ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Олійник Людмила Борисівна
УДК 664.8.022.33
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ
ХЛОРОФІЛЬНО-КАРОТИНОЇДНИХ БАРВНИКІВ
ДЛЯ КОНСЕРВОВАНИХ ПРОДУКТІВ І НАПОЇВ
Спеціальність 05.18.13 - технологія консервованих продуктів
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса-2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Одеській державній академії харчових технологій,
Міністерство освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Пилипенко Людмила Миколаївна,
Одеська державна академія харчових технологій,
професор кафедри біохімії та мікробіології.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Павлюк Раїса Юріївна,
Харківська державна академія технології та організації
харчування, професор кафедри товарознавства
продовольчих товарів;
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Пономаренко Світлана Федорівна,
ДНВО “Консервпромкомплекс”, старший науковий
співробітник відділу розробки технологій виробництва
продуктів дитячого харчування.
Провідна установа: Український державний університет харчових технологій,
проблемна науково-дослідна лабораторія, Міністерство
освіти і науки України, м. Київ.
Захист відбудеться 19.10.2000 р. о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01 при Одеській державній академії
харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської державної академії
харчових технологій (65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112).
Автореферат розісланий 18.09.2000 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, д.т.н. Моргун В.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Плодові консерви в процесі виробництва підлягають теп-ловій обробці, одним з небажаних ефектів якої є деструкція пігментів рослинної сировини, що досягає 40%. Тому консерви за кольоровими характеристиками значно поступаються вихідній сировині. Погіршення органолептичних показників консервів зумовлює зниження конкурентоспроможності та споживчого попиту на такі цінні в біологічному відношенні консерви, як овочеві натуральні, плодові пю-ре, соки з м’якоттю, напої, сиропи.
Оскільки одним з найважливіших атрактантів, що зумовлюють харчову поведін-ку людей, є сенсорна реакція, кольорове оснащення їжі має велике значення і ши-роко використовується в світовій практиці. Але збільшення споживання синтетичних харчових добавок приводить до харчових отруєнь, сприяє підвищенню захво-рюванності населення та зміні генофонду (Смоляр В.І., 1995), тому серед відомих барвних харчових добавок 23 заборонені в країнах-членах Євроспілки як небезпечні.
Аналіз даних стану виробництва натуральних вітчизняних харчових барвників показує значну недостатність їх асортименту та кількості. Барвники хлорофільно-ка-ротиноїдного комплексу, перспективні за біологічною активністю, можливістю про-лонгувати терміни зберігання харчових продуктів в Україні взагалі не виробляються.
Джерела для одержання хлорофільно-каротиноїдних барвників теоретично не-обмежені, але з економічних та технологічних позицій необхідне обгрунтування видів рослин - сировини для їх отримання. Використання харчових ресурсів з ме-тою одержання натуральних барвників недоцільне тому, що кількість пігментів у рослинній сировині складає 0,01…0,20 % на сиру масу. Перспективними є відхо-ди консервного, зокрема консервів лікувально-профілактичного напрямку, у ре-цептурах яких використовують водні екстракти пряноароматичних рослин, та ефі-роолійного виробництв. Їх кількість складає до 90…99%. Вони відрізняються де-шевизною, містять значні концентрації пігментів, до теперішнього часу мають не-досконалі шляхи застосування. Відсутні також вітчизняні науково обгрунтовані розробки по одержанню хлорофільно-каротиноїдних барвників, які враховували б особливості локалізації їх у клітинах, види зв’язку з іншими хімічними компонен-тами субклітинних структур та мали переваги у технологічному і економічному аспектах.
Таким чином, розробка нешкідливих, біологічно активних, натуральних, зручних і стабільних харчових барвників є актуальною і має загальнодержавний характер.
Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до напряму 02 “Основних наукових напрямів роботи ОДАХТ” і кафедри біохімії та мікробіології “Удосконалення технології переробки рослинної сировини з метою комплексного її використання та одержання біоло-гічно активних харчових продуктів і добавок”.
Мета і задачі дослідження. Мета роботи - наукове обгрунтування та розроб-ка технології хлорофільно-каротиноїдних барвників з відходів консервного та ефі-роолійного виробництв для підвищення органолептичної цінності та біологічної активності консервованих харчових продуктів та напоїв.
Поставлена мета потребує вирішення наступних задач:
- здійснити відбір сировини для одержання харчових хлорофільно-каротиноїд-них барвників;
- вивчити особливості складу, будови і локалізації сполук пігментного комп-
лексу в об’єктах технологічної переробки;
- науково обгрунтувати технологію одержання хлорофільно-каротиноїдних екстрактів;
- розробити технологію одержання різних видів хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників (за різними формами);
- встановити комплекс біохімічних, фізико-хімічних, органолептичних, біоло-гічних, мікробіологічних, технологічних показників розроблених барвників;
- обгрунтувати раціональні режими зберігання на основі зміни показників
якості і біологічної активності хлорофільно-каротиноїдних барвників;
- апробувати хлорофільно-каротиноїдні барвники в консервній промисловості і розробити проект нормативно-технологічної документації на їх виробництво.
