Технология и оборудование получения и применения вторичных растительных соединений (каротиноидов) в качестве функциональных пищевых инг

 Есть что перенять  и у наших российских коллег. К примеру, в обычное сгущенное  молоко они дополнительно вносят  бета-каротин по технологии, описанной  в патенте Российской Федерации  № 2182790. В результате вместо  обычного сгущенного молока получается  сгущенное молоко "Олымское витаминизированное". Мало того, что оно витаминизированное, добавка бета - каротина, по утверждению авторов, еще и позволяет повысить сроки хранения продукта. И таких примеров огромное множество. Взять хотя бы только запатентованные: "Витаминно-минеральный напиток "Золотой шар молочный" (патент РФ № 2115324), "Молочно-белковая масса "Солнышко" (патент РФ № 2192752), "Белково-жировой крем "Лимон" (патент РФ № 2204907), "Белково-жировой крем "Апельсин" (патент РФ № 2204912) и т. д. А сколько рецептур еще можно разработать, ведь сфера применения бета - каротина просто необъятна.

Мучные кондитерские изделия

Для окрашивания и обогащения мучных кондитерских изделий используют масляные растворы бета - каротина (0,2 % - й 1 % - е). Рекомендуемые нормы ввода масляного раствора бета - каротина 1 %-го на тонну готовой продукции: булочки – 0,7-1,5 кг; бисквиты – 1,4-3 кг; сушка – 2-4 кг; печенье – 2-4 кг.

Карамель с бета – каротином

Добавление бета - каротина в карамельную массу позволяет не только сделать продукт функциональным, но повысить сроки его хранения. Рекомендуется вводить масляный раствор 0,2 % - й – 13,4 г на тонну карамельной массы.

Пастила, зефир

При производстве сбивных  кондитерских масс (пастила, зефир) целесообразно  использовать водорастворимый бета - каротин 10 % - й в сочетании с аскорбиновой кислотой. Дозировка – 7 - 10 мг на 100 г готовой продукции.

Мороженое, фруктовый  лед

Для окрашивания продуктов  на водной основе применяется водорастворимый  бета - каротин 10 % - й. С его помощью можно достичь оттенка цвета от светло-оранжевого до темно-оранжевого. В производстве глазури для мороженого рекомендуется использовать суспензию бета - каротина 30%-ю. Рекомендуемая доза – от 17-120 г/т.

Сгущенное молоко витаминизированное

При производстве этого продукта бета-каротин дополнительно вносят в процессе растворения молока, при  подаче сахарного сиропа или в  вакуум-охладитель сразу после внесения мелкокристаллической лактозы. Растворение  проводят при температуре + 30...+32 °С с выдержкой 1,5-2 ч с последующей пастеризацией при температуре + 93...+97 °С. Масляный раствор 0,2%-й вносят в процессе растворения сухого молока или совместно с сахарным сиропом. Водорастворимую форму бета - каротина можно вносить также в процессе охлаждения. Рекомендуемая норма расхода масляного раствора 0,2 % - го бета - каротина – 2,5 кг на тонну восстановленного молока.

Молочные продукты с бета – каротином

Рекомендуемое содержание бета - каротина в обогащенных молочных продуктах – не менее 1 мг %. При использовании для обогащения жирорастворимого 0,2 % - го бета - каротина на 1 кг молочного продукта необходимо 5 г 0,2 % - го бета - каротина. Бета-каротин вносят в очищенное и нормализованное молоко. Перед внесением бета - каротина необходимо провести его подготовку. Для этого его предварительно вносят в небольшую порцию молока, подогретого до + 60...+ 85 °С, добавляют подготовительный эмульгатор – лицитин в количестве 1 % к массе обогащенного продукта; смесь эмульгируют в гомогенизаторе при давлении 15-20 МПа в течение 1 мин. Полученную эмульсию вносят тонкой струйкой в нормализованное молоко при перемешивании (скорость вращения перемешивающего механизма – не менее 500 об./мин) в течение 10-15 мин.

Рыбные консервы

Для повышения качества рыбных консервов за счет повышения их биологической  ценности и улучшения органолептических  свойств, а также для придания продукту "полезности", предлагаем вносить в рыбные консервы 0,2 % - й раствор бета - каротина в масле из расчета 5-10 мг/100 г продукта. Раствор бета - каротина можно вносить при перемешивании непосредственно в заливку, содержащую растительное масло. При изготовлении фаршевых рыбных консервов часть раствора бета - каротина (30 – 40 %) предпочтительно вносить в фаршевую массу, а остальную часть – в заливку.

