Влияние антиоксидантов в нативной и мицеллированной формах на сроки годности эмульсионного жирового продукта

• Нечаев Алексей Петрович
• Самойлов Анатолий Владимирович
• Бессонов Владимир Владимирович
• Николаева Юлия Владимировна
• Тарасова Вероника Владимировна
• Пилипенко Олеся Владимировна

Резюме

Эмульсионные жировые продукты вследствие наличия водной фазы более подвержены окислительной порче, чем чистые масла и жиры, что требует использования антиокислителей. Исходя из социального запроса на использование в пищевой промышленности природных антиоксидантов распространение получают токоферолы, их смеси, а также аскорбиновая кислота. Однако большинство натуральных антиокислителей (витамины, растительные экстракты) имеет более низкую антиокислительную активность в жирах, чем синтетические, и требует внесения большего количества в продукт, что может негативно сказаться на его органолептических свойствах и стоимости готового эмульсионного жирового продукта. Одним из путей решения этой проблемы является использование новых мицеллированых форм антиокислителей.

Мицеллирование различных видов водо- и жирорастворимых антиоксидантов позволяет повысить их удельную активность, что связано, по-видимому, с увеличением относительной поверхности взаимодействия в среде продукта. Разработка эмульсионных жировых продуктов с использованием новых технологических форм природных антиоксидантов с целью увеличения их сроков годности является актуальной и практически значимой.

Цель исследования - сравнительная оценка эффективности действия природных антиоксидантов в нативной и мицеллированной формах в рецептуре маргарина.

Материал и методы. В качестве объектов исследования были выбраны антиоксиданты (токоферолы, экстракт розмарина и аскорбиновая кислота) в нативной и мицеллированной формах для их внесения в маргарин с массовой долей жира 82%. В процессе хранения маргарина в его жировой фазе определяли перекисное и анизидиновое число в динамике.

Результаты. Получены экспериментальные данные о воздействии исследуемых антиоксидантов различной технологической формы на образование первичных и вторичных продуктов окисления в маргарине в процессе хранения. Было определено, что введение мицеллированных форм различных антиоксидантов в маргарин в концентрации 0,015-0,03% наиболее эффективно замедляет образование продуктов окисления по сравнению с использованием их нативных форм в эквивалентном по активным веществам количестве (в среднем в 2 раза в периоде хранения 10мес при температуре 23±3 °С).

Заключение. Экспериментально установлено, что использование мицеллированных форм токоферолов, аскорбиновой кислоты и экстракта розмарина позволяет более эффективно создавать эмульсионные жировые продукты с увеличенным сроком годности.

Ключевые слова:антиоксиданты, токоферолы, аскорбиновая кислота, экстракт розмарина, мицеллирование, маргарин, окисление, срок годности

Эмульсионные жировые продукты, к которым относятся маргарины, требуют специальных условий хранения вследствие особенностей состава и структуры, которые повышают риск окисления липидов. Нестойкость жиров при хранении проявляется в их прогоркании и осаливании и даже приводит к их непригодности для употребления в пищу. В результате таких изменений происходит потеря эссенциальных нутриентов, изменение вкуса, цвета и консистенции маргарина, что негативно отражается на его пищевой ценности и приводит к снижению сроков годности [1-3].

Среди прочих мер использование антиокислителей позволяет продлить срок хранения эмульсионных жировых продуктов. Их действие основано на ингибировании или прерывании свободнорадикального самоокисления триглицеридов, они действуют как акцепторы свободных радикалов, за счет чего прерывают окисление на начальной стадии [4-6]. Для предотвращения окислительной порчи жировых продуктов используют синтетические и натуральные антиоксиданты [7]. В качестве синтетических антиоксидантов наибольшее практическое применение в мире получили лишь некоторые производные фенола. Это объясняется жесткостью требований законодательных органов разных стран к применению таких синтетических антиоксидантов. В связи с этим актуален поиск новых активных ингредиентов, оказывающих не только технологический эффект в пищевых продуктах, но и обладающих физиологическим действием на состояние здоровья человека, создание новых технологий пищевой продукции с заданными свойствами [8-11]. В последнее время наблюдается тенденция к применению антиокислителей, которые при определенных условиях могут иметь физиологическое, а не только технологическое действие (в зависимости от их количества в продукте). Это обусловлено не столько технологическими особенностями таких антиоксидантов, сколько анализом потребительских предпочтений. В настоящее время в качестве таких природных антиоксидантов применяют токоферолы, аскорбиновую кислоту, растительные экстракты и др. [12-13]. Последнее время в связи с тенденцией к созданию "чистой" этикетки продуктов большую популярность приобретают растительные экстракты. Среди них экстракт розмарина, обладающий высокой антиоксидантной активностью, которая обусловлена наличием фенольных дитерпенов, карнозола и карнозиновой кислоты [14]. Экстракт розмарина как антиоксидант, блокируя свободные радикалы, не теряет свою активность в отличие от других антиоксидантов. В сочетании с аскорбилпальмитатом он проявляет синергические свойства [8, 15].

Антиоксиданты имеют свойство окисляться при контакте с кислородом воздуха во время дозирования и внесения, а также расходуются в процессе окисления при производстве и хранении продукта [16]. При этом зачастую необходимо увеличивать дозировку антиокислителя вплоть до максимально допустимой.

Поскольку в последнее время большой интерес исследователей вызывает изучение возможности снижения дозировок активных веществ пищевых добавок и биологически активных соединений при их применении в продуктах, одним из современных способов получения специальных форм антиокислителей является технология мицеллирования. Мицеллирование - это способ инкапсулирования веществ (как жидких, так и сухих) в мицеллу размером 30-100 нм. Структура такой мицеллы повторяет структуру физиологической мицеллы, которая образуется в организме человека во время процесса пищеварения и отвечает за усвояемость пищевых веществ. Преимущество технологии заключается в том, что в амфифильном коллоидном растворе мицеллы позволяют сохранить активные вещества внутри себя при различных воздействиях окружающей среды, не меняя его физических и химических свойств [14]. При такой технологии в одной мицелле можно сочетать, например, жирорастворимые токоферолы, являющиеся истинными антиоксидантами, с водорастворимой аскорбиновой кислотой, являющейся синергистом к токоферолам. Таким образом, получают жиро-водорастворимые комплексные антиокислители, которые можно вводить в эмульсионные жировые продукты как через водную, так и через жировую фазы [17, 18].

В связи с этим разработка эмульсионных жировых продуктов с использованием новых форм природных антиоксидантов с целью увеличения их сроков годности является актуальной и практически значимой для пищевой промышленности.

Цель исследования - сравнительная оценка эффективности действия природных антиоксидантов в нативной и мицеллированной формах в рецептуре маргарина.

Материал и методы

В качестве объектов исследования были выбраны антиоксиданты в нативной и мицеллированной формах для их внесения в маргарин с массовой долей жира 82%:

- аскорбиновая кислота в нативной форме (Henan Lvyuan Pharmaceutical);

- смесь α-, β-, γ-, δ-токоферолов в нативной форме (Frutarom);

- α-токоферол в нативной форме (BASF);

- экстракт розмарина, содержащий в качестве активных веществ карнозол и карнозиновую кислоту в нативной форме (Synthite);

- смесь α-, β-, γ-, δ-токоферолов и аскорбиновой кислоты в мицеллированной форме "NovaSOL^®CT" (АО "Акванова РУС", РФ);

- смесь α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты в мицеллированной форме "NovaSOL^®КОФ Р" (АО "Акванова РУС", РФ).