Наукова новизна одержаних результатів. Обгрунтовано вибір відходів кон-сервного та ефіроолійного виробництв як сировини для одержання хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників. Вперше проведено дослідження інгредієнтно-го складу пігментного комплексу за якісним та кількісним складом хлорофілів і їх структурних аналогів, каротиноїдів для різних видів рослинної сировини.
Вперше встановлено особливості локалізації та види зв’язку пігментів з компонен-тами субклітинних структур досліджуваних рослин, а також вплив термічної обробки на міцність зв’язку хлорофілів і каротиноїдів з їх білково-ліпідним комплексом.
Досліджено вплив механічних (подрібнення), фізичних (теплової та електрооб-робки), біотехнологічних (екзо- та ендогенний ферментоліз) методів попередньої об-робки сировини, а також природи екстрагенту на вихід пігментів з рослинного мате-ріалу. Математичними методами встановлено оптимальні умови екстракції і проана-лізовано ефективність одержання барвників за різними технологічними схемами.
Встановлено інгредієнтний склад, термостійкість, біологічну активність та ан-тибактеріальні властивості розроблених видів та форм харчових барвників. Науково обгрунтовано терміни і умови їх зберігання.
Практичне значення одержаних результатів. Встановлено перспективні ви-ди сировини для отримання хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників - відходи консервного та ефіроолійного виробництв: петрушки, кропу, зеленого горошку, м’яти перцевої, шалфею, меліси. Опрацьовані методи попередньої об-робки сировини, що значно підвищують ступінь виділення пігментів.
Розроблено новий спосіб одержання хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників з рослинної сировини (приорітетність підтверджується позитивним рі-шенням НДЦПЕ за заявкою на винахід).
Розроблено технологію виробництва чотирьох видів хлорофільних та кароти-ноїдних барвників у твердій та рідкій формах, що дає можливість більш повного використання вторинних ресурсів консервних та ефіроолійних підприємств і під-вищує забезпеченність вітчизняної харчової промисловості жиро- та водорозчин-ними барвниками зеленого та жовтого кольору.
Визначені кольоропараметричні та технологічні характеристики нових барвни-ків, встановлені константи термостійкості і антибактеріальні властивості доміну-ючих інгредієнтів хлорофільно-каротиноїдного комплексу барвників.
Розроблено проект нормативно-технічної документації на виробництво хлоро-фільно-каротиноїдних харчових барвників. Проведено апробацію розробленої технології.
Хлорофільно-каротиноїдні барвники використані для корегування кольорових характеристик продуктів в консервній та інших галузях харчової промисловості.
Особистий внесок здобувача. Особистий внесок здобувача полягає в планува-нні та проведенні експериментальних досліджень, математичній обробці та узагаль-ненні експериментальних результатів, підготовці публікацій та заявки на винахід, участі у виробничих випробуваннях та розробці нормативно-технічної документації.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи були апробовані на міжнародних конференціях, симпозіумах, з’їздах: “Пища. Экология. Человек” (м. Москва, 1995), “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых” (м. Одеса, 1997), VII Українському біохімічному з’їзді (м. Київ, 1997), “Экология. Продукты питания. Здоровье” (м. Одеса, 1995), “Энер-горесурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья” (м. Мінськ, 1994), “Пищевая промышленность - 2000” (м. Казань, 1996), “Науч-ные основы и практическая реализация важнейших технологий переработки сырья растительного и животного происхождения сжиженными и сжатыми газами“ (м. Краснодар, 1997), Y International Congress of Leaf Protein Research “LEAFPRO-96”(t. Rostov-on-Don, 1996), 56...59 наукових конференціях ОДАХТ (м. Одеса, 1996...1999), наукових конференціях ПКІ (м. Полтава, 1995...1999).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 робіт, в тому числі 1 стаття у науковому журналі, 3 - у збірниках наукових праць, 1 позитивне рішення на видачу патенту.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розді-лів, висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Повний об-сяг дисертації - 216 стор., включає 28 рис. (22 стор.), 22 таблиць (20 стор.), 6 до-датків (36 стор.), список використаних джерел із 187 найменування (13 стор.).
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність розробки технології хлорофільно-каро-тиноїдних харчових барвників з рослинної сировини, приведено мету, задачі до-сліджень, наукову та практичну значимість роботи.
В першому розділі наведені дані науково-технічної і патентної літератури що-
до хімічної природи, властивостей, фізіологічних функцій хлорофільно-каротино-їдних пігментів та потенційних сировинних ресурсів цієї групи природних сполук.
Охарактеризовані сучасні тенденції технологій хлорофільно-каротиноїдних барвників, економічні аспекти і напрямки використання ліпорозчинних пігментів у харчовій та інших галузях промисловості. На основі аналітичного огляду літера-тури можна зробити висновок про відсутність в Україні науково обгрунтованих розробок з виробництва хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників, методів ефективної екстракції ліпорозчинних пігментів з урахуванням наукових даних щодо особливостей будови і стану фітохромоліпопротеїдних комплексів сирови-ни. Це стримує наукове обгрунтування і впровадження прийомів та процесів, що володіють рядом переваг як з технологічних, так і з економічних позицій.