Мясные консервы "Солнышко" для детского питания

В рецептуру этого продукта включены говядина второго сорта, свинина  полужирная, вымя коровье, крупы экструзионные, масло коровье, лук, соль, сахар, бульон, перец душистый и масляный раствор  бета - каротина 0,2 % - й. Бета-каротин используется в количестве 1,2 л на 100 кг сырья. Согласно рекомендациям Института питания НАНУ, суточная потребность детского организма в витаминах, за счет включения в рацион питания паштетов, должна удовлетворяться на 25 - 30 %, что и обеспечивается употреблением 70 - 100 г данного продукта.

Икра из кабачков витаминизированная

При изготовлении овощных  консервов "Икра из кабачков" предусмотрено  два варианта рецептуры: 
1. Икра из кабачков без моркови 
Морковь из рецептуры исключена, а введена суспензия бета - каротина 30 %-я. Норма расхода суспензии на тонну готовой продукции – 0,204 кг. Содержание бета - каротина в готовой продукции – 6 мг/100 г. 
2. Икра из кабачков с 50 % моркови 
Закладка моркови составляет 50% от исходной рецептуры, норма расхода суспензии бета - каротина 30%-го на тонну готовой продукции составляет 0,136 кг. Содержание бета - каротина в готовой продукции – 4 мг/100 г.

4 Производство каротиноидов

Биореакторы (ферментаторы) составляют основу биотехнологического  производства и достаточно широко применяются. Примером может служить промышленное производство эритромицина, антибиотика, полученного из Saccharopolyspora erythraea путём  ферментации при аэробных условиях. К микробиологической ферментации  прибегают также при производстве таких витаминов как рибофлавин, бета-каротин и витамин В12 в  промышленных масштабах.  Принцип работы Выделяют следующие этапы  в типичном порционном производстве: добавление насыщенных питательных  сред, инокуляция микроорганизмов, подача пеногасителя и кислорода (многие микрооорганизмы, используемые в биотехнологическом производстве, аэробные). В подобных биореакторах аккумуляция производственных отходов и умножение микроорганизмов  вызывают изменение условий во время  ферментационного процесса.       Витамины, минералы, жирные аминокислоты и, в зависимости от типа бактерий, стимуляторы роста могут добавляться на всём протяжении ферментационного процесса. Пеногаситель добавляется в целях подавления пенообразования, перемешивающий механизм содействует растворению кислорода и освобождению углекислого газа и обеспечивает тщательное перемешивание питательной среды. Эффективность процесса увеличивается, если ферментационный цикл протекает при постоянной температуре. Химические реакции и механические процессы внутри ферментационной ёмкости нагревают систему, и, при несбалансированном теплообмене клетки умирают или теряют способность к воспроизводству. Поэтому процессу охлаждения требуется соответствующая система контроля. Регулирование pH и уровня аэрации, температуры, перемешивания и т.д. производиться автоматически при помощи PLC..      Наиболее частым инцидентом во время ферментационного цикла является контаминация, она возникает в следствие неадекватной стерилизации или потери стерильности во время процесса. Использование высокоэффективного оборудования гарантирует условия надёжности для высококачественного производства.    Конструкция и  характеристики   Основные характеристики ферментационных  решений: Ёмкости: 150 - 6000 л. Конструкция согласно ASME BPE. Структура на раме. Ёмкость теплоизолирована и обеспечена рубашкой обогрева. Конструкция пригодна для CIP/SIP. H/D 3:1, 2:1. Давление -1/+3 бар. Система контроля полностью автоматизирована. Вертикальная мешалка с механическим уплотнением и моторедуктором. PLC контролирует и регистрирует  все функции и данные: Частота вращения мешалки. Уровень аэрации. Температура. Регулиование давления в отводной трубе. Добавление подпитки. Сбор продукта. Стерилизация питательной среды. Стерилизация ферментатора паром.

 
 
 

 
 

 

 

 

5 Нормы потребления

 

Согласно методическим рекомендациям  по нормам рационального питания 6 мкг  бета - каротина эквивалентны 1 мкг витамина А. Среднее потребление в разных странах 1,8-5,0 мг/сутки. Верхний допустимый уровень потребления не установлен. Физиологическая потребность для взрослых - 5 мг/сутки. Ликопина следует употреблять порядка 5 мг в сутки, верхний допустимый уровень потребления  — 10 мг в сутки. Рекомендуемый уровень потребления лютеина в России  — 5 мг в сутки. Верхний допустимый уровень потребления  — 10 мг в сутки.

Благодаря контролируемому  превращению бета - каротина в витамин А избыточное потребление бета - каротина не приводит к развитию гипервитаминоза А. Избыточный прием каротиноидов при различных заболеваниях (гиперлипемия, сахарный диабет, нефротический синдром или гипертиреоз) может вызывать гиперкаротедермию, которая проявляется в желтоватом оттенке кожи в основном ладоней и подошв стоп. При уменьшении или прекращении приема каротиноидов желтый цвет исчезает. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6 Использование каротиноидов

 

Уже в течение многих лет  каротиноиды широко применяются  в сельском хозяйстве, медицине и  пищевой промышленности. Их присутствие  во многих природных продуктах делает их идеально пригодными для этой цели.

Каротиноиды получают с помощью  химического синтеза и путем  выделения из природных источников — растений и микроорганизмов. Химическим путем получают β-каротин, витамин  А, β – апо  8 - каротиналь, этиловый эфир β – апо – 8 - каротиновой кислоты, кантоксантин и ряд других каротиноидов, синтез которых осуществляется в заводских масштабах.

Традиционными источникми получения  каротиноидов служат также некоторые  растения - морковь, тыква, трава, шиповник, облепиха и др. Наряду с этим все шире в тех же целях используют мицелиальные грибы и дрожжи. Как продуценты каротиноидов представляют также интерес бактерии и водоросли. β - Каротин используют главным образом в пищевой промышленности, а также при изготовлении лекарств и косметических средств. β - Каротин и ликопин применяют как пигментные вещества и красители при изготовлении таких пищевых продуктов, как колбасы и ветчинные изделия, сливочное масло. Как краситель используют также β – апо - 8 - каротиналь, придающий оранжевую окраску многим кондитерским изделиям, сырам и овощным пастам. 

В пищевые жиры, особенно в сливочное масло и маргарин, добавляют β - Каротин, благодаря чему организм получает дополнительное количество необходимого для него витамина. А, а масло - более привлекательный цвет. Масло нагревают до 30 'С и добавляют вытяжку из моркови или β - каротин, который при такой температуре хорошо растворяется в масле. Водорастворимые или по крайней мере диспергируемые в воде производные β - каротина, кантаксантин и апокаротиноиды, применяются для окрашивания напитков и других пищевых продуктов. В Италии существует давняя традиция добавлять каротиноиды в макаронные изделия. Β – Каротин и β – апо – 8 - каротиналь добавляют также в сыры и овощные пасты. Эти же каротиноиды используют для окраски яичного желтка (β-апо-8-каротиналь добавляют в пищевой рацион кур). 

Часто каротиноиды - красители используют в сочетании с аскорбиновой кислотой, что обеспечивает большую стабильность пигментов. Для лучшей сохранности каротиноидов при использовании их в качестве красителей применяют также особые препаративные формы пигментов. Каротиноиды растворяют в маслах или готовят вододисперсные формы: в такой форме пигменты заключают в микрокапсулы (наиболее удобная форма сохранения каротиноидов). Велико значение каротиноидов, в частности ликопина, при изготовлении колбас и ветчинных изделий, где, они могут заменить нитрит натрия. Как краситель используют также β – апо – 8 - каротиналь, придающий оранжевую окраску леденцам, пищевым пастам, кексам и другим кондитерским изделиям.  
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Каротиноиды представляют собой  классический пример группы природных  пигментов. Все члены этой группы обладают очень близкой структурой, основанной на сопряженном полиеновом хромофоре, который и обуславливает  их светопоглощающие свойства. Они  дают возможность наблюдать четкую корреляцию между максимумом поглощения и длиной хромофора. Каротиноиды  чрезвычайно широко распространены у живых организмов и принимают  участие во всех фотофункциях, обычно связанных с природными пигментами. 

Использование каротиноидов в качестве пищевых добавок, красителей и провитаминов А уже происходит в больших количествах и постоянно расширяется. Это связано с увеличением спроса на природные красители, которые часто предпочитают синтетическим красящим веществам, а также с налаженным промышленным производством каротиноидов. Если число каротиноидов, которые могут быть использованы, и особенно диапазон красок, который может быть получен, увеличиться, то применение каротиноидов станет еще более широким.

Несомненный интерес представляют данные о том, что β - каротин оказывает терапевтический эффект на развитие рака кожи, индуцируемого УФ - излучением или диметилбензантраценом. Установлено, что и другой каротиноид — кантаксантин, а также полиен фитоин обладают антираковой активностью в отношении рака кожи, индуцированного УФ - излучением. 

Таким образом, изучение каротиноидов весьма перспективно и позволяет  широко использовать эти соединения в промышленности, медицине и сельском хозяйстве.

 

 

Список использованных источников

 

 

 Пат. 2074177 RU, МКИ C07C403/24. Способ получения бета - каротина / Е. П. Ковсман, К. А. Солоп, В. Д. Бательман, Г. И. Самохвалов, В. Л. Христофоров, Л. А. Вакулова, Т. А. Жидкова. — № 93035263/04; Заявл. 07.07.1993; Опубл. 27.02.1997