Технологические аспекты применения натуральных антиоксидантов при производстве кондитерской и масложировой продукции

ООО «Белагролекс» специализируется на продлении сроков годности продуктов питания внесением различных экстрактов и других натуральных веществ с этой целью мы постоянно проводим исследования окислительной порчи различных продуктов с высоким содержанием жира.

Растительные масла — существенная часть рациона питания человека. Для большинства из них характерно наличие значительной доли ненасыщенных жирных кислот в жирно-кислотном составе, вследствие чего они подвержены окислению в большей степени, чем другие продукты, и представляют потенциальную угрозу как источник поступления продуктов окисления липидов в организмы человека и животных. Таким образом, растительные масла являются основными источниками ненасыщенных жирных кислот в питании большинства людей. За последние несколько лет проведены широкомасштабные исследования роли ненасыщенных жирных кислот в поддержании здоровья. Обобщены данные многих исследований по проявлению полиненасыщенными жирными кислотами сердечно-сосудистого, противоаритмического, противовоспалительного, антигипертензивного, антиоксидантного действия. Именно полиненасыщенные жирные кислоты рекомендуются как необходимая составляющая диет для снижения веса, улучшения здоровья [1].

Окисление липидов является одним из основных процессов, ограничивающих срок годности растительных масел. Окисление липидов, несомненно один из наиболее распространенных процессов порчи, происходящих в пищевом продукте.

В процессе технологической обработки и хранения структура пищевых продуктов меняется, в результате чего липиды подвержены воздействию кислорода.

Основным органолептическим признаком окисления липидов является появление посторонних привкусов и запахов, которые сокращают срок годности пищевых продуктов и делают их непригодными для употребления. При этом пищевая ценность и безопасность пищевых продуктов снижаются за счет образования вредных первичных и вторичных соединений, при попадании которых в организм могут возникать различные заболевания.

Установлено, что такие заболевания, как атеросклероз, рак, болезни Альцгеймера, Паркинсона и др., а также процесс старения сопровождаются накоплением в организме продуктов окисления липидов [1].

Продукты окисления липидов в низкой концентрации присутствуют в организме, они физиологически необходимы.

Опасность представляют окисленные липиды при превышении их концентрации выше некоторой пороговой величины.

В настоящее время является актуальным поиск и исследование антиоксидантов природного происхождения, не уступающих по эффективности синтетическим аналогам. Природные антиоксиданты в отличие от химически синтезированных не оказывают негативного побочного влияния на организм человека, улучшая качественные характеристики продукта, обогащая его эссенциальными макро- и микронутриентами [1].

Для уменьшения окислительной порчи жиров и масел в последние годы в пищевой промышленности используются разнообразные природные антиоксиданты. Взаимодействуя со свободными радикалами, они разрывают цепь реакции окисления и на некоторый период замедляют процесс порчи жиров и масел.

Одним из перспективных направлений развития науки о питании является изучение антиокислительных свойств не отдельных веществ, а природных добавок растительного происхождения, являющихся многокомпонентными системами и обладающих широким спектром действия.

В различных исследованиях сообщается о применении природных антиоксидантов, например, в хлебобулочных кондитерских изделиях. Различные полифенолы растительного происхождения успешно применялись в качестве ингибиторов процесса окисления при хранении.

В статье мы рассматривает решения комплекса проблем связанных с окислением жиров в первую очередь, для продуктов подверженных окислительной порче.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В различных литературных источниках исследован и описан процесс окислительного разложения жира, происходящий с участием ультрафиолета солнечного излучения [10]. Данный процесс проходит через следующие стадии:

• Фаза индукции: Жирные кислоты отделяются от молекулы жира под воздействием света (УФ света), и при взаимодействии с кислородом образуется пероксидный радикал жирных кислот RОО*
• Фаза роста цепи: Пероксидный радикал жирных кислот RОО* является реакционноспособным и всегда стремится взаимодействовать с атомом водорода молекулы жира, в результате образуется новый радикал и пероксидная молекула жирной кислоты ROOH
• Фаза разветвления и роста цепи окисления: Новые образующиеся радикалы НО* и RO* снова вступают в реакцию с кислородом окружающей среды или жирными кислотами. И процесс продолжается до тех пор, пока не происходит реакция обрыва цепи.
• Фаза обрыва цепи: Два радикала вступают в реакцию друг с другом и образуют новую связь. В таком химическом состоянии радикалы больше не могут забирать атомы водорода.