В другому розділі охарактеризовано об’єкти дослідження - відходи консерв-них та ефіроолійних виробництв - зеленого горошку, петрушки, кропу, перцю со-лодкого, м’яти перцевої, шалфею, меліси. Наведено методики визначення фізико-хімічних, біохімічних, мікробіологічних, кольоропараметричних показників та методики постановки експериментів.
В третьому розділі наведено дані про вибір видів сировинних ресурсів для одержання харчових барвників та їх хімічний склад. Обмеженість і цінність росли-нних харчових ресурсів для населення зумовлює використання як джерел ліпорозчи-нних барвників порівняно багатих ними відходів консервної промисловості (плодо-овочевих, харчоконцентратних виробництв) і вторинних ресурсів ефіроолійних виробництв, зокрема, відходів переробки квітково-трав’янистої сировини. Їх кількість складає десятки та сотні тисяч тон в залежності від виду сировини.
З досліджених 14 досить поширених за кількістю переробки видів сировини вибрані найбільш придатні за біохімічним складом та рівнем накопичення пігментних сполук. Характеристику інгредієнтного складу хлорофільно-каротиноїдного комплексу вибраних видів рослин як сировини для одержання харчових барвників приведено в табл. 1.
В четвертому розділі наведені дані з особливостей локалізації і стану ліпо-розчинних пігментів в об’єктах дослідження, впливу різних видів попередньої об-робки на екстрагуємість барвників, вибору ефективних розчинників та умов екстрагування.
Встановлено, що значна частина ліпорозчинних пігментів у свіжих рослинах
знаходиться у зв’язаному з білками та ліпідами стані: загальна кількість слабо- і міцнозв’язаних хлорофілів складає від 29,9% (зелений горошок) до 73,3% (шал-фей) від сумарної концентрації хлорофілів та їх структурних аналогів, каротино-їдів - від 32,6 % ( зелений горошок) до 59,6%( шалфей) від загальної їх кількості.
Знаходження цих барвників у фітохромопротеїдних та фітохромоліпопротеїд-них комплексах погіршує можливості їх вилучення у розчини, потребує вивчення впливу попередньої обробки на екстрагуємість пігментів, обгрунтування вибору розчинника.
Таблиця 1
Склад барвних речовин вторинної сировини консервних та ефіроолійних виробництв
Пігменти Зелений горошок Петруш-ка Кріп Перець солодкий М’ята перцева Шалфей Меліса
Хлорофіли та їх структурні аналоги, % від суми:
хлорофіл а 54,7 65,3 50,8 61,3 7,5 53,7 60,3
хлорофіл b 17,4 24,2 14,7 24,9 15,9 15,4 15,0
феофітин а 0,5 0,2 4,8 0,8 3,1 0,6 1,8
феофітин b 0,3 - 1,7 0,3 0,9 0,4 0,3
феофорбід а - - 0,7 - 0,2 0,2 0,4
феофорбід b - - 0,3 - 0,2 - 0,3
етилхлорофілід а - 2,0 - - - 0,3 1,9
етилхлорофілід b - 0,6 - - - 0,1 0,8
хлорофілід а 17,2 4,8 15,3 8,5 14,2 8,9 12,0
хлорофілід b 9,9 2,9 11,7 4,2 9,0 3,3 7,2
Загальна кількість, 10-3 %
73,1 96,2 164,2 67,8 158,1 143,7 123,7
Каротиноїди, % від суми:
a - каротин 5,0 3,2 2,3 1,8 3,7 4,7 4,5
b- каротин 28,3 32,4 37,6 12,5 30,4 28,7 35,2
d- каротин - 0,4 0,4 - 0,7 0,9 0,6
лютеїн-5,6-епоксид - - 2,0 4,0 2,1 3,5 1,5
лютеїн 40,5 35,1 21,1 53,2 22,5 37,1 20,0
зеаксантин 5,7 2,8 3,0 - 4,0 2,9 2,5
віолаксантин 10,4 12,4 19,1 8,2 20,9 13,7 9,2
неоксантин 2,2 5,1 4,5 10,3 9,3 4,6 7,2
b-криптоксантин - 0,5 0,8 0,9 1,1 3,9 -
неідентифіковані каротиноїди 7,9 8,1 9,2 9,1 5,3 - 6,7
Загальна кількість, 10-з %
12,8 16,7 18,6 9,8 27,6 17,3 14,1
Як показують експериментальні результати, термічна обробка знижує кількість слабо- і міцнозв’язаних хлорофілів на 50,0...62,3%, а каротиноїдів на 39,6...50,8% до вихідної їх кількості відповідно.
Для підвищення ефективності процесу екстракції досліджені механічні (по-дрібнення), фізичні (теплова і електрообробки), біотехнологічні (екзо- і ендоген-ний ферментоліз у модифікаціях) способи попередньої обробки. Показано, що процес подрібнення підвищує екстрагуємість хлорофілів на 61,6...77,0 %, кароти-ноїдів - на 54,7...76,6 % в залежності від виду сировини. Електрообробка сприяє підвищенню показника на 14,6...20,6 % для хлорофілів і на 13,8...27,3 % - для каротиноїдів; теплова обробка парою - на 13,1...19,4 % і 12,0...29,9 %, а фермен-толіз на 17,4...23,6 % і в середньому на 18,2 %, відповідно.