Мицеллированные формы антиокислителей, их состав и соотношение компонентов были разработаны компанией АО "Акванова РУС", технология мицеллирования запатентована [19]. По данной технологии выпускаются различные биологически активные и пищевые добавки. Наиболее востребованными на рынке антиокислителями являются токоферолы. Экстракт розмарина представляет интерес как обладающий высокой антиокислительной активностью за счет содержания карнозола и карнозиновой кислоты, позволяя сформировать при этом "чистую" этикетку готового продукта. В данном исследовании рассматриваются обладающие максимальной антиокислительной активностью соотношения токоферолов или экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты как синергиста к ним. На этапе разработки антиокислительная активность мицеллированных антиоксидантов оценивалась различными методами: определение их тролоксового эквивалента DPPH-методом, определение скорости роста перекисного (ПЧ) и анизидинового числа (АЧ) и индукционного периода в модельных жирах (например, пальмовое масло) с внесенными антиокислителями.

Выбранные для настоящего исследования мицеллированные антиокислители являются серийно выпускаемыми пищевыми добавками. Количественный анализ содержания активных веществ в мицеллированных и нативных антиокислителях осуществлялся в лаборатории АО "Акванова РУС" с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на приборе серии "Prominence" со спектрофотометрическим детектором SPD-20А (Shumadzu, Япония). Количество аскорбиновой кислоты определяли по ГОСТ Р ЕН 14130-2010 "Продукты пищевые. Определение витамина С с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии", токоферолов - по ГОСТ EN 12822-2014 "Продукты пищевые. Определение содержания витамина Е (α-, β-, γ-, δ-токоферолов) методом высокоэффективной жидкостной хроматографии". Для анализа содержания карнозола и карнозиновой кислоты методом ВЭЖХ использовали колонку С18 AQ Gist (100x3). Для растворения аналита использовали 0,1% раствор ортофосфорной кислоты в метаноле. Элюент - 35% 1% водного раствора ортофосфорной кислоты и 65% 100% ацетонитрила, скорость потока 0,5 см³/мин, объем инжекции 10 мм³, температура термостата колонки - 30 °С. В качестве образца контроля использовали аналитические стандарты компании "Sigma-Aldrich" (CAS Nr. 5957-80-2 и 3650-09-7).

Образцы маргаринов 82% жирности получали на лабораторной установке "Sthephan UMC 5" (Sthephan, Германия) путем смешивания расплавов сбалансированных по жирнокислотному составу (ω-6/ω-3 = 10/1) растительных масел (пальмовое/кокосовое/подсолнечное/ рапсовое в соотношении 50/5/10/35) с внесенным эмульгатором моно- и диглицеридами жирных кислот (0,2%) и жирорастворимым ароматизатором сливочного масла (0,03%), медленного введения водной фазы с предварительно растворенными солью (0,2%), консервантом сор-батом калия (0,1%), регулятором кислотности лимонной кислотой (0,025%), красителем р-каротином (0,00015%) при температуре 60 °С в течение 5 мин и дальнейшего тонкого эмульгирования в течение 1 мин с последующим охлаждением эмульсии при перемешивании до 10-15 °С и структурообразованием полученного маргарина в течение 24 ч при 5 °С.

В жировую и/или водную фазу маргарина вносили антиоксиданты (нативную смесь токоферолов, нативный α-токоферол, нативный экстракт розмарина, мицеллированную форму токоферолов и аскорбиновой кислоты, мицеллированную форму α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты - в жировую фазу, нативную аскорбиновую кислоту - в водную фазу). Контрольным образцом служил маргарин без внесения антиоксидантов. Объекты исследования закладывали на хранение при температуре 23±3 °С в герметичной таре в течение 10 мес. Показатели окислительной порчи в жировой фазе исследуемого объекта определяли с периодичностью 1 раз в 2 мес.

Жировую фазу маргарина для определения показателей окислительной порчи выделяли по ГОСТ 32188-2013 "Маргарины. Общие технические условия". ПЧ, мэкв активного кислорода на 1 кг, жировой фазы маргарина определяли титриметрическим методом по ГОСТ 26593-85 "Масла растительные. Метод измерения перекисного числа". Определение АЧ, ед. жировой фазы проводили по ГОСТ 31756-2012 "Жиры и масла животные и растительные. Определение анизидинового числа". Измерения проводили не менее чем в 2-кратной повторности. В ходе статистической обработки методом экспериментальных данных определяли среднеарифметические значения определяемой величины.

Результаты

Исходя из рекомендаций по использованию готовых пищевых добавок были выбраны дозировки антиокислителей: мицеллированная форма токоферолов и аскорбиновой кислоты - 0,015; 0,02 и 0,03% и мицеллированная форма α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты - 0,015 и 0,02% к массе маргарина. Нативную и мицеллированную форму антиоксидантов вносили в экспериментальные образцы в количествах, обеспечивающих одинаковые концентрации активных веществ. Содержание активных веществ в нативной и мицеллированной формах подтверждали аналитически. Контролем служил маргарин без антиоксидантов. Дозировки нативных и мицеллированных форм антиокислителей представлены в таблице.

Содержание нативных и мицеллированных формантиокислителей в образцах маргарина

The content of native and micellized forms of antioxidants in margarine samples

* - в нативном экстракте розмарина.

Накопление в динамике первичных продуктов окисления жиров в процессе хранения образцов маргарина, оцененное по изменению ПЧ в его жировой фазе, представлено на рис. 1, 2.

Рис. 1. Изменение значений перекисного числа жировой фазы маргарина с мицеллированной формой токоферолов и аскорбиновой кислоты и нативными эквивалентами в течение 10 мес хранения при комнатной температуре

Fig. 1. Change in peroxide value of the fat phase of margarine with the micelle form of tocopherols and ascorbic acid and native equivalents for 10 months' storage at room temperature

Рис. 2. Изменение перекисного числа жировой фазы маргарина с мицеллированной формой α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты и нативными эквивалентами в течение 10 мес хранения при комнатной температуре

Fig. 2. Change in peroxide value of the fat phase of margarine with the micelle form of α-tocopherol, extract of rosemary and ascorbic acid and native equivalents for 10 months' storage at room temperature

В процессе хранения маргаринов также происходит накопление вторичных продуктов окисления, которое коррелирует с образованием прогорклого привкуса продукта, поэтому для определения их содержания в ходе эксперимента проводилось измерение АЧ выделенного из маргарина жира, результаты представлены на рис. 3, 4.

Рис. 3. Изменение значений анизидинового числа жировой фазы маргарина с мицеллированной формой токоферолов и аскорбиновой кислоты и нативными эквивалентами в течение 10 мес хранения при комнатной температуре

Fig. 3. Change in p-anizidine value of the fat phase of margarine with the micelle form of tocopherols and ascorbic acid and native equivalents for 10 months' storage at room temperature

Рис. 4. Изменение значений анизидинового числа жировой фазы маргарина с мицеллированной формой α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты и нативными эквивалентами в течение 10 мес хранения при комнатной температуре

Fig. 4. Change in p-anizidine value of the fat phase of margarine with the micelle form of α-tocopherol, extract of rosemary and ascorbic acid and native equivalents for 10 months' storage at room temperature

Обсуждение

Как видно на рис. 1-4, антиокислители в нативной и мицеллированной формах снижали скорость роста первичных и вторичных продуктов окисления в маргарине, что свидетельствует об их положительном антиоксидантном действии. Так, через 10 мес хранения в контрольном образце маргарина значения ПЧ и АЧ были максимальными среди всех образцов и составили 54,68 мэкв акт. кислорода/кг и 37,44 ед. соответственно. При сравнении нативных и мицеллированных форм антиокислителей в эквивалентных дозировках можно отметить, что все образцы маргарина с внесенными мицеллированными формами антиокислителей имели в динамике более низкие значения ПЧ и АЧ, чем образцы с их нативными формами. Так, через 10 мес хранения значение ПЧ в образцах с мицеллированной формой токоферолов и аскорбиновой кислоты в зависимости от дозировки было в 1,7-2,7 раза ниже, чем у контрольного, тогда как в образцах с эквивалентным содержанием нативных форм - всего в 1,1-1,5 раза ниже. Снижение роста АЧ в образцах с мицеллированной формой токоферолов и аскорбиновой кислоты имело аналогичную тенденцию: в случае образцов с мицеллированными формами антиокислителей оно было в 4,1-6,4 раза ниже, чем в контрольном, тогда как с нативными формами - всего в 2,6-2,9 раза в зависимости от дозировки. При сравнительном анализе образцов с мицеллированной формой α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты в различных дозировках ПЧ через 10 мес хранения было в 2-2,2 раза ниже, чем в контрольном, а в образцах с его нативными эквивалентами - в 1,2-1,5 раза ниже. АЧ в образцах с мицеллированной формой α-токоферола, экстракта розмарина и аскорбиновой кислоты было в 9,0-11,2 раза ниже, а в образцах с его нативными эквивалентами - в 2,9-6,1 раза ниже, чем у контрольного.

Анализ влияния концентрации нативных и мицеллированных форм антиокислителей на снижение скорости роста первичных и вторичных продуктов окисления жировой фазы маргарина показывает, что не всегда имеется прямая зависимость снижения скорости их роста от увеличения концентрации соответствующих добавок. Это может быть связано с влиянием носителей - поверхностно-активных веществ, использованных в составе мицеллы, а также с достаточно низкими дозировками добавок в целом в пересчете на активные вещества (см. таблицу). В целом же во всех экспериментах скорость накопления продуктов окисления была ниже для образцов маргаринов с мицеллированными формами антиокислителей по сравнению с нативными вне зависимости от их концентрации в продукте.

Таким образом, внесенные антиоксиданты в мицеллированной форме в сравнении с контрольным образцом и нативными формами антиокислителей в эквивалентном количестве способствовали замедлению накопления первичных и вторичных продуктов окисления, что характеризовалось меньшими значениями ПЧ и АЧ на протяжении всего периода хранения. Это может быть обусловлено более тонким распределением мицелл в водной и жировой фазах маргарина, а также их адсорбцией на поверхности раздела фаз эмульсии. Также медленное высвобождение активных веществ из мицелл в процессе хранения маргарина могло способствовать их более плавному расходованию на прерывание свободнорадикальной реакции окисления по сравнению с нативными формами антиоксидантов.

Заключение

Исследована устойчивость маргаринов к окислению с мицеллированными и нативными антиоксидантами в процессе его хранения. По изменению ПЧ и АЧ в динамике показано, что мицеллированная форма аскорбиновой кислоты и токоферолов и мицеллированная форма аскорбиновой кислоты, токоферола и экстракта розмарина существенно замедляют окислительную порчу продукта в сравнении с нативными формами аналогичных антиоксидантов в эквивалентных по активным веществам дозировках. Внесение в маргарины антиоксидантов в мицеллированной форме будет эффективно способствовать пролонгации срока их годности.

Литература

1. Lounis S.B.A., Mekimene L., Mazi D. et al. Nutritional quality and safety of algerian margarines: Fatty acid composition, oxidative stability and physicochemical properties // Mediterr. J. Nutr. Metab. 2018. Vol. 11, N 3. Р. 331-342. DOI: https://doi.org/10.3233/MNM-18208

2. Koohikamali S., Alam M.S. Improvement in nutritional quality and thermal stability of palm olein blended with macadamia oil for deep-fat frying application // J. Food Sci. Technol. 2019. Vol. 56, N 11. Р. 5063-5073. DOI: https://doi.org/10.1007/s13197-019-03979-0

3. Sahraee S., Milani J.M., Regenstein J.M., Kafil H.S. Protection of foods against oxidative deterioration using edible films and coatings: a review // Food Biosci. 2019. Vol. 32. Article ID 100451. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2019.100451

4. Демидов И.Н. Образование карбонилсодержащих соединений на начальных стадиях окисления подсолнечного масла // Масложировая промышленность. 2003. № 3 (2). С. 49-50.

5. Нечаев А.П. и др. Пищевая химия. Санкт-Петербург : ГИОРД, 2015. 668 с.

6. О’Брайен Р. Жиры и масла. Производство, свойства, применение. 3-е изд., перераб. и доп. / пер. с англ. Д.В. Широкова и др. Санкт-Петербург : Профессия, 2007. 752 с.

7. Никифорова Т.А., Губасова Т.Н. Индустрия пищевых добавок: состояние и перспективы развития. Инновационная политика // Пищевая промышленность. 2014. № 3. С. 8-13.

8. Rahila M.P., Nath B.S., Naik N.L., Pushpadass H.A., Manjunatha M., Franklin M.E.E. Rosemary (Rosmarinus officinalis Linn.) extract: a source of natural antioxidants for imparting autoxidative and thermal stability to ghee // J. Food Process. Preserv. 2019. Vol. 42, N 2. Article ID e13443. DOI: https://doi.org/10.1111/jfpp.13443

9. Taghinia P., Khodaparast M.H.H., Ahmadi M. Free and bound phenolic and flavonoid compounds of Ferula persica obtained by different extraction methods and their antioxidant effects on stabilization of soybean oil // J. Food Meas. Charact. 2019. Vol. 13, N 14. P. 2980-2987. DOI: https://doi.org/10.1007/s11694-019-00218-0

10. Wu G.C., Chang C., Hong C.C., Zhang H., Huang J.H., Jin Q.Z., Wang X.G. Phenolic compounds as stabilizers of oils and antioxidative mechanisms under frying conditions: a comprehensive review // Trends Food Sci. Technol. 2019. Vol. 92. Р. 33-45. DOI: https://doi.org/10.1016/J.TIFS.2019.07.043

11. Gouvinhas I., Santos R.A., Queiroz M., Leal C., Saavedra M.J., Dominguez-Perles R., Rodrigues M., Barros A.I.R.N.A. Monitoring the antioxidant and antimicrobial power of grape (Vitis vinifera L.) stems phenolics over long-term storage // Ind. Crops Prod. 2018. Vol. 126. Р. 83-91. DOI: https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.10.006

12. Garcia-Perez A., Munoz-Hernandez J.E., Guzman-Corona C., Ceron-Garcia A., Ozuna C., Sosa-Morales M.E. Performance of individual antioxidants and their blend during repeated frying of tortilla chips // J. Food Process. Preserv. 2019. Vol. 43, N 12. Article ID e14263. DOI: https://doi.org/10.1111/jfpp.14263

13. Lu T., Shen Y., Wang J.H., Xie H.K., Wang Y.F., Zhao Q. et al. Improving oxidative stability of flaxseed oil with a mixture of antioxidants // J. Food Process. Preserv. 2019. Vol. 44, N 3. Article ID e14355. DOI: https://doi.org/10.1111/jfpp.14355

14. Наумова Н.Л. Антиоксидантные свойства пищевой добавки Novasol rosemery // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (125). С. 152-156.

15. Masudta T., Inaba Y., Takeda Y. Antioxidant mechanisms of carnosic acid: structural identification of two oxidation products // J. Argic. Food. 2001. Vol. 49, N 11. P. 5560-5565. DOI: https://doi.org/10.1021/jf010693i

16. Топникова Е.В., Иванов Н.В., Кустова Т.П. Методы определения продуктов окислительной порчи в сливочном масле и спредах // Сыроделие и маслоделие. 2012. № 2. С. 49-51.

17. Самойлов А.В. Влияние антиокислителей в мицеллированной форме на продление сроков годности мучных кондитерских изделий // Кондитерское и хлебопекарное производство. 2019. № 7-8. С. 40-44.

18. Самойлов А.В. Исследование влияния антиокислителей в мицеллированной форме на устойчивость к окислению майонеза // Масла и жиры. 2016. № 11-12. С. 17-19.

19. Патент RU 2303036. Солюбилизат из аскорбиновой кислоты и эмульгатора, смесь солюбилизатов, способ изготовления солюбилизата и его применение (варианты) / Бенам Д.

Материалы данного сайта распространяются на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License («Атрибуция - Всемирная»)