предварительно замоченных корней. Общий гидромодуль с учетом замачивания составлял 1:8. Оставшееся после замачивания количество экстрагента заливали в первую батарею и проводили экстракцию корней при температуре 95С в течение 10 мин при перемешивании. Полученный экстракт направляли поочередно в последующие батареи и проводили экстракцию в аналогичном режиме. Перемешивание, постоянно поддерживающее разницу концентраций экстрактивных веществ в сырье и пограничном диффузионном слое, позволило получить в первой батарее экстракт с массовой долей растворимых сухих веществ 5%. В экстрактах каждой последующей батареи эта величина возрастала на 1%, достигая максимального значения 9%. Общий суммарный выход 1-ой фракции составлял 38,4%, суммарное время экстрагирования с учетом времени замачивания – 80 мин, выход экстрактивных веществ – 32,7% от массы сухого корня. Второй процесс экстракции (2 фракция) проводился аналогично, При этом конечная массовая доля растворимых сухих веществ в суммарном экстракте составила 5%, выход экстракта – 35%, общее время экстрагирования – 50 мин.
Низкое содержание сапонинов и высокое содержание полисахаридов обуславливают слабые функциональные свойства третьего экстракта. Таким образом, полученные данные позволяют считать двукратную экстракцию наиболее предпочтительной при использовании метода батарейного экстрагирования. Дальнейший процесс обработки корней экономически нецелесообразен.
Таблица 6 – Сравнительная характеристика экстрактов, полученных методом батарейной экстракции, их смеси (1:1 по объему) и экстракта, полученного методом настаивания
| Характеристика экстракта | Батарейная экстракция | Смесь фракций | Экстракт, полученный методом настаивания | |
| 1 фракция | 2 фракция | |||
| Выход экстракта, % | 38,4 | 35,0 | - | 22 |
| Массовая доля растворимых сухих веществ, % | 9 | 5 | 6,9 | 9 |
| Выход растворимых сухих веществ, (%) | 32,7 | 9,3 | - | 19,0 |
| Сапонины, % | 72,6 | 43,1 | 55,2 | 72,0 |
| Полисахариды, % | 4,6 | 21,2 | 14,3 | 5,5 |
| Пс, % | 500 | 300 | 380 | 350 |
| Уп, % | 100 | 87 | 94 | 100 |
| Эс, % | 17,3 | 11,0 | 12,1 | |
| ТИ, % | 138 | 88 | 97 | 85 |
| Сэ, % | 100 | 92 | 98 | 100 |
| рН | 5,0 | 4,8 | 5,0 | |
Пс – пенообразующая способность; Уп – устойчивость пены; Эс – эмульгирующая способность; ТИ – точка инверсии; Сэ – стойкость эмульсии.
Полученный в процессе 1-го извлечения экстракт (1 фракция), отличается высоким содержанием сапонинов (почти 73%) и низким содержанием полисахаридов (около 5%), что обуславливает его высокие функциональные свойства (таблица 6). В процессе повторного извлечения функциональные свойства экстракта значительно ухудшаются за счет снижения доли сапонинов (до 43 %) и увеличения доли полисахаридов (до 21 %), что не позволяет использовать его в качестве высокоэффективного эмульгатора. Однако смешанные в равных объемных долях фракции имеют высокие показатели пенообразующих способностей и эмульгирующей активности, поэтому первую фракцию экстракта можно использовать в качестве эмульгатора высшего сорта. Для повышения качества второго экстракта можно рекомендовать смешивание экстрактов в равных соотношениях. Низкое содержание сапонинов и высокое содержание полисахаридов обуславливают слабые функциональные свойства третьего экстракта, что позволяет сделать вывод о применении двукратной экстракции при использовании метода батарейного экстрагирования, так как дальнейший процесс обработки корней экономически нецелесообразен.
Сравнительный анализ показал, что первая фракция, полученная методом батарейной экстракции имеет существенное преимущество перед экстрактом, полученным методом настаивания, как по выходу экстрактивных веществ в расчете на массу сухого корня, так и по качественным показателям функциональной активности. Так, использование батарейного экстрагирования позволяет извлечь в 1,7 раз больше экстрактивных веществ (32,7%) из одного и того же количества сырья по сравнению с методом настаивания (19%). Другим преимуществом батарейной экстракции является сокращение продолжительности процесса практически в два раза (с 240 до 80 мин). Сокращение времени воздействия высокой температуры оказывает положительное влияние и на качественный состав экстрактов.
Как показали результаты исследований с использованием метода ВЭЖХ, широко применяемым в настоящее время для характеристики и анализа сапонинов, 1 фракция отличалась меньшей гетерогенностью, поскольку представляла собой смесь 5-ти основных гомологов различной степени полярности. Появление дополнительных пиков на кривых элюирования экстракта, полученного методом настаивания, свидетельствовало о частичном разрушении сапонинов в условиях их выделения.
Метод батарейного экстрагирования может быть использован для получения более концентрированных экстрактов с заданной массовой долей растворимых сухих веществ, путем увеличения числа батарей. Этот метод экстрагирования корней S. officinalis позволил сконцентрировать полученный экстракт до содержания массовой доли растворимых сухих веществ 22%.
Концентрирование экстрактов методом нанофильтрации. Мембранная технология позволяет концентрировать растительные экстракты в условиях низких температур, что обеспечивает максимальное сохранение исходных свойств природных компонентов. Для концентрирования водных экстрактов S. officinalis был использован метод ультрафильтрации - нанофильтрация с использованием мембран с минимальным размером пор 5-10 (0,5-1 нм) (установка ROCS-5, Россия). Поскольку основным критерием успешного концентрирования является величина используемого давления, то было исследовано влияние величины этого параметра на степень концентрирования экстракта S. officinalis, полученного методом батарейного экстрагирования. Для этой цели определяли массу, плотность и массовую долю растворимых сухих веществ в оставшемся концентрате в зависимости от прилагаемого давления 4,7; 5,2 и 5,3 кг/см2 (таблица 7).
Таблица 7 - Влияние величины прилагаемого давления на степень концентрирования экстракта корней S. officinalis при нанофильтрации
| Наименование экстракта | Давление Р, кг/см2 | Масса m, г | Плотность, кг/м3 | Массовая доля растворимых сухих веществ, % |
| Исходный экстракт | - | 1350 | 1032 | 9,0 |
| Фильтрат 1 | 4,689 | 150 | 999 | 0 |
| Концентрат 1 | 1100 | 1038 | 10,0 | |
| Фильтрат 2 | 5,199 | 1120 | 998 | 0 |
| Концентрат 2 | 230 | 1100 | 26,0 | |
| Фильтрат 3 | 5,301 | 1230 | 998 | 0 |
| Концентрат 3 | 120 | 1219 | 50.0 |
Установлено, что концентрирование при давлении 5,2 кг/см2 в течение 62 мин приводит к получению концентрата с массовой долей растворимых сухих веществ 26%, в то время, как увеличение давления до 5,3 кг/см2 при той же продолжительности процесса позволяет сконцентрировать экстракт до массовой доли растворимых сухих веществ почти 50%.
Однако, концентрированные экстракты корней S. officinalis имели высокую плотность и вязкость (рисунок 16), причем значительное увеличение этих параметров наблюдалось при содержании массовой доли растворимых сухих веществ -30%. В связи с этим, концентрирование экстрактов свыше 30% нецелесообразно из-за технологических проблем, возникающих в промышленных условиях при использовании высоковязких растворов.
 | Рисунок 16 - Влияние высоких значений массовой доли растворимых сухих веществ (в интервале 9 - 45%) на плотность экстрактов корней S. оfficinalis |
Концентрирование с помощью метода нанофильтрации позволило полностью сохранить функциональные свойства экстрактов, в отличие от концентратов, полученных методом упаривания. Так, концентрат, полученный методом упаривания, имел более низкие показатели пенообразующей способности и эмульгирующей емкости (способности связывать масло) по сравнению с концентратом, полученным методом нанофильтрации, или свежеприготовленным экстрактом корней, при сохранении параметров устойчивости эмульсии на прежнем уровне (таблица 8). Для сравнения функциональных свойств концентраты разбавляли до массовой доли растворимых сухих веществ 5%.
Таблица 8 - Сравнительная характеристика функциональных свойств экстрактов
S. officinalis, концентрированных различными методами
| Экстракт, 5% | Пс, % | Уп, % | ТИ, мл | Эс | Уэ, % |
| Свежеприготовленный | 500 | 100 | 138 | 17,3 | 100 |
| Методом нанофильтрации | 500 | 100 | 138 | 17,3 | 100 |
| Методом выпаривания | 380 | 97,4 | 112 | 14,0 | 100 |
Результаты исследований свидетельствуют о принципиальной возможности использования нанофильтрации для концентрирования разбавленных экстрактов S. оfficinalis, с целью максимального сохранения их исходных функциональных свойств.
Условия хранения растительного концентрата на основе сапонинов. В связи с тем, что водные экстракты из растительного сырья относятся к скоропортящимся продуктам, необходимо было подобрать условия консервирования концентрированного экстракта корней S. officinalis и определить оптимальные сроки его хранения. Наиболее распространенными способами консервирования водных экстрактов является стерилизация, замораживание и сушка. Замораживание с последующим низкотемпературным хранением обеспечивает высокую степень качества продукции, однако это энергоемкий и достаточно сложный технологический процесс. Высушивание водных растворов с помощью распылительной или сублимированной (лиофильной) сушки имеет определенные преимущества перед другими методами, поскольку мгновенное удалении влаги, при сравнительно невысокой температуре высушивания, позволяет на долгое время сохранить нативную ценность продуктов без применения консервантов.
Исследование влияния методов консервирования на эмульсионные свойства концентрата при хранении проводили в течение 24 месяцев. Замороженные и стерилизованные экстракты хранили при температуре –18оС, высушенные сублимированной сушкой - при комнатной температуре. Как показали результаты исследований, в течение 18 месяцев хранения, независимо от способа консервирования, эмульгирующие свойства водных экстрактов корней S. officinalis практически не менялись (таблица 9).
Таблица 9 - Пенообразующая и эмульгирующая способности экстрактов корней
S. officinalis в зависимости от способа консервирования *
| Наименование способа консервирования | Хранение, мес. | ПС, % | Уп, % | ЭС | СЭ, % |
| Свежеприготовленный | 0 | 590 | 98,3 | 10,0 | 100 |
| Замороженный | 12 | 580 | 98,2 | 10,0 | 100 |
| 18 | 580 | 98,2 | 9,8 | 99,6 | |
| 24 | 540 | 94,4 | 9,1 | 94,8 | |
| Стерилизованный | 12 | 580 | 98,2 | 10,0 | 100 |
| 18 | 580 | 98,2 | 10,0 | 99,8 | |
| 24 | 540 | 94,4 | 9,8 | 95,5 | |
| Высушенный | 12 | 590 | 98,3 | 10,0 | 100 |
| 18 | 590 | 98,3 | 9,8 | 99,7 | |
| 24 | 580 | 98,2 | 9,8 | 94,8 |
Массовая доля растворимых сухих веществ анализированных экстрактов составила 5%.
Все экстракты сохраняли в течение 18 месяцев высокие функциональные свойства, что свидетельствует о незначительном гидролизе сапонинов в процессе хранения. Увеличение сроков хранения до 24 месяцев приводило к снижению устойчивости образованных эмульсий. Полученные данные дают основание хранить экстракты корней S. officinalis в течение 18 месяцев независимо от способа его консервирования.
По результатам микробиологических исследований установлены гарантийные сроки хранения экстрактов - 12 месяцев. Полученные экспериментальные данные легли в основу разработки нормативной документации на весь ассортимент экстрактов, утвержденной в установленном порядке.
Разработка установки для комплексной переработки корней S. officinalis. На основе полученных результатов исследований была разработана установка производства концентрированных экстрактов из корней S. officinalis. Предлагаемая установка состоит из отдельных, связанных между собой периодически действующих аппаратов и рассчитана на переработку небольших партий сырья. Ее конструктивное решение позволяет вести гидромеханическую обработку сырья, технологический процесс экстрагирования методами настаивания или реперколяции, а также осуществлять концентрирование разбавленных экстрактов методом нанофильтрации. Схема предусматривает сушку экстрактов и утилизацию отходов.
Основными достоинствами конструктивного решения предлагаемой установки являются активное противоточное циркулирование экстрагента, непрерывность процесса с возможностью гибкого перехода от одного вида экстракции к другому, полная автоматизация процесса и малые габариты, позволяющие использование ее на предприятиях малого и среднего бизнеса.
Комплексная переработка корней S. officinalis на данной установке, позволяет организовать экологически чистое, безотходное производство, в процессе которого получается комплекс продуктов, а именно: измельченный корень; экстракт, концентрат экстракта в жидком или сухом виде и органо-минеральное гранулированное удобрение.
Глава 5. Научное обоснование технологии низкокалорийных эмульсионных продуктов на основе экстрактов сапонинов
Эмульсионные продукты являются перспективными видами продуктов питания и занимают одно из ведущих положений на мировом рынке. Возможность введения специфических добавок позволяет получать на их основе различные виды функциональных продуктов питания, обогащенных необходимыми для нормальной жизнедеятельности человека микронутриентами. Были разработаны технологии различных видов функциональных низкокалорийных эмульсионных продуктов на основе экстрактов корней A. gypsophiloides, S. officinalis и смешанного эмульгатора на основе экстрактов A. gypsophiloides и G. glabra. Для разработки композиций овощных соусов, десертных, закусочных паст и кондитерских кремов, обогащенных необходимыми для нормальной жизнедеятельности человека микронутриентами, в качестве ингредиентов были использованы фруктово-ягодные, овощные и белковые наполнители.
К растительным эмульгаторам на основе сапонинсодержащего сырья, как и к пищевым добавкам, должны предъявляться требования их безопасного использования. Согласно нашим данным сапонины водного экстракта S. officinalis и A. gypsophiloides относятся к малотоксичным веществам, поскольку при однократном пероральном введении 1,75 г/кг не проявляют острой токсичности. В расчете на среднюю массу тела человека (70 кг) это доза составляет 122 г одновременного попадания экстракта в желудочно-кишечный тракт.
При разработке различных рецептур эмульсионной продукции на основе сапонинов учитывали вышеприведенные данные. В зависимости от консистенции эмульсионных продуктов в рецептурах использовали от 1 до 3% (объемных или весовых) 7%-го экстракта корней мыльнянки или колючелистника, что составляло 0,07–0,2 г. сухих веществ экстракта на 100 грамм продукта. Эта количество соответствовало допустимой норме экстракта A. gypsophiloides, разрешенного в качестве классического пенообразователя при производстве халвы.
Для приготовления эмульсионной продукции было использовано два подхода, в зависимости от вида продукции: фиксированный объем 7%-го экстракта сапонинов и растительного масла взбивали с помощью гомогенизатора до образования устойчивой эмульсии. С целью создания воздушной структуры кондитерских кремов фиксированный объем 7%-го экстракта сапонинов предварительно взбивали с помощью гомогенизатора до устойчивой пены, затем тонкой струйкой вводили растительное масло и гомогенизировали до получения устойчивой эмульсии. Наполнители и вкусо-ароматические добавки смешивали с эмульсией и повторно гомогенизировали до получения однородной консистенции. Загуститель вводили на последнем этапе получения эмульсии, что способствовало получению нужной консистенции готового продукта.
Для обоснования возможности использования растительных сапонинов образовывать устойчивые эмульсионные продукты различной консистенции, был разработан широкий ассортимент низкокалорийной продукции, структура которой значительно различалась в зависимости от массовой доли введенных в рецептуру стабилизаторов и наполнителей. Были разработаны и исследованы структурно-механические свойства следующих видов продукции:
- низкокалорийные эмульсионные соусы, которые имели жидкую консистенцию за счет введения в рецептуру незначительных количеств загустителя (модифицированного крахмала) и наполнителя (сухого молока);
- овощных и фруктовых соусов, представляющих собой продукт средний по густоте консистенции;
- десертных и закусочных паст плотной консистенции за счет введения в рецептуру стабилизатора (модифилана или ламиналя) и наполнителя (пасты кедровых орехов и сухого молока). Дополнительное введение эмульгатора (3% ЭКК) способствовало формированию пластичной консистенции продуктов.
Влияние различных факторов на стабильность низкокалорийных эмульсий на основе экстрактов сапонинов. Стабильность эмульсий - термодинамически неустойчивых и способных к самоагрегации систем, зависит от многих факторов, среди которых одним из основных является степень дисперсности системы и однородность размеров частиц дисперсной фазы. При производстве низкокалорийных эмульсий особое значение отводится процессу диспергирования – мелкодисперсные системы обладают большей вязкостью и устойчивостью к расслоению. Поскольку высокомолекулярные ПАВ обладают низкой скоростью адсорбции на поверхности раздела фаз, то интенсивное механическое воздействие может препятствовать образованию достаточно прочного адсорбционного слоя, тем самым, снижая стабильность эмульсий. В связи с этим выбор оптимальных режимов механического воздействия (гомогенизации) является одним из основных факторов при производстве эмульсионных продуктов на основе сапонинов.
Особое внимание было уделено изучению способности экстракта сапонинов образовывать однородные мелкодисперсные и стабильные эмульсионные системы при рациональных режимах диспергирования – скорости гомогенизации, температуры и рН среды.
Установлено, что дисперсность и стабильность модельной системы (экстракт сапонинов-масло) зависели от скорости взбивания. При скорости 300 и 600 об/мин происходило образование крупно дисперсных неустойчивых систем с размером частиц 20-28 мкм, расслоение которых наблюдалось через 5-10 мин после завершения процесса диспергирования. При скорости взбивания 1500-3000 об/мин образовывались однородные мелкодисперсные и стабильные капли со средним размером частиц 4-6 мкм. Высокая скорость гомогенизации (5000 об/мин) приводила к расслоению эмульсии, что характерно для эмульсий на основе высокомолекулярных ПАВ. Скорость гомогенизации существенно изменяет микроструктуру эмульсий (рисунок 17).
| А | В | С |
Рисунок 17 – Микроструктура модельной системы экстракт сапонинов -масло при различной скорости гомогенизации: А - 1200 об/мин, В – 3000 об/мин при 22С; С - 3000 об/мин при 8С. Микрофотографии выполнены на оптическом микроскопе МС 10 (MICROS, Австрия) с цифровой видеокамерой САМ 1800 (VISION, Австрия).
При частоте вращения ротора 1200 об/мин эмульсия представляет собой неоднородную систему с крупными каплями масла и пузырьками воздуха. Увеличение скорости до 3000 об/мин приводит к образованию мелкодисперсной эмульсии с равномерным распределением однородных по размерам частиц по всему объему. Изменение температуры при гомогенизации (в интервале 6-8; 20-22 и 28-30С) практически не изменяло микроструктуру эмульсий и ее стабильность, но снижало точку инверсии - количество масла, связанного одним граммом сухого экстракта.
Технология и оценка качества закусочных и десертных паст. При разработке рецептур оптимальное количество вводимых наполнителей подбирали экспериментально, учитывая консистенцию, внешний вид и вкус эмульсионного продукта. Было найдено, что введение 40 – 50% наполнителя для фруктово-овощных пюре и 10% для кедровых орехов позволило придать продуктам приятный специфически выраженный вкус. Поскольку консистенция эмульсионных продуктов зависела от влажности входящих в рецептуры наполнителей, то для достижения необходимых структурно-прочностных свойств необходимо было добавлять различное количество стабилизатора-загустителя. Так, вкусовые наполнители из фасоли и гороха (влажность 50%) сами обладали стабилизирующим действием и не требовали дополнительного введения стабилизаторов. Несмотря на то, что овощные пюре являются стабилизаторами за счет присутствия пектинов, однако из-за повышенной влажности (60-65%) следовало добавить загуститель (6% рисового пюре). При использовании плодово-ягодного пюре с влажностью 88-90% для связывания избыточной влаги вводили крахмал или сухое молоко (1-3%). Для увеличения плотности закусочных и десертных паст в рецептуру был введен стабилизатор (модифилан/ламиналь). Рецептуры фруктовых соусов были разработаны на основе комплексного эмульгатора. Поскольку сладкий вкус солодки хорошо сочетается с плодово-ягодными пюре в рецептуре было снижено количество сахара.
В результате был разработан широкий ассортимент функциональной продукции (более 40 наименований), в частности:
- овощные соусы - “Морковный”, “Свекольный”, “Тыквенный”, “Вегетарианский”, “Овощной”, “Горошинка”, “Фасолинка” и др. с содержанием наполнителя до 43% и загустителя – до 6%;
- сладкие фруктово-овощные соусы - “Витаминный”, “Янтарный”, “Нежность”, “Ягодка” с содержанием наполнителя до 44% и загустителя – 1%;
- пасты десертные - шоколадно-ореховая, сливочно-ореховая и фруктово-овощная с содержанием наполнителя 19-32% и стабилизатора 8-12%;
- пасты закусочные – из баклажан и из молок лососевых рыб с содержанием наполнителя 40-45% и стабилизатора 10-12%.
- низкокалорийные эмульсионные соусы - “Славянский”, “Деревенский» и “Томатный”, содержащие 3% загустителя (крахмала) и 5% наполнителя (сухого молока).
Уксусная кислота (80 %), лимонная кислота, соль, ванилин и горчичный порошок были введены в рецептуры в соответствии с разработанной нами нормативной документацией.
Пищевая и биологическая ценность продуктов являлась одним из основных показателей качества, так как определяла степень соответствия продуктов питания оптимальным потребностям организма человека согласно физиологическим нормам и гарантирует их пищевую безвредность и безопасность. В этой связи особую значимость представляет оценка биологической ценности и калорийности готового продукта.
Биологическая ценность разработанной продукции обусловлена химическим составом используемого сырья. Так, функциональные свойства десертным пастам придает содержащийся в орехах комплекс ценнейших биологически активных веществ, таких как ПНЖК, легко усвояемые белки, витамины и микроэлементы. Кроме этого добавление кедровых орехов в виде пасты за счет увеличения доли белка и жира повышает калорийность продукта до 524 – 533 ккал/100 г по сравнению с фруктово-овощной пастой (430 ккал/100 г продукта). Калорийность закусочных паст находилась в пределах 380,8 - 438,8 ккал на 100 г продукта, что соответствует значениям для низкокалорийных эмульсионных продуктов.
Биологическую ценность закусочных паст определяли по биотесту на культуре Tetrachymena pyriformis (по отношению к стандартному белку - казеину молока). Паста, в составе которой в качестве наполнителя содержатся молоки дальневосточных лососевых рыб, имела более высокое значение ОБЦ (85,9%) по сравнению с пастой из баклажан (63,5%), что связано с высоким содержанием в молоках белка (22,1%), ДНК (9,8%) и других биологически активных веществ.
Лечебные и профилактические свойства фруктово-овощной пасты обусловлены включением в рецептуру пюре из тыквы и яблок, содержащих -каротин, пектиновые вещества и пищевые волокна. Введение в рецептуру модифилана позволило обогатить продукты органическим йодом, предупреждающим развитие заболеваний щитовидной железы. Содержание йода в десертных пастах составляло в среднем 1,8-2,0 мг на 100 г продукта, следовательно, 10 г пасты в рационе питания удовлетворяет суточную потребность организма в йоде.
Стабильность полученных эмульсионных продуктов в процессе хранения определяли при температуре 0-5°С по физико-химическим, органолептическим и микробиологическим показателям качества. В результате сроки хранения составили от 6 до 10 дней для закусочных и десертных паст, до 20 дней – для овощных соусов в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01.
Результаты микробиологических исследований доказывают, что введение в рецептуры растительных сапонинов позволяет увеличить сроки хранения эмульсионной продукции и сохранить устойчивость и однородность структуры в течение всего срока хранения. Это, по-видимому, объясняется антидрожжевой активностью сапонинов. Следовательно, используемый в качестве эмульгатора сапонинсодержащие водные экстракты корней A. gypsophiloides и S. officinalis может являться естественным природным консервантом для эмульсионной продукции нового ассортимента.
Технология и оценка качества кондитерских кремов. Традиционно высокая доля кондитерских изделий в рационе питания населения является одной из основных причин избыточного потребления жиров с повышенным содержанием насыщенных жирных кислот. В связи с наблюдаемой тенденцией к снижению жира в рационе питания, возникла необходимость значительного снижения калорийности кондитерских кремов. Это было достигнуто путем замены традиционно используемого сливочного масла на растительные масла. Применение растительного эмульгатора и подбор наполнителей позволил уменьшить его количество в рецептурах до 40% без снижения вкусовых качеств и консистенции традиционных кондитерских кремов. При выборе жировой основы учитывали жирно-кислотный состав, физико-химические свойства и органолептические показатели качества различных масел. Массовые доли ПНЖК рассчитывали, исходя из соотношения -6 и -3 жирных кислот в растительных маслах. В качестве жировой основы были подобраны смеси рафинированных соевого, подсолнечного и оливкового масел в различных соотношениях. В качестве стабилизаторов были выбраны полуфабрикаты (сиропы «Шарлотт», «Гляссе», «Заварной полуфабрикат»), которые широко используются в общественном питании для производства кремов. Для придания кремам функциональных свойств, обеспечивающих содержание биологически активных веществ до уровня, сопоставимого с физиологическими нормами их потребления, в рецептуру были введены различные ягодные (черносмородиновое, голубичное, малиновое, брусничное и др.) и овощные (тыквенное) пюре. Используемое овощное и фруктово-ягодное пюре позволило также получить необходимый цвет продукта без применения искусственных красителей. Все разработанные кондитерские кремы имели высокие органолептические показатели качества.
Энергетическая ценность кондитерских кремов составила 440-490 ккал/100 г продукта, что позволило отнести их к низкокалорийным эмульсионным продуктам. Пищевую ценность готовых продуктов оценивали с помощью тест культуры инфузории T. pyriformis, рассчитывая ОБЦ кремов по отношению к казеину. Несмотря на низкое содержание белка (1,02 – 2,82%), все кремы имели высокие показатели биологической ценности (78,7 - 98,7%). Таким образом, комплекс биологически активных веществ, входящих в состав кремов, в максимальной степени отвечает требованиям теории адекватного питания.
Следует отметить, что в состав кремов за счет включения в рецептуру пюре из плодов и ягод входят необходимые для нормальной жизнедеятельности организма человека микроэлементы и витамины, указанных на рисунках 11-12. Соотношение Ca:Mg и Ca:P максимально приближено к оптимальным (1:0,75 и 1:1,5. соответственно), а содержание основных витаминов А, В1, В2, С, Е и РР составляет 1; 3; 4; 30 и 24,4 %, что соответствует среднесуточной физиологической норме потребления. Таким образом, разработанные кремы можно отнести к функциональным продуктам, так как содержание в их составе биологически активных веществ обеспечивает удовлетворение средней суточной физиологической нормы их потребления на 10 - 50% (рисунки 18 и 19).
 |  |
| Рисунок 18 - Содержание минеральных элементов в 100 г крема «Лакомка», % суточной нормы потребности | Рисунок 19 - Содержание витаминов в 100 г крема «Лакомка», % суточной потребности |
Обобщенные данные по оценке опытных образцов кремов в процессе хранения свидетельствуют о том, что по комплексу микробиологических, физико-химических и органолептических показателей качества их стабильность сохраняется в течение 18-20 суток при температуре 0 - 50С. Однако контрольный образец крема «Шарлотт», в качестве жировой основы которого использовалось сливочное масло, выдержал только трое суток хранения. При дальнейшем его хранении наблюдалось увеличение количества дрожжей до 40 КОЕ/г. Несмотря на то, что кремы, изготовленные на основе экстракта сапонинов, сохраняли качество по физико-химическим и микробиологическим показателям не менее 18 суток, для обеспечения полной безопасности в нормативной документации был принят срок хранения – 10 суток.
Структурно-механические свойства низкокалорийных эмульсионных продуктов на основе растительного эмульгатора. Следует отметить, что производство эмульсионных продуктов связано с проблемой сохранения структурных свойств, поскольку снижение жировой фазы приводит к значительному уменьшению вязкости и слабой устойчивости эмульсионной системы. В связи с этим, нами были проведены исследования структурно-механических свойств эмульсионной продукции различного ассортимента, изготовленных на основе экстракта сапонинов в процессе их производства и структурообразования. Для этой цели был проведен анализ реологических параметров и прочностных свойств полученных низкокалорийных продуктов, консистенция которых значительно различалась в зависимости от массовой доли добавленных в рецептуру наполнителей – овощного соуса и десертной ореховой пасты.
Структурно-механические характеристики эмульсионных продуктов коррелировали с органолептическими показателями качества: десертная паста имела кремообразную консистенцию, хорошо сохраняла свою форму и обладала хорошей пластичностью. Низкокалорийный эмульсионный соус представлял собой стабильную (агрегативная устойчивость 100%) систему с консистенцией, свойственной данному виду продуктов. Овощной соус имел мажущуюся, пластичную консистенцию, менее плотную, чем крем-паста.
В качестве объективных критерий были выбраны наиболее важные реологические характеристики, служащие для оценки прочности эмульсионной структуры: зависимость эффективной вязкости от градиента скорости в системе двойных логарифмических координат (рисунок 20), предельное напряжение сдвига (ПНС, Па), значения пластической вязкости (пл, Па.с), коэффициента консистенции (В - эффективная вязкость при скорости сдвига 1 с-1,) и индекса течения (n) (таблица 13).
Таблица 13 - Коэффициенты уравнения Гершеля-Балкли для эмульсионных систем в процессе хранения
| Продолжительность хранения, час | ПНС, Па | Пластическая вязкость пл, Па.с | Эффективная вязкость В, Па.с | Индекс течения, n |
| Низкокалорийный эмульсионный соус | ||||
| 1 | 5,3 | 0,285 | 0,523 | 0,464 |
| 24 | 8,2 | 0,529 | 0,825 | 0,344 |
| Овощной соус | ||||
| 1 | 13,8 | 1,855 | 1,292 | 0,306 |
| 2 | 10,5 | 0,847 | 0,979 | 0,349 |
| 24 | 5,0 | 0,607 | 0,809 | 0,487 |
| Десертная паста | ||||
| 1 | 75,0 | 21,755 | 2,632 | 0,113 |
| 2 | 123,0 | 0,747 | 2,474 | 0,076 |
| 24 | 92,0 | 0,561 | 2,081 | 0,091 |
Рассматриваемые эмульсионные системы проявляли различную тенденцию к структурообразованию в процессе созревания. Так, вязкость низкокалорийного эмульсионного соуса возрастала со временем, что характерно для систем типа майонез. Об упрочнении его структуры свидетельствует увеличение значений ПНС, коэффициента консистенции и уменьшение величины индекса течения. В отличие от низкокалорийного эмульсионного соуса, овощной соус и десертная паста проявляли тенденцию к размягчению структуры, поскольку со временем наблюдалась обратная зависимость выше перечисленных показателей. Уменьшение вязкости, по-видимому, может быть вызвано высокой степенью влажности используемых наполнителей (влажность овощного соуса составляла 65%, десертной пасты кедрового ореха – 9%, модифилана – 92%). Частичное разрушение структуры со временем за счет дополнительной влаги сопровождалось увеличением пластичности систем, что подтверждено органолептическими показателями качества. Для десертной пасты также наблюдалось снижение липкости.
В результате исследований установлено, что водный экстракт сапонинов из корней S. оfficinalis, способный образовывать устойчивые эмульсии в широком диапазоне эффективной вязкости – от 2,4 до 2320 Пас, может быть перспективным эмульгатором для получения низкокалорийных эмульсионных продуктов с различными структурно-механическими характеристиками. Пищевые системы на его основе обладают вязкостными и прочностными параметрами, значения которых соизмеримы с таковыми для подобного типа эмульсионных продуктов, полученных на основе традиционных эмульгаторов – сывороточных белков и яичного порошка.
 А |  В |
 С | Рисунок 20 - Зависимость эффективной вязкости низкокалорийного майонеза (А), овощного соуса (В) и десертной пасты (С) от напряжения сдвига в процессе созревания системы: 1 – 1 час; 2- 2 часа; 3- 24 часа. |
Таким образом, выявлена различная тенденция структурообразования в процессе созревания – у жидких соусообразных эмульсионных систем со временем наблюдалось формирование прочной структуры, в то время как у вязких пастообразных продуктов происходило увеличение пластичности и снижение липкости.
Выводы
1. В результате проведенного поиска были выбраны перспективные источники природных эмульгаторов (сапонинов) - корни Acanthophyllum gypsophiloides и Saponaria officinalis, водные экстракты которых обладали высокими функциональными свойствами. Показана нецелесообразность использования корней Aralia mandshurica, и Glycyrrhiza glabra, а также листьев и стеблей S. officinalis из-за низкой функциональной активности их экстрактов. Исходя из химической структуры исследуемых сапонинов, можно предположить, что величина гидрофильно-липофильного баланса (ГЛБ) сапонинов оказывает существенное влияние на поверхностную активность экстрактов.
2. Выявлено, что доминирующими компонентами экстрактов корней A. gypsophiloides и S. officinalis являются высокополярные сапонины, имеющие одинаково низкий уровень гемолитической активности и подобные значения минимального снижения поверхностного натяжения (54-58 мН/м), характерные для достаточно высоко активных ПАВ.
3. Результаты медико-биологических исследований позволили отнести экстракты колючелистника A. gypsophiloides и красного мыльного корня S. officinalis к малотоксичным веществам. Сохранение показателей периферической крови и отсутствие морфологических изменений внутренних органов при длительном пироральном применении экстрактов позволяет рекомендовать их к использованию в пищевой промышленности.
4. Экспериментально доказана перспективность культивирования корней двух видов S. officinalis в почвенно-климатических условиях Приморского края и экспериментально установлен оптимальный срок выращивания растений – 2 года. Соизмеримо высокие мицеллярные и функциональные характеристики экстрактов 2-х и 3-х летних корней подтверждают возможность сокращения срока культивирования. Выявлена различная гемолитическая активность экстрактов в зависимости от вегетативного цикла развития растения, что позволяет расширить область их применения. Корни осеннего сбора, экстракты которых обладают низкой гемолитической активностью, рекомендуется использовать для получения растительного эмульгатора. Для медицинских и косметических целей заготовку корней необходимо осуществлять в фазе бутонизации.
5. Результаты исследования физико-химических, мицеллярных и функциональных свойств экстрактов двух видов корней S. officinalis доказали перспективность использования экстрактов корней махрового вида в качестве эффективного эмульгатора, не уступающего по мицеллярным параметрам коммерческому quillaja сапонину.
6. Выявлены закономерности в изменении величины ККМ сапонинов двух видов S. officinalis в зависимости от кислотности среды и концентрации соли. Снижение величины ККМ в кислой среде (при рН 3.0) и в присутствии соли (1 М NaCl) позволяет модифицировать технологию приготовления эмульсий путем варьирования данных показателей.
7. Обнаруженная антиоксидантная активность и гипохолестеринемическое действие экстрактов корней S. officinalis дают основание использовать их в качестве полифункциональной пищевой добавки, способной одновременно выполнять роль эмульгатора, антиоксиданта и снижать уровень холестерина в крови.
8. Установлена способность неполярных сапонинов корней S. officinalis ингибировать рост дрожжей и патогенных грибов, что позволяет рассматривать их в качестве потенциальных антифунгальных препаратов.
9. Экспериментально обоснованы рациональные параметры сушки корней S. officinalis в естественных условиях и различных установках конвективного типа. Показано, что сушка в кипящем слое позволяет максимально сохранить функциональную активность экстрактов.
10. Оптимизирован процесс экстракции сапонинов из корней S. officinalis методами настаивания и реперколяции. Экспериментально обоснованы режимы батарейной экстракции, обеспечивающие получение жидких и концентрированных высокоэффективных экстрактов корней S. officinalis. Экспериментально показана возможность получения высококонцентрированных экстрактов методом ультрафильтрации.
11. Разработана и запатентована установка для комплексной переработки корней S. officinalis, конструктивное решение которой позволяет осуществлять: гидромеханическую обработку сырья, экстракцию методами настаивания или реперколяции, концентрирование экстрактов методом нанофильтрации, сушку экстрактов и утилизацию отходов.
12. Научно обоснованы и разработаны технологии и рецептуры различных видов функциональных низкокалорийных эмульсионных продуктов - овощных соусов, десертных и закусочных паст с использованием эмульгатора на основе растительных сапонинов.
13. В результате комплексного подхода к выбору ингредиентов с заданным составом нутрицевтиков обоснованы и разработаны технология и рецептуры кондитерских кремов функционального назначения с использованием эмульгатора на основе растительных сапонинов.
14. Определено, что разработанный ассортимент функциональной продукции обладает высокой пищевой и биологической ценностью. Оптимальная продолжительность сроков хранения всех видов продукции на основе растительного эмульгатора обоснована по динамике органолептических, физико-химических и микробиологических показателей качества.
15. Экспериментально доказано, что растительный эмульгатор способен образовывать устойчивые эмульсии в широком диапазоне эффективной вязкости – от 35 до 2320 Пас и может быть рекомендован для получения низкокалорийных эмульсионных продуктов с различными структурно-механическими характеристиками. Установлено, что в процессе созревания пастообразных эмульсионных систем происходило увеличение пластичности и снижение липкости продуктов.
16. На разработанный ассортимент эмульсионной продукции утверждена нормативная документация.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:
Разделы в коллективных монографиях:
1. Саватеев, Е.В. Использование биологически активных веществ растений для создания функциональных продуктов питания / Е.В.Саватеев, Т.П.Юдина, Е.И.Черевач. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2007. – 192с.
2. Юдина, Т.П. Использование растительных сапонинов в качестве пищевых эмульгаторов / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Э.С.Гореньков. –Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2007. – 176с.
Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах:
3. Юдина, Т.П. Применение растительных эмульгаторов в производстве эмульсионной продукции / Т.П.Юдина, И.Н.Никитина, Е.И.Цыбулько, О.И.Иванова, И.В.Курганова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 1997. – № 6. – С. 36-37.
4. Юдина, Т.П. Изменение качества эмульсионной орехово-шоколадной пасты «Белочка» при хранении / Т.П.Юдина // Пищевая промышленность. – 1999. – №9. – С. 12-14.
5. Юдина, Т. П. Поиск антиоксидантов в экстрактах корней колючелистника / Т.П.Юдина., Н.П.Мищенко, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова, Е.И.Черевач // Вопросы питания. – 2004. – № 2. – С. 32-33.
6. Юдина, Т.П. Об антиоксидантной и антирадикальной активности Saponaria officinalis L. флоры Приморского края / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова, Н.П.Мищенко, Ю.В.Бабин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2004. – № 2. – С. 32-35.
7. Юдина, Т.П. Кремы функционального назначения с эмульгатором из корней мыльнянки / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин // Кондитерское производство. – 2004. – № 3. – С. 2-3.
8. Макарова, Е.В.Оптимизация процессов экстрагирования при получении ингредиентов из растительного сырья / Е.В.Макарова, Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин // Пиво и напитки. – 2004. – № 5. – С. 40-42.
9. Юдина, Т.П. Гиполипидемическое действие водного экстракта колючелистника / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин, А.В.Кропотов, Н.В.Плаксен, Н.С.Хильченко // Вопросы питания. – 2005. – № 4. – С. 31-32.
10. Юдина, Т.П. Формирование структуры эмульсионных продуктов при использовании растительных экстрактов и гидроколлоидов / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2006. – №4. – С. 34-36.
11. Юдина, Т.П. Анализ экстрактов сапониноносных растений семейства гвоздичных Acanthophyllum gypsophiloides Saponaria officinalis / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2006. – №10. – С. 29-30.
12. Юдина, Т.П. Инновационность и экономическая привлекательность эмульгаторов на основе корней мыльнянки / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, К.И.Сафонова, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько // Масложировая промышленность. – 2006. – № 5. –С. 30-31.
13. Юдина, Т.П. Исследование реологических свойств экстрактов сапонинсодержащих растений, используемых для формирования структуры пищевых эмульсий / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2006. – №4. – С. 62-65.
14. Сафонова, К.И.Эмульгаторы на основе корня мыльнянки / К.И.Сафонова, Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько // Масложировая промышленность. – 2006. – №4. –С. 20-21.
15. Юдина, Т.П. Эмульсионная паста функционального назначения / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин // Рыбная промышленность. – 2006. – №3. – С. 32-33.
16. Юдина, Т.П. Определение токсичности растительного эмульгатора – водного экстракта из корней колючелистника / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин, А.В.Кропотов, Н.В.Плаксен, Н.С.Хильченко // Вопросы питания. – 2006. – № 4. – С. 50-52.
17. Юдина, Т.П. Оптимизация состава и структуры кремов функционального назначения с использованием эмульгатора из корней мыльнянки / Т.П.Юдина // Известия вузов. Пищевая технология. – 2006. – № 6. – С. 51-53.
18. Юдина, Т.П. Мицеллярные свойства сапонинов из корней Saponaria officinalis L. культивированной на территории Приморского края / Т.П.Юдина // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. – № 4. – С. 33-35.
19. Юдина, Т.П. Технологические режимы гидромеханической обработки корней культивированной Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. – №12. – С.39-41.
20. Юдина, Т.П. Гиполипидемическое действие водного экстракта из корней интродуцированной мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Е.В.Масленникова, Н.В.Плаксен, Н.С.Хильченко // Известия вузов. Пищевая технология. – 2007. – № 4. –С. 61-63.
21. Юдина, Т.П. Определение токсичности растительного эмульгатора - водного экстракта из корней мыльнянки лекарственной Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Е.В.Масленникова, Н.В.Плаксен, Н.С.Хильченко // Известия вузов. Пищевая технология. – 2007. –№ 5-6. – C. 28-29.
22. Юдина, Т.П. Характеристика малотоннажной установки для экстракции сапонинов из корней мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова, Е.В.Масленникова, В.А.Голованец // Известия вузов. Пищевая технология. – 2007. –№ 5-6. – С. 74-76.
23. Юдина, Т.П. Исследование процессов экстракции сапонинов из корней мыльнянки Saponaria / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова, Е.В.Масленникова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. –№ 10. –С. 21-23.
24. Юдина, Т.П. Изучение влияния способов консервирования экстрактов сапонинов на функциональные свойства / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Бабин, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2007. –№ 12. – C. 39-41.
25. Юдина, Т. П. Гиполипидемическое действие комплексного эмульгатора, содержащего водоросль ламиналь и водный экстракт из корней мыльнянки Saponaria officinalis L., в эксперименте на крысах / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Е.В.Масленникова, Н.В.Плаксен, Н.С.Хильченко // Вопросы питания. – 2008. – Т. 77, № 2. – С.76-79.
26. Юдина, Т.П. Изучение режимов сушки корней мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Ю.В.Бабин, Т.А.Сидорова, И.С.Баркулова, В.О.Дурново, Е.В.Масленникова, Э.С.Гореньков, В.А.Голованец // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2008. – № 2. – С. 38-41.
Работы, опубликованные в сборниках статей и периодических изданиях
27. Юдина, Т.П. Исследование возможности применения растительных эмульгаторов при производстве эмульсионной продукции / Т.П.Юдина, О.И.Иванова, И.В.Курганова, Е.И.Цыбулько // Сборник статей Института экологии человека. – Москва, 1998. – С. 48-50.
28. Юдина, Т.П. Антиоксидантная и антирадикальная активность сапонинсодержащего сырья, используемого в производстве растительных эмульгаторов / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин // Современные наукоемкие технологии. – 2004. № 2. – С. 77-78.
29. Цыбулько, Е.И. Комплексный эмульгатор-стабилизатор с широким спектром физиологического действия / Е.И.Цыбулько, Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Черевач // Современные наукоемкие технологии. – 2004. – № 2. – С. 78-79.
Работы, опубликованные в материалах международных, всероссийских, региональных симпозиумов и конференций
30. Юдина, Т.П. Здоровые продукты с использованием растительного лекарственного сырья / Т.П.Юдина, Л.Ю.Савватеева, Е.И.Цыбулько, Н.Т.Пехтерева // III Международный симпозиум «Экология человека. Проблемы и состояние лечебно-профилактического питания». – Москва, 1994. – С. 97.
31. Юдина, Т.П. Пути расширения ассортимента эмульсионных продуктов / Юдина Т.П., Парфенова Т.В., Цыбулько Е.И., Туезова В.Е., Никитина И.Н.// Международная конференция «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК».- Москва, 1995. – С. 76-77.
32. Юдина, Т.П. Диетические эмульсионные продукты / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.К.Строева, Т.В.Парфенова, О.И.Иванова, И.Н.Никитина // Международная научная конференция «Проблемы питания на Украине». – Киев, 1995. – С. 89.
33. Юдина, Т.П. Ореховые пасты для лечебно-профилактического питания / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, И.Н.Никитина, О.И.Иванова, Т.В.Парфенова // Научно-практическая конференция «Медико-биологические аспекты рационализации питания населения на Дальнем Востоке». – Владивосток, 1995. – С. 164.
34. Юдина, Т.П. Эмульсионные продукты из растительного сырья / Т.П.Юдина, Т.В.Парфенова, Е.И.Цыбулько, И.Н.Никитина, О.И.Иванова // Международная научно-техническая конференция «Пища. Экология. Человек». – Москва, 1995. – С. 302.
35. Юдина, Т.П. Современное состояние рынка эмульсионной продукции / Т.П.Юдина, О.И.Иванова, И.В.Курганова, Е.И.Цыбулько, И.Н.Никитина // Международная научно-практическая конф. «Инфраструктура рынка: проблемы и перспективы». – Ростов-на-Дону, 1997. – С. 69.
36. Юдина, Т.П. Исследование возможности применения растительных эмульгаторов при производстве эмульсионной продукции / Т.П.Юдина, О.И.Иванова, И.В.Курганова, Е.И.Цыбулько // V Международный симпозиум «Экология человека: пищевые продукты и технологии на пороге XXI века». – Москва, 1997. – С. 132.
37. Юдина, Т.П. Комплексное использование растительных эмульгаторов и гидроколлоидов из морских водорослей для создания пищевых эмульсий / Т.П.Юдина, О.И.Иванова, Е.И.Цыбулько // Международный симпозиум «Питание XXI века: медико-биологические аспекты, пути оптимизации». – Владивосток, 1999. – С. 77-78.
38. Юдина, Т.П. Влияние сапонинсодержащих экстрактов на реологические показатели пищевых эмульсий / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, О.И.Иванова // Международная научно-практическая конференция «Человек – экология - культура на пороге XXI века». – Находка, 2000. – С. 17.
39. Юдина, Т.П. Разработка новых эмульсионных продуктов на основе растительного комплекса / Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, О.И.Иванова // Международный симпозиум «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке». – Владивосток, 2000. – С. 167-169.
40. Юдина, Т.П. Эмульгирующие свойства экстракта корня мыльнянки / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Т.А.Ершова // Межрегиональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы качества: теория и практика». – Владивосток, 2001. – С. 70.
41. Юдина, Т.П. Технология эмульсионной продукции на основе растительных эмульгаторов / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Е.В.Макарова, Т.А.Ершова, О.В.Пермякова // Международная конф. «В XXI век с натуральными продуктами питания». – Санкт-Петербург, 2001. – С. 409-413.
42. Юдина, Т.П. Влияние биологически активных добавок на стойкость в хранении десертных крем-паст на основе растительных эмульгаторов / Е.В.Макарова, Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова // III Международная научно-техническая конференция «Техника и технология пищевых производств». – Могилев: Беларусь, 2002. – С. 302.
43. Юдина, Т.П. Повышение стабильности в хранении эмульсионных продуктов за счет использования эмульгаторов растительного происхождения / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова, Е.И.Черевач // Науч.-техн. конф. «Технологии живых систем». – Москва, 2002. – С. 42-43.
44. Юдина, Т.П. Использование модифилана в составе комплексного эмульгатора-стабилизатора / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько // 1-ая Международная конференция «Морские прибрежные экосистемы: водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки». – Москва–Голицыно, 2002. – С. 77-78.
45. Юдина, Т.П. Пищевые эмульсии функционального назначения: эмульгатор-стабилизатор для их производства / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Т.А.Ершова, Е.И.Черевач // Международный симпозиум «Федеральный и региональный аспекты политики здорового питания». – Кемерово, 2002. – С. 202-211.
46. Юдина, Т.П. Оптимизация состава и изучение функциональных свойств комплекса эмульгатор-стабилизатор с широким спектром физиологического действия / Т.П.Юдина // Научно-техническая конференция «Технологии живых систем». – Москва, 2003. – С. 101-106.
47. Юдина, Т.П. Разработка технологии десертной эмульсионной продукции функционального назначения на основе комплекса эмульгатор-стабилизатор / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач // Научно-техническая конференция «Технологии живых систем». – Москва, 2004. – С. 76-78.
48. Юдина, Т.П. Оптимизация состава кремов функционального назначения / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько // 2-ой Международный симпозиум «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке». – Владивосток, 2004. – С. 22-24.
49. Цыбулько, Е.И. Использование растительного комплекса эмульгатор-стабилизатор при производстве функциональных эмульсионных продуктов / Е.И.Цыбулько, Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Ю.В.Бабин // Международная научно–практическая конференция «Плодоовощные консервы - технология, оборудование, качество, безопасность». – Москва, Видное, 2004. – С. 34-36.
50. Юдина, Т.П. Ингибирующий эффект экстрактов из сапониносодержащего сырья на модели термического автоокисления липидов / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Н.П.Мищенко, Ю.В.Бабин // Всероссийский конгресс «Оптимальное питание-здоровье нации». – Москва, 2005. – С. 301.
51. Сидорова, Т.А. Изучение гиполипидемической активности экстракта мыльнянки лекарственной / Т.А.Сидорова, Т.П.Юдина, Н.С.Хильченко, О.Ю.Пахомова // VI-ая Тихоокеанская научно-практическая конференция студентов и молодых ученых с международным участием. – Владивосток, 2005. – С. 4.
52. Юдина, Т.П. Оптимизация процесса сушки корня мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Т.А.Сидорова, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, В.А.Голованец // Международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». – Санкт - Петербург, 2007. – С. 173-174.
53. Юдина, Т.П. О физических свойствах экстрактов колючелистника качимовидного и мыльнянки лекарственной, предназначенных для производства продуктов функционального назначения / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков // Международная научно - практическая конференция «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей». – Москва – Видное, 2007. – С. 353-357.
54. Юдина, Т.П. Антиоксидантная активность экстрактов колючелистника качимовидного и мыльнянки лекарственной Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков // Международная научно - практическая конференция «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей». – Москва, Видное, 2007. – С. 351-353.
55. Юдина, Т.П. Экстрагирование сапонинов из корней мыльнянки лекарственной Saponaria officinalis L. / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, Е.И.Черевач, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова, Е.В.Масленникова, В.А.Голованец // Международная научно - практическая конференция. «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей». – Москва, Видное, 2007. –С. 357-364.
56. Юдина, Т.П. Гиполипидемическое действие комплексного эмульгатора-стабилизатора на основе водного экстракта из корней интродуцированной мыльнянки лекарственной Saponaria officinalis L. и ламиналя / Т.П.Юдина, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, Т.А.Сидорова, Е.И.Черевач // Международная научно-практическая конференция «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей». – Москва, Видное, 2007. – С. 174 - 178.
57. Баркулова, И.С. Получение сапонинсодержащих экстрактов из корней мыльнянки (Saponaria officinalis L.) / И.С.Баркулова, Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, В.А.Голованец, Е.В.Масленникова, Т.А.Сидорова, М.В.Ворушило // II Международная научно-техническая конференция молодых ученых. – Владивосток, 2007. – С.84-86.
58. Сидорова, Т.А. Технологические режимы гидромеханической обработки корней культивированной Saponaria officinalis L. / Т.А.Сидорова, Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, В.А.Голованец, И.С.Баркулова, Е.В.Масленникова // II Международная научно-техническая конференция молодых ученых. – Владивосток, 2007. – С. 86-87.
59. Масленникова, Е.В. Обоснование использования комплексного эмульгатора-стабилизатора в технологии эмульсионных продуктов геродиетического назначения / Е.В.Масленникова, Т.П.Юдина, Т.А.Сидорова, И.С.Баркулова // Материалы VI Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». – Москва, 2007. – С. 71-72.
60. Сидорова, Т.А. Моделирование процесса сушки корней мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.А.Сидорова, Т.П.Юдина, В.О.Дурново, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, В.А.Голованец // Материалы VI Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». – Москва, 2007. –С. 59-60
61. Масленникова, Е.В. Обоснование использования комплексного эмульгатора-стабилизатора в технологии эмульсионных продуктов геродиетического назначения / Е.В.Масленникова, Т.А.Сидорова, И.С.Баркулова, Т.П.Юдина // Материалы VI Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». – Москва, 2007. – С. 71-72.
62. Сидорова, Т.А. Оптимизация процесса сушки корня мыльнянки Saponaria officinalis L. / Т.А.Сидорова, Т.П.Юдина, Е.В.Масленникова, И.С.Баркулова, В.А.Голованец, Е.И.Цыбулько // Мат. Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». – Санкт-Петербург, 2007. – С. 173-174.
63. Фролова, Г.М. Использование растительных сапонинов Saponaria officinalis L. в качестве пищевых эмульгаторов. / Г.М.Фролова, Т.П.Юдина, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин // III Международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике. – Москва, 2008.
64. Гореньков, Э.С. Технологии получения сапонинсодержащих экстрактов из растений Дальнего Востока и использование их в рецептурах функциональных продуктов, в т.ч. напитков / Э.С.Гореньков, А.Н.Горенькова, Т.П.Юдина // IX Международный форум. «Пищевые ингредиенты XXI века» Сборник докладов. Москва, 2008. – С. 103 – 105.
Патенты на изобретения
65. Патент РФ № 2120772. Средство, обладающее эмульгирующими и пенообразующими свойствами / Т.П.Юдина, О.И.Иванова, И.Н.Никитина, Е.И.Цыбулько – 1998.
66. Патент РФ № 2254025. Комплексный растительный эмульгатор / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Т.А.Ершова, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2005.
67. Патент РФ № 2255601. Пищевая эмульсия / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Т.А.Ершова, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2005.
68. Патент РФ № 2255602. Пищевая эмульсия / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Т.А.Ершова, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2005.
69. Патент РФ № 2255790. Пищевая эмульсия / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Т.А.Ершова, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2005.
70. Патент РФ № 2280994. Состав кондитерских кремов / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2006.
71. Патент РФ № 2280995. Состав кондитерских кремов / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин – 2006.
72. Патент РФ № 2280996. Состав кондитерских кремов / Т.П.Юдина, Т.А.Ершова, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Е.В.Макарова, Ю.В.Бабин: – 2006.
73. Патент РФ № 2292167. Пищевая эмульсионная паста и способ ее получения / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин – 2007.
74. Патент РФ №. 2292116. Пищевая эмульсионная паста и способ ее получения / Т.П.Юдина, Е.И.Цыбулько, Е.И.Черевач, Ю.В.Бабин – 2007.
75. Патент РФ на полезную модель № 62539. Установка для производства экстракта из мыльнянки лекарственной / Т.П.Юдина, В.А.Голованец, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Маслак, Ю.В.Бабин – 2007.
76. Патент РФ на полезную модель № 64746. Установка для обработки корней мыльнянки лекарственной / Т.П.Юдина, В.А.Голованец, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Маслак, Ю.В.Бабин – 2007.
77. Патент РФ на полезную модель № 64925. Установка для производства концентрата из экстракта мыльнянки лекарственной / Т.П.Юдина, В.А.Голованец, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Маслак, В.В.Потапов – 2007.
Положительные решения по заявкам на изобретения
78. Заявка №2007123238/22 (025303) на выдачу патента на ПМ. Аппарат для сушки концентрата из экстракта мыльнянки лекарственной / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, В.А.Голованец, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Маслак, Ю.В.Бабин, Г.М.Фролова.
79. Заявка № 2007128427/22 (030940) на выдачу патента на ПМ. Установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной / Т.П.Юдина, Э.С.Гореньков, В.А.Голованец, Е.И.Черевач, Е.И.Цыбулько, Ю.В.Маслак, Ю.В.Бабин, Г.М.Фролова.