Таким чином, доцільно використовувати комбіновані методи підготовки сиро-вини, в числі яких обов’язково повинно бути механічне подрібнення як максима-льно ефективний засіб. Попередня обробка найбільш корисна для тих видів сиро-вини, що містять значну кількість зв’язаних пігментів.
З технологічних, санітарно-гігієнічних, економічних позицій для вилучення хлорофілів або сумарних пігментів доцільно використовувати етиловий спирт, для екстракції каротиноїдів - петролійний ефір, бензин.
Проведено математичний опис процесу екстракції пігментів, за допомогою якого обгрунтовано рівняння та одержані коефіцієнти а, b, які задовільно апрокси-мують експериментальні кінетичні криві екстракції пігментів. Для оптимального варіанту екстракції барвників рівняння має вигляд:
С = t/ (0,1417 + 0,0076 t), % (1)
Аналіз ефективності одержання пігментів за різними технологічними схемами показує, що вихід барвників на 11,9% вище при використанні ферментолізу по-дрібненої термообробленої сировини за рахунок екзогенних протеолітичних ферментів (лужна протеаза, протосубтилін та ін.) у кількості 0,05...0,1% або ендогенних ферментів сировини, ніж при обробці в електроплазмолізаторі. Проте за пито-мими енерговитратами ця різниця нівелюється.
В п’ятому розділі розроблено технології одержання ліпорозчинних - хлорофі-льних, ксантофільних, каротинових барвників та водорозчинного - хлорофіліна натрію за різними формами (всього 13). Проведено дослідження їх складу та змін в процесі зберігання, впливу різних факторів (теплова обробка, рН, концентрація цукру і солі), а також випробувані напрями використання розроблених барвників у харчовій промисловості.
Технологічна схема одержання ліпорозчинних барвників приведена на рис. 1, водорозчинного барвника - на рис. 2.
Сировина
Бланшування (105…110оС, 3...5 хв)
Подрібнення (розмір часток до 1...2 мм)
Попередня обробка (ферментоліз, електроплазмоліз)
Реекстракція Екстракція Екстрагент
Рослинний залишок Фільтрування
Екстракт
Продовження рис. 1
Екстрагент Концентрування (Рзал. =8…10 кПа)
Екстракт концентрований 30%-ний
спиртовий КОН
Реекстракція Омилення (60о С, 20 хв.)
Омиленний екстракт
Н2 О Розшарування
Розчин каротина в екстрагенті Продукти омилення
Н2О Промивання Н2О + домішки
Екстракт каротинів
Ксантофіли Хлорофіли
Вакуум-концентрування (Рзал.=8...10 кПа)
Екстрагент Барвник (ХБ)
Рослинна олія Сахароза
ПАР Нанесення на носій Спирт
Концентрат 2%-ний Масляний Спиртовий ХБ
ХБ (ПАР-форма) розчин ХБ розчин ХБ на сахарозі
Рис. 1. Технологічна схема виробництва ліпорозчинних барвників
Сировина
Бланшування (105…110 о С, 3...5 хв)
Подрібнення (розмір часток до 1...2 мм)
Са(ОН)2 Утворення Са-хлорофіліна (100оС, 1 год) Н2 О
Фільтрат Фільтрування
Регенерація Са(ОН)2 Осад (Са-хлорофілін, рослинна маса)
Продовження рис. 2
Н2 О Промивання осаду Домішки
Na2 CO3 Утворення Nа-хлорофіліну Н2 О
Nа-хлорофілін, рослинна маса
Na-хлорофілін Фільтрування
Рослинний залишок
Розпилювальне С2Н5ОН
сушіння (100…110оС) Екстракція Реекстракція
Змішування Фільтрування Рослинний залишок
Підготовка
тари Фасування Na-хлорофілін, БАР (спиртовий розчин)
Вакуум-концентрування (Рзал.=8...10 кПа)
Зелений водорозчинний
барвник з біологічно Na-хлорофілін, БАР С2Н5ОН
активними речовинами
Рис. 2. Технологічна схема виробництва зеленого водорозчинного хлорофіліно-вого барвника
Характеристика фізико-хімічних показників деяких з розроблених видів хло-рофільно-каротиноїдних барвників приведена в табл. 3 і 4.
Таблиця 3
Фізико-хімічна характеристика каротинового барвника (масляна форма)
Показники Одиниці вимір. Зелений горошок Петру-шка Кріп М'ята перцева Шал-фей Меліса
Щільність при 20о С г/см3 915 920 917 919 921 916
В'язкість при 20о С ПаЧс 0,0546 0,0549 0,0547 0,0550 0,0550 0,0545
Температура застигання о С -18,7 -17,9 -18,0 -17,8 -17,5 -18,5
Кислотне число гКОН/г 1,36 1,58 1,32 1,40 1,37 1,55
Число омилення гКОН/г 186 195 188 191 194 187
Йодне число гJ2/100г 119 130 121 127 125 123
Каротини Ч10-3% 51,0 50,5 54,0 53,8 52,0 50,9
у т.ч.(% від суми)
b-каротин 86,9 88,5 93,9 78,2 82,1 80,6
a-каротин 6,8 6,4 1,2 15,7 13,4 14,4
Продовження табл. 3
1 2 3 4 5 6 7 8
g-каротин 2,5 - - - - -
d-каротин 0,9 1,7 1,9 2,5 2,7 1,5
лікопин 1,7 - - - - -
ксантофіли 1,2 3,4 3,0 3,6 1,8 2,5
Хлорофіли Ч10-3% 0,7 1,4 1,8 2,0 1,7 2,2
Фосфоліпіди Ч10-3% 280 243 256 237 229 250
Токофероли Ч10-3% 78 72 75 69 66 64
Стерини Ч10-3% 420 385 372 360 367 354
Зола Ч10-3% 22 21 20 20 21 22
Таблиця 4
Пігментний склад зеленого хлорофільного барвника (масляна форма)
Показники Зелений горошок Петруш-ка Кріп М'ята перцева Шал-фей Мелі-са
Хлорофіли,Ч10-3% 206,4 203,5 200,5 209,1 200,7 202,3
у т.ч. (% від суми):
хлорофіл а 40,2 55,6 33,7 32,8 37,6 38,6
хлорофіл b 15,5 21,5 10,0 13,7 20,3 19,0
феофітин а 5,8 3,9 8,2 5,3 4,0 5,6
феофітин b 1,3 1,0 3,4 1,5 1,7 2,4
хлорофілід а 15,5 6,6 23,6 16,9 11,8 16,1
хлорофілід b 9,0 2,5 15,1 12,8 4,9 9,3
етилхлорофілід а 1,8 1,5 0,9 2,7 3,3 1,1
етилхлорофілід b 0,7 0,4 0,3 1,0 1,5 0,4
феофорбід а 4,4 3,1 2,0 6,0 7,0 3,0
феофорбід b 1,7 0,9 0,6 2,0 3,1 1,4
етилфеофорбід а 3,1 2,3 1,7 3,9 3,5 2,3
етилфеофорбід b 1,0 0,7 0,5 1,4 1,3 0,8
Каротиноїди,Ч10-3% 1,3 1,7 2,5 3,1 2,7 3,7
Досліджено деструкцію різних форм розроблених барвників в процесі зберіга-ння, максимальну стабільність виявили порошкоподібна та інкапсульована форми для всіх видів пігментів, найбільше руйнування спостерігалося для спиртових форм барвників. Окремі результати наведені на рис.5. Аналіз динаміки кольоропа-раметричних характеристик в системах СІЕ та Хантера підтверджує одержані результати і дозволяє встановити оптимальні терміни і умови зберігання барвників.
Рис. 5. Стабільність різних форм барвників каротинового (а) та хлорофільного і хло-рофілінового (б) при зберіганні: 1 - спиртовий розчин; 2 - масляний розчин; 3 - ПАР-форма; 4 - інкапсульована форма (сахароза); 5 - порошкоподібний Na-хлорофілін
Досліджено кінетику руйнування пігментів при термічній обробці та графічно встановлені константи термостійкості D. Розраховані константи швидкості реак-цій деградації пігментів, які для розроблених видів барвників коливаються в ме-жах від 1,71Ч10-4, с-1 для хлорофіліна натрію до 3,5Ч10-4, с-1 для каротинового барв-ника. Одержані результати характеризують відносно високу термостабільність барвників та можливість їх використання у консервній та інших галузях харчової промисловості з досить "жорсткими" термічними режимами обробки сировини.
Досліджено вплив технологічних факторів на стабільність хлорофільно-каро-тиноїдних барвників (рН, різні концентрації цукру і солі). Встановлено, що най- краща стабільність усіх видів барвників як хлорофільної, так і каротиноїдної при-роди спостерігалась при нейтральних і слабокислих значеннях рН. Зниження кис-лотності (рН<3,5) середовища прискорює розклад пігментів під час зберігання. Але збільшення концентрації цукру і солі, навпаки, позитивно впливало на стабі-льність барвників як під час теплової обробки, так і при зберіганні. Тому розроблені види барвників найбільш доцільно використовувати у слабокислих продуктах, що містять цукор і сіль.
Технології виробництва хлорофільно-каротиноїдних барвників випробовували у виробничих умовах ЕМ КСГП "Софіївка". Розроблені види барвників викорис-товували при виробництві консервованої продукції - пюре, соків, натуральних овочевих консервів, напоїв на Зіньківському, Полтавському, Кодимському кон-сервних заводах, виробничому підприємстві ТОВ “Конто”. Доцільність вироб-ництва вітчизняних барвників підтверджена економічними розрахунками, зокрема для хлорофільного.
ВИСНОВКИ
1. Аналіз складу та стану ліпорозчинних барвників хлорофільно-каротиноїдного комплексу різних видів рослинної сировини, а також обмеженість і цінність росли-нних харчових ресурсів для населення показали, що як джерело для вилучення піг-ментів доцільно використовувати плодоовочеві відходи консервних та квітково-тра-в’янисту вторинну сировину ефіроолійних виробництв, які накопичують (1,24...29,12)Ч10-з% каротиноїдів і (10,50...160,30)Ч10-з% хлорофілів і їх структурних аналогів.
2. Встановлено, що основну частину хлорофільних пігментів в об’єктах дослі-дження складають хлорофіли а і b ( 65,5...89,5 %), а також хлорофіліди а і b (10,3...27,1 %) при низькому накопиченні феофітинів і феофорбідів (0,2...7,5 %) від загальної їх кількості, а серед ідентифікованих 6...9 видів каротиноїдів більше 33,3% складають А-провітаміноактивні інгредієнти, в зв’язку з чим екстракти мають не тільки високі кольорові характеристики, але і біологічну активність.
3. Визначено, що значна кількість ліпорозчинних пігментів - 29,9…73,3 % хлорофілів та їх структурних аналогів і 32,6...59,6 % каротиноїдів від загальної їх концентрації - зв’язана з білками і ліпідами у фітохромопротеїдних та пігментбіл-коволіпідних комплексах, що знижує їх здатність до вилучення і потребує додат-кової обробки сировини.
4. Досліджені види попередньої обробки сировини дали змогу підвищити ефек-тивність процесу екстракції барвних речовин: механічне подрібнення до розмірів не більше 1...2 мм збільшило вихід хлорофілів на 61,6...77,0 %, каротиноїдів - на 54,7...76,6 % в залежності від виду сировини; електрообробка у електроплазмолі-заторі підвищила концентрацію хлорофілів у екстракті на 14,6...20,6 %, каротиної-дів - на 13,8...27,3 %; біотехнологічна обробка методом ендогенного або екзоген-ного ферментолізу у оптимальних варіантах дослідів збільшила вихід хлорофілів на 17,4...23,6%, каротиноїдів у середньому на 18,2%; теплова обробка парою з температурою 107+2оС сприяла зростанню вилучення хлорофілів - на 13,1...18,4% і каротиноїдів на 12,0...29,9% до загальної їх кількості.
5. Встановлені рівняння та значення коефіцієнтів, які задовільно апроксимують експериментальні кінетичні криві екстракції та дозволяють визначити час досягнення потрібного ступеню вилучення пігментів. Найвищий ступінь екстракції (до 97,9%) одержано для термічно обробленої подрібненої (не більше 1…2 мм) сировини після ферментолізу або електрообробки. Для досягнення максимального екстрагування барвних речовин доцільно комбінувати найбільш ефективний механічний з іншими доступними способами попередньої обробки сировини.
6. Аналіз ефективності технологій отримання барвників за різними технологічни-ми схемами показав, що продуктивність по кінцевому продукту при використанні ферментолізу подрібненої термообробленої сировини на 11,9% вища, ніж при оброб-ці її в електроплазмолізаторі, але за питомими енерговитратами ця перевага нівелює-ться. Враховуючи низьку вартість сировини, незначну різницю в енерговитратах, відносно високу коштовність готового продукту доцільно віддати перевагу техноло-гічному варіанту з максимальною продуктивністю за виходом барвників.
7. Розроблені технологічні та процесно-апаратурні схеми виробництва чоти-рьох видів харчових барвників - зеленого водорозчинного - Na-хлорофіліна, зеленого жиророзчинного - хлорофільного, жовтих жиророзчинних - каротинового і ксантофільного. Передбачено їх випуск у різних формах в залежності від сфери використання: твердій (порошкоподібній або інкапсульованій) і рідкій (масляні, спиртові, ПАР-розчини).
8. Встановлено фізико-хімічну характеристику зразків різних форм зелених і жовтих барвників хлорофільно-каротиноїдної природи. У складі хлорофільного барвника є 12 індивідуальних пігментів, серед яких превалюють хлорофіли а і b; у каротиновому барвнику домінував (78-94%) найбільш вітаміноактивний b-каро-тин; у ксантофільному - лютеїн (24-57%), а серед інших пігментів були віолак-сантин, неоксантин, зеаксантин, лютеїн-5,6-епоксид та інші; зелені водорозчинні барвники містили до 70% хлорофілінів а і b.
9. Досліджені спектральні і кольоропараметричні характеристики барвників в процесі зберігання. Аналіз спектрів поглинання показує відсутність істотного впливу технологічних операцій та використаних добавок на барвні властивості і біологічну активність пігментів. Найбільша стабільність при зберіганні встановле-на для сухої порошкоподібної форми хлорофілінового барвника - 92,6%, наймен-ша - для спиртової форми каротинового барвника - 66,0% через 12 місяців збері-гання, в зв'язку з чим для неї термін зберігання доцільно обмежити 10 міс., тоді як для останніх - 1 рік.
10. Технологічні характеристики розроблених видів харчових барвників (значен-ня констант деградації К у межах (1,71...3,5)Ч10-4,с-1, D від 109 хв для каротинового барвника до 224 хв для хлорофіліна натрію при температурі 120оС, антибактеріаль-на активність та ін.) позитивно характеризують їх як багатофункціональні харчові добавки та підтверджують можливість їх використання для корегування властиво-стей продуктів, що підлягають термічній обробці. Встановлено, що присутність цук-ру та солі в середовищі позитивно впливає на стабільність барвників, а значна кислотність (рНЈ3,5) прискорює розпад пігментів при термічних обробках і зберіганні.
11. Хлорофільні і каротиноїдні барвники різних форм були апробовані як у ла-бораторних, так і у виробничих умовах при виробленні консервів, безалкогольних напоїв. Розроблено проект НТД на хлорофільно-каротиноїдні барвники. Достоїн-ством розробленої технології каротинового, ксантофільного, хлорофільного барвників є ідентичність ряду початкових та кінцевих стадій виробництва, в зв’язку з
чим їх можливо здійснювати на одному обладнанні, що підвищує рентабельність
виробництва.
Основний зміст роботи викладено в наступних публікаціях:
1. Пилипенко Л.Н., Олейник Л.Б., Кожухарь В.В. Липорастворимые пигменты пищевых растений и экстрактов из них//Химия природных соединений. - 1998, №3. - С. 294-297.
2. Олійник Л.Б., Тюрикова І.С. Проблеми підвищення якості і розробка технології натуральних харчових барвників//Зб. наук. пр.- Одеса: ОДАХТ, 1999. Вип.19.-С.103-107.
3. Пилипенко Л.М., Кожухар В.В., Олійник Л.Б., Тюрикова І.С., Пилипенко І.С. Ви-вчення складу та властивостей натуральних барвників для виробництва фізіологічно функціональних харчових продуктів// Зб. наук. пр.-Одеса:ОДАХТ,1998.Вип.18 .- С.81-83.
4. Пилипенко Л.Н., Олійник Л.Б. Стабільність, антибактеріальна активність хлорофільно-каротиноїдних харчових барвників та їх використання у харчовій промисловості// Зб. наук. пр.- Одеса: ОДАХТ, 1999. Вип.20.- С. 136-138.
5. Рішення експертизи на видачу патенту на винахід № 98094862 від 24.05.1999, Україна, МПК А 23 L 2/38, С 09 В 61/00. Спосіб виробництва харчового барвника з рослинної сировини/Л.М.Пилипенко, Л.Б.Олійник,В.В.Кожухар та ін. Заявл.09.09.98.
6. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б., Тюрикова И.С. Новые пищевые продукты и добавки повышенной биологической активности из сочного растительного сырья//Труды Междунар. науч.-техн. конф. “Пища. Экология. Чело-век”.- Москва.- 1995.- С. 127-128.
7. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б., Тюрикова И.С. Получение природных биологически активных пищевых красителей//Труды Междунар.науч. конф. “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых”. - Часть ІІ. - Одесса: Астропринт.- 1997. - С. 115-116.
8. Пилипенко Л.М., Кожухар В.В., Олійник Л.Б., Тюрикова І.С., Пилипенко І.В. Вивчення складу та властивостей пігментного комплексу харчових рослин з метою одержання поліфункційних біологічно активних додатків//Праці Vll Укр. біохім. з’їзду. - Част. ІІ. - Київ: НАН України. - 1997. - С. 100-101.
9. Олейник Л.Б., Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В. Разработка технологии полу-чения пищевых красителей зеленого цвета//Труды Междунар. науч. конф. “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых”. - Часть ІІ. - Одесса: Астропринт.- 1997. - С. 112-115.
10. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б.,Тюрикова І.С., Пилипен-
ко І.В. Разработка пигментсодержащих лечебно-профилактических продуктов// Труды Междунар. науч. техн. конф.“Энергоресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья”. - Часть II. - Минск.- 1996. - С. 39-40.
11. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б., Тюрикова И.С. Технологические, организационно-технические и инженерно-экономические аспекты индустриальных технологий пищевых красителей многофункционального назначения//Труды Межрегион. нац.-практ. конф. “Пищевая промышленность 2000”. - Казань.- 1996. - С. 90-91.
12. Пилипенко Л.Н., Олейник Л.Б., Кожухарь В.В. Пигментный комплекс вторичного сырья консервного производства//Труды Междунар. симп. “Научные ос-новы и практическая реализация важнейших технологий обработки сырья расти-
тельного и животного происхождения сжиженными и сжатыми газами”.- Красно-дар.- 1997.- С. 23-26.
13. Пилипенко Л.Н., Олейник Л.Б., Кожухарь В.В. Разработка технологии пи-щевых красителей из растительного сырья //Труды Междунар. симп. “Научные основы и практическая реализация важнейших технологий обработки сырья растительного и животного происхождения сжиженными и сжатыми газами”.- Краснодар. - 1997.- С. 43.
14. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б.,Тюрикова І.С., Палий П.В. Повы-шение сенсорных свойств консервированных растительных продуктов//Труды ІU Междунар. науч.-техн. конф. “Экология. Продукты питания. Здоровье”.- Одесса.- 1995. - С.139.
15. Олейник Л.Б., Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В. Качество пищевых продук-тов и производство природных пищевых красителей из растительного сырья//Тру-ды междунар.науч. конф. “Экология человека и проблемы воспитания молодых ученых”. - Часть ІІ. - Одесса: Астропринт.- 1997. - С. 112-114.
16. Pilipenko L.N., Koszuchar V.V., Oleynik L.B., Paliy P.B. Manyfuпctional biological active adds from green food plants// Y Internat. Congr. on Leaf Protein Research “LEAFPRO-96”. Rostov-on-Don.- 1996. - Р. 73-77.
17. Пилипенко Л.Н., Кожухарь В.В., Олейник Л.Б. Теоретическое и эксперимен-тальное обоснование технологии пищевых красителей многофункционального назначения//Труды 56-ой науч.конф.-Часть ІІ.-Одесса: ОГАПТ.-1996.-С. 241.
АНОТАЦІЯ
Олійник Л. Б. Розробка технології хлорофільно-каротиноїдних барвників для консервованих продуктів і напоїв.- Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціа-льністю 05.18.13 - технологія консервованих продуктів.- Одеська державна акаде-мія харчових технологій, Одеса, 2000.
Дисертація присвячена розробці технології виробництва ліпорозчинних (хлорофільного, каротинового, ксантофільного) і водорозчинного (Na - хлорофі-ліна) харчових барвників з відходів консервного та ефіроолійного виробництв для консервованих продуктів і напоїв. Відповідно до потреб передбачено їх випуск у різних формах: твердій (порошкоподібній або інкапсульованій) і рідкій (масляні, спиртові, ПАР- розчини).
Розроблено технологічні і процесно-апаратурні схеми виробництва барвників. Наведено їх якісну характеристику за комплексом технологічних показників. Нау-ково обгрунтовані терміни і умови зберігання отриманих видів харчових барвни-ків. Розроблено проект нормативно-технічної документації, проведено апробацію барвників при виробництві консервованих продуктів і напоїв.
Ключові слова: хлорофільні, ксантофільні, каротиноїдні пігменти, натрій-хло-
рофілін, барвні речовини, екстракція, технологія барвників.
АННОТАЦИЯ
Олейник Л. Б. Разработка технологии хлорофилльно-каротиноидных красителей для консервированных продуктов и напитков. - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по
специальности 05.18.13 - технология консервированных продуктов. - Одесская государственная академия пищевых технологий, Одесса, 2000.
Диссертация посвящена разработке технологии производства жирорастворимых (хлорофилльного, каротинового, ксантофилльного) и водораcтворимых (Na - хлорофиллина) пищевых красителей из отходов консервного и эфирномасличного производств для консервированных продуктов и напитков.
Проведена сравнительная оценка состава и состояния липорастворимых краси-телей хлорофилльно-каротиноидного комплекса различных видов растительного сырья. Показано, что для получения пигментов целесообразно использовать плодоовощные отходы консервного и цветочно-травянистое вторичное сырье эфирномасличного производств.
Исследованы виды предварительной обработки сырья, позволяющие увеличить эффективность процесса экстракции красящих веществ. Установлены уравнения и значения коэффициентов, которые удовлетворительно аппроксимируют экспери-ментальные кинетические кривые экстракции и позволяют определить время до-стижения необходимой степени извлечения пигментов.
В соответствии с потребностями предусмотрен выпуск красителей в разных формах: твердой (порошкообразной или инкапсулированной) и жидкой (масляные, спиртовые, ПАВ- растворы).
Разработаны технологические и процессно-аппаратурные схемы производства красителей. Приведена их качественная характеристика по комплексу технологи-ческих показателей. Научно обоснованы сроки и условия хранения полученных видов пищевых красителей. Разработан проект нормативно-технической докумен-тации, проведена апробация красителей при производстве консервированных про-дуктов и напитков. Достоинством разработанной технологии хлорофилльного, ка-ротинового, ксантофилльного красителей является идентичность ряда начальных и конечных стадий производства, в связи с чем их можно осуществлять на одном оборудовании, что повышает рентабельность производства.
Ключевые слова: хлорофилльные, ксантофилльные, каротиноидные пигменты, натрий-хлорофиллин, красящие вещества, экстракция, технология красителей.
THE SUMMARY
Oleynik L.B. Development of technology chlorophill-carotenoid of colorants dyes for canned products and drinks. - Manuscript.
Thesis on a competition of scientific degree of the candidate of technical science on speciality 05.18.13 - technology of canned products. - Odessa state academy of food technologies, Odessa, 2000.
The thesis is devoted to working out of the technology of production lipidsoluble (chlorophill,carotene, xantophyll) and watersoluble (Na - chlorophillin) food colorants from wastes of canning and etheroil productions for canned products and drinks. Its fo-reseen their production in the different forms:solid (powderlike or incapsulated) and li-quid (oil, alcogol, surface-active solution) in according to needs. The technological and process-apparatus schemes of production of colorants are developed. Their qualitative characteristics apon the complex of technological parameters is indicated. There have been scientifically grounded terms and storage conditions of obtained kinds of food colorants. The project of normatively-technical documentation has been elaborated.
The investigation of colorants upon the production of canned products and drinks has been conducted.
Key word: chlorophill, carotene, xantophyll pigments, sodium-chlorophillin, food colorants, extraction, technology of colorants.