Данный процесс в зависимости от внешних условий растянут во времени но на ООО «Белагролекс» разработаны антиокислители «Экстрале» на основе растительных экстрактов и смеси токоферолов, которые благодаря своему составу и синергизму взаимодействуя со свободными радикалами разрывают цепь реакции окисления и на некоторый период замедляют процесс порчи жиров и масел тем самым улучшая качество, органолептику готового продукта на протяжении установленного срока годности.

Несмотря на то, что срок годности кондитерских изделий по ГОСТ ограничен, в основном, по показателям микробиологии, также важно контролировать окисление жиров, особенно во второй половине срока годности.

Окисление жира является причиной проявления характерного прогорклого вкуса, это особенно важно при возможном нарушении температурных режимов хранения, например, во время жаркого лета, длительной транспортировки покупателям из региона Азии. Прогорклый вкус может являться причиной для отказа потребителями от будущих покупок этого кондитерского изделия, что сказывается на спросе и объемах продаж.

Наше предприятие имеет большой опыт в проведении исследований связанных со значительным снижением окисления фритюрных жиров, в которых эффективность антиокислителей проверяется измеряемыми параметрами.

Для контроля качества любого масла используют разнообразные методы контроля. К основным параметрам контроля относят следующие показатели:

• Кислотное число 
• Продукты термического окисления жиров в том числе и перекисное число
• Общее количество полярных соединений (Total number of Рolar Materials) на приборе Testo-270 
• Анизидиновое число
• Время индукции, индукционный период или индекс стабильности масла на приборе. Rancimat 892

Кислотное число (КЧ) показывает, сколько гидроксида калия (КОН) в миллиграммах требуется для нейтрализации свободных жирных кислот (СЖК), содержащихся в одном грамме масла [2]. Кислотное число не подходит для использования в качестве единственного показателя пригодности масла для жарки.

Контроль продуктов термического окисления жиров и перекисного числа (ПЧ) осуществляют по следующим методикам:

• Рефрактометрический метод контроля накопления в масле продуктов окисления и сополимеризации [3] п. 5.8.1. По мере накопления в масле продуктов окисления и сополимеризации его показатель преломления возрастает. Разница между показателем преломления фритюра и исходного (свежего) масла не должна превышать 0,001.

• Общее содержание окисленных веществ [3] п. 5.8.2. Химический метод. Она основана на взаимодействии окисленных веществ, перешедших из фритюрного жира в спиртовой раствор едкого калия с метиленовым голубым. При содержании в исследуемом жире окисленных веществ до 1% проба после добавления соответствующих реактивов приобретает розовый цвет, а свыше 1% — желто-коричневый.

• ПЧ — количество первичных продуктов окисления жиров, т. е. перекиси, которые могут выделять йод из водного раствора йодистого калия [4] [5]. ПЧ принято выражать в миллимолях активного кислорода на килограмм жира (ммоль 1/2О2/кг) или миллиэквивалентах активного кислорода на килограмм жира (мэкв /кг).

ПЧ изменяется значительно и служит точным количественным показателем присутствия первичных продуктов окисления ненасыщенных жирных кислот в составе жиров. При измерении ПЧ замечена корреляция с экспресс методиками [3] п. 5.8.1. и п. 5.8. При значениях ПЧ масла выше уровня 35 мэкв О2/кг жира, содержание окисленных веществ во фритюре становится больше 1% что отражается в изменении окраске тест раствора в химическом методе экпресс-анализа [3] п. 5.8.2. Так же при этом разница показателей преломления фритюра и исходного свежего масла становится больше 0,001 [3] п. 5.8.1.

Общее количество полярных соединений (Total number of Рolar Materials или TPM). При жарке во фритюре жирные кислоты отделяются от радикала глицерина в результате ряда химических реакций, и помимо моноглицеридов и диглицеридов свободных жирных кислот, образуются полимерные триглицериды или продукты окислительной деструкции, такие, как альдегиды и кетоны. Все они подпадают под определение ТРМ. Значение ТРМ служит индикатором разложения жиров. ТМР измеряют на приборе TESTO-270 по методике [6]. Метод основан на измерении диэлектрической проницаемости фритюрного жира, которая пересчитывается на содержание общих полярных веществ. При значении ТМР свыше 24% фритюрный жир считается непригодным для дальнейшего использования.

Анизидиновое число (АЧ) является мерой вторичных продуктов окисления, которые образуются распадом первичных продуктов окисления при экстенсивном окислении. Вторичный продуктами окисления в основном являются альдегиды, такие как 2,4-диенали и 2-алкенали. АЧ сильно коррелирует с общей интенсивностью запаха масла и масложировых продуктов. Метод основан на измерении оптической плотности анализируемого раствора после реакции с уксуснокислым раствором параанизидина [7]. Измерение проводят при длине волны 350 нм.

Время индукции, индукционный период или индекс стабильности масла. Измерение данного параметра проводят на приборе Rancimat 892 и отражает окислительную стабильность масел и жиров [8] [9]. Полученное в результате измерения время индукции характеризует устойчивость масел и жиров к окислению. Кроме термина «время индукции» еще обычно используется выражение «Индекс стабильности масла (ИСМ)». Принцип измерения состоит в следующем: поток воздуха проходит через нагретую пробу масла или жира, происходит окисление молекул масел и жиров в образце с образованием пероксидов. В ходе дальнейшего окисления жирные кислоты полностью разрушаются; образуются летучие продукты вторичного окисления. В потоке воздуха эти вещества попадают в измерительную ячейку с дистиллированной водой. По увеличению электропроводности воды судят о появлении данных веществ. Измерение зависит от соотношения ненасыщенных жирных кислот и антиоксидантов, также от количества перекисных соединений и металлов переменной валентности.

Нами были проведены эксперименты с подсолнечным маслом с использованием натуральных комплексных пищевых добавок «Экстрале», в частности с «Экстрале RT-54». Эффективность применения данной добавки оценивался по индукционному периоду (ИП) на приборе Rancimat 892 а также измеряя ПЧ по методикам [4] и [5]. Измерения самого ИП проводились в Лаборатории отдела технологий кондитерской и масложировой продукции Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по продовольствию и представлена на графике (см. рис 1). Измерения ПЧ проводилась в испытательной лаборатории ООО «Белагролекс».

Рис. 1. Влияние антиоксиданта «Экстрале RT-54» на индукционный период (ИП) полученный на приборе Rancimat 892 и перекисное число (ПЧ).

Также в лаборатории ООО «Белагролекс» проводили органолептические исследования песочного печенья (содержание жира 23%) согласно методике [11].

Срок годности печенья, как правило, устанавливают по показателям качества и безопасности. И несмотря на то, что согласно [12] (ТР ТС 024/2011) ПЧ жиров ограничено на уровне значения 10 мэкв/кг, на практике такие исследования проводят далеко не всегда. Но главная оценка качества печенья, на наш взгляд, для потребителя это органолептика, в том числе вкус готового продукта. Вкус печенья можно представить, как сумму нескольких дескрипторов, по бальной оценке, [11]: вкус свежего печенья, показатель прогорклого масла, вкус сахара (сладость). В соответствии с этим по нашим исследованиям весь жизненный цикл печенья выглядит следующим образом (см. рис 2):

Рис. 2. Жизненный цикл песочного печенья

Как видно из графика на начальном этапе органолептической оценки печенье имеет высокие баллы и далее в процессе хранения, примерно через 2-3 месяца, когда завершается первичное окисление липидов и накапливаются вторичные продукты окисления, начинает проявляться запах и вкус «прогорклости», который перекрывает все другие вкусы в том числе и сладость. Именно эта часть жизненного цикла печенья самая проблемная для производителя и для покупателя, когда из-за прогорклости падает качество и уровень продаж в торговых сетях.

Далее с течением времени после полного окисления жиров в печенье снижается прогорклый запах, однако и первоначальный вкус самого печенья также снижается остается только сладость.

Но все меняется, когда в тесто вносятся пищевые добавки «Экстрале RT-54» в концентрации 1 кг/т. В процессе хранения содержание вторичных продуктов окисления снижается за счет взаимодействия антиоксиданта со свободными радикалами разрывая цепи реакций окисления. Таким образом оценивая органолептику печенья было обнаружено значительное снижение прогорклости этот факт отражен на (рис. 3).

Параллельно с этим был были измерены перекисные и анизидиновые числа (ПЧ и АЧ) печенья согласно методикам [4] и [7] содержащего и не содержащего добавки «Экстрале», результаты представлены на рис. 4.

Печенье контроль / Печенье с «Экстрале», 1 кг/т жира

Рис. 3. Сравнительный анализ «жизненных циклов» печенья с и без содержания «Экстрале» 

Рис. 4. Изменения перекисного и анизидинового числа печенья с и без «Экстрале»

 

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как видно из представленных выше графиков измерение индукционного периода подсолнечного масла (контрольного образца и образца, содержащего добавку «Экстрале RT-54» на приборе Rancimat 892 показывает, что введение данного натурального антиокислителя достаточно эффективно. Применение добавок «Экстрале» позволяет продлить индукционный период до 40% и снизить на 70% значение перекисного числа. В зависимости от срока хранения готового продукта возникает необходимость в разных исполнениях антикислителей, даже с одинаковым составом.

Для продуктов снековой группы или печенья можно изготовить антиокислители «длительного действия» сдерживающие окисление липидов в течении всего срока годности и улучшая органолептику в процессе хранения особенно на 2-3 месяце. При этом показатели ПЧ и АЧ в образцах печенья с «Экстрале» согласно полученным экспериментальным данным по сравнению с контрольным образцом снижены более чем в два раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании наших исследований доказана эффективность использования натуральных комплексных пищевых добавок «Экстрале» — смеси экстрактов розмарина и смеси токоферолов в растительном жире. 
Так же использование добавок «Экстрале» в песочном печенье значительно улучшает его органолептику и вкусовые качества, снижает содержание вторичных продуктов окисления, вызывающих ощущение прогорклости во вкусе и запахе. Снижает значения ПЧ и АЧ в продукте по сравнению с контрольным образцом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Макарова Н. В., Воронина М. С. Исследование окислительной стабильности нескольких видов растительных масел при различных технологических параметрах. // Журнал Инновации и продовольственная безопасность. 
2. ГОСТ 31933-2012 Межгосударственный стандарт масла растительные Методы определения кислотного числа
3. СТБ 985-95 «Пирожки, пончики и пончики с начинкой. Общие технические условия»
4. СТБ ГОСТ Р 51487-2001 Масла растительные и жиры животные. Метод определения перекисного числа.
5. ГОСТ 26593-85 Масла растительные. Метод определения перекисного числа.
6. ГОСТ Р 54607.3-2014 «Услуги общественного питания. Методы лабораторного контроля продукции общественного питания. Часть 3. Методы контроля соблюдения процессов изготовления продукции общественного питания.
7. ГОСТ 31756-2012 (ISO 6885:2006) Жиры и масла животные и растительные. Определение анизидинового числа.
8. ГОСТ 31758-2012 (ИСО 6886:2006). Жиры и масла животные и растительные. Определение устойчивости к окислению (ускоренное испытание на окисление).
9. ГОСТ Р 51481-99 (ИСО 6886-96). Жиры и масла животные и растительные. Метод определения устойчивости к окислению (метод ускоренного окисления).
10. Стопский В. С., Ключкин В. В., Андреев Н. В. Химия жиров и продуктов переработки жирового сырья. — М.: Колос, 1992. — 286 с.
11. ГОСТ 31986-2012 «Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественного питания»
12. ТР ТС 024/2011 Технический регламент на масложировую продукцию

Информация об авторах

Дорофеев Андрей Георгиевич — Директор ООО «Белагролекс». E-mail: belagrolex@gmail.com

Чаевский Сергей Иванович — Главный технолог ООО «Белагролекс». E-mail: tcha@inbox.ru