Использование отходов производства БАД из морских водорослей в качестве функционального ингредиента в составе хлебобулочных изделий

Новое в пищевых технологиях

Е.С. СМЕРТИНА,

Л.Н. ФЕДЯНИНА,

В.А. ЛЯХ

Использование отходов производства БАД из морских водорослей в качестве функционального ингредиента в составе хлебобулочных изделий

Анализируется возможность и целесообразность применения побочного продукта производства БАД из бурой водоросли Fucus evanescens (вод-но-этанольного экстракта) в хлебопекарной промышленности. Доказана перспективность использования водно-этанольного экстракта водорослей в качестве функционального ингредиента в составе рецептуры хлеба и фруктовых начинок для хлебобулочных изделий. Использование водно-эта-нольного экстракта позволяет расширить ассортимент хлебобулочных изделий с полезными для здоровья человека свойствами.

Ключевые слова: бурые водоросли, водно-этанольный экстракт, хлебобулочные изделия, хлеб, начинка.

Seaweed BAA production waste usage as the functional ingredients in baking products contents. E.S. SMERTINA, L.N. FEDYANINA, V.A. LYAKH.

The possibility and practicability of co-products using in different BAA food production, prepared with Fucus evanescens (water ethanol extract) in baking industry are considered. The prospects of seaweed water ethanol extract using as the functional ingredient in the contents of bread recipes and fruit filling for baking products were proved. The application of water ethanol extract lets expand the range of baking products with the benefits for human health.

Key Terms: Fucus evanescens, water ethanol extract, baking products, filling.

Одной из актуальных тенденций современной науки является разработка новых технологий, направленных, в частности, на рациональное использование вторичных продуктов переработки сырья.

Учеными Тихоокеанского института биорганической химии (ТИБОХ) ДВО РАН разработан способ комплексной переработки бурых водорослей Fucus evanescens. Основные продукты данной технологии - биоактивные полисахариды фукоидан и альгиновая кислота. На их основе со-

зданы биоактивные добавки (БАД) к пище - Фуколам-С, Фуколам, Фуко-лам янтарный [1]. Медико-биологические исследования подтвердили положительное действие на организм этих БАД к пище. С применением Фуколам-С создана линейка продуктов питания лечебно-профилактического назначения - хлебобулочные изделия, масложировые и кисломолочные продукты [3-5].

Действующий способ комплексной переработки бурых морских водорослей на первом этапе требует обработки большим количеством этанола. В результате образуется побочный продукт - водно-этанольный экстракт (торговое название Фуколам-Э), который в настоящее время для пищевых целей не применяется [6]. Однако химический состав водно-этанольного экстракта, положительные многоаспектные медико-биологические свойства показывают целесообразность его применения в качестве функционального ингредиента для создания продуктов лечебно-профилактической направленности и в последующем, возможно, как основы для создания БАД к пище[2, 4, 5, 7].

Подобные этанольные экстракты уже применяются в составе биологически активных добавок к пище. Так, петербургскими учеными разработаны БАД к пище «Кламин» и «Фитолон» с онкопрофилактическим, иммуномодулирующим действием. Субстанцией для их получения послужил экстракт жирорастворимых веществ из бурой водоросли Laminaria saccharina, произрастающей в северных морях (Патент РФ № 2034560; Патент РФ № 2031654).

В состав водно-этанольного экстракта F. evanescens входят йод, микроэлементы (медь, цинк, железо, селен и др.), набор аминокислот (в первую очередь тирозин и фенилаланин), полиненасыщенные жирные кислоты, а также белки и олигосахариды, манит и полифенольные соединения [8]. Водно-этанольный экстракт содержит также комплекс веществ, необходимых для нормального функционирования щитовидной железы и усвоения йода в организме человека. Ценность водно-этанольного экстракта определяется тем, что свободные аминокислоты легко усваиваются, а фенольные соединения проявляют антиоксидантные свойства. Кроме того, на модели раковых клеток кишечника человека была показана противоопухолевая активность экстракта [2].

Сотрудники ТИБОХ ДВО РАН установили, что по токсикологическому воздействию на организм человека водно-этанольный экстракт относится к малоопасным веществам: он не оказывает общетоксического, кожно-раздражающего и сенсибилизирующего действия.

Полученные нами данные на модели тест-культуры инфузории Tetrahymena pyriformis не только подтвердили безопасность водно-этанольного экстракта, но и показали его положительное действие на биообъект. Последнее, вероятно, обусловлено многокомпонентным составом водно-этанольного экстракта и его выраженной биологической активностью [7].

Исследование водно-этанольного экстракта в соответствии с нормативной документацией Российской Федерации (СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых про-

дуктов») показало пригодность его использования для пищевых целей. Учитывая безопасность исследуемого вещества, его положительное по-лифункциональное действие на организм человека, водно-этанольный экстракт вполне обоснованно, с точки зрения медико-биологических требований, можно применять в качестве функционального ингредиента, придающего продуктам лечебно-профилактическую направленность.

Однако некоторые сомнения в возможности применения водно-эта-нольного экстракта для создания продуктов вызывали его органолептические показатели: жидкость мутная, коричневого цвета, со специфическим запахом морских водорослей. Поэтому необходимо было оценить возможность его использования и в технологическом аспекте.

Для этого был выбран базовый продукт, исследованы органолептические показатели качества продукта с целью определить оптимальную концентрацию вносимого водно-этанольного экстракта. Далее было изучено влияние водно-этанольного экстракта выбранной концентрации на физико-химические показатели качества готового продукта; подтверждена функциональная направленность готового продукта в соответствии с ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые функциональные. Термины и определения» (изменение № 1 от 01.03.2011 г.).

В ходе исследования использовались стандартные методики определения показателей качества и безопасности пищевых продуктов - ГОСТ, МУ, МУК, утвержденные и действующие на территории Российской Федерации.

Важным моментом в применении функциональных компонентов является выбор продукта, в который планируется вносить компонент. Для этих целей желательно использовать продукты массового спроса. В качестве базового продукта были выбраны хлебобулочные изделия - хлеб и булочки, которые являются традиционными и повседневными продуктами питания. Хлебобулочные изделия изучали в соответствии с нормативной документацией, действующей на территории Российской Федерации (физико-химические и органолептические показатели качества - ГОСТ Р 52462-2005 «Изделия хлебобулочные из пшеничной муки. Общие технические условия»; показатели безопасности - СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»).

На первом этапе исследования была проведена пробная выпечка хлеба с добавлением водно-этанольного экстракта F. evanescens в различных концентрациях. Учитывая органолептические показатели, для детального изучения выбрали образец с концентрацией данного экстракта 5 %, так как образцы с большей концентрацией водно-этанольного экстракта

F. evanescens имели резкий спиртовой запах, горький вкус и не соответствовали нормативной документации по внешнему виду и состоянию мякиша.

В итоге было установлено что выбранная концентрация водно-эта-нольного экстракта F. evanescens в количестве 5 % от массы пшеничной муки положительно влияет на физико-химические показатели качества готовых изделий (табл. 1).

Таблица 1

Физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий с добавлением водно-этанольного экстракта Г. егапехсепх

Показатель качества Норма по ГОСТ Р 52462-2005 Контроль- ный образец Образец с добавлением 5 % водно-этанольного экстракта Е. еуапе^сет'

Влажность мякиша, % 19,0-48,0 42,17 41,6

Кислотность, град., не более 3,5 1,8 1,8

Массовая доля сахара в пересчете на сухое вещество, % В соответствии с рецептурой с учетом допустимых отклонений 2,78 2,97

Пористость мякиша, %, не менее 68,0 77,0 77,5

У образца с водно-этанольным экстрактом Е еуапе,^сет процент влажности мякиша меньше, чем у контрольного образца, что, вероятно, объясняется тем, что спирт, содержащийся в экстракте, связывает молекулы воды и испаряется, следовательно, количество влаги уменьшается. Показатели кислотности и пористости у опытных (с добавлением водно-этанольного экстракта) и контрольных образцов были одинаковыми. Массовая доля сахара в опытном образце увеличилась, что объясняется наличием в водно-этанольным экстракте полисахаридов.

Дёя подтверждения функциональности готовых изделий необходимо было определить количественное содержание функционального ингредиента. Поэтому на следующем этапе работы была изучена массовая концентрация йода в готовом изделии. Методика определения включает предварительную подготовку проб путем минерализации и последующий анализ раствора минерализированной пробы катодной инверсионной вольтам-перометрией.

Расчетное обеспечение суточной потребности в йоде на 100 г готового продукта составляет 22,98 %. После выпечки процент обеспечения суточной нормы йода снижается незначительно - до 20 %. Как показал эксперимент, внесение водно-этанольного экстракта бурой водоросли в концентрации 5 % от количества муки позволяет обеспечить функциональную направленность готового изделия и положительно влияет на физико-химические показатели качества готового изделия.

Дёя расширения ассортимента хлебобулочных изделий был проведен скрининг веществ, которые могли бы устранить нежелательные органолептические показатели водно-этанольного экстракта. Так как водно-эта-нольный экстракт имеет жидкую консистенцию, было решено вводить его в начинку продукта, в качестве которой выбраны различные фруктово-ягодные наполнители, применяемые в производстве хлебобулочных изделий.

В качестве начинок использовали повидло абрикосовое, яблочное, персиковое, лимонное и из черной смородины, которые отвечали требованиям ГОСТ Р 51934-2002 «Повидло. Технические условия».

Начинки готовили путем их смешивания с водно-этанольным экстрактом бурой водоросли Е еуапезсет. Внесение экстракта в количестве 5 % от массы фруктовой начинки было оптимальным и позволило обеспечить наилучшую консистенцию и требуемые органолептические показатели. Увеличение же концентрации водно-этанольного экстракта снижало качество начинок по органолептическим и физико-химическим показателям.

Установлено, что оптимальной основой при производстве начинок для хлебобулочных изделий являются начинки из повидла на основе черной смородины, в которых вкус и запах водно-этанольного экстракта был нивелирован, а цвет оставался однородным и соответствовал натуральному цвету ягод. В остальных видах повидла специфический запах и цвет вод-но-этанольного экстракта сохранялись.

Рис. 1. Профиль органолептических показателей начинки из повидла черной смородины с водно-этанольным экстрактом Е.еуапезсет

Полученные начинки из повидла на основе черной смородины с добавлением водно-этанольного экстракта по показателям безопасности полностью отвечают требованиям нормативной документации, действующей на территории РФ.

На следующем этапе исследований проведена пробная выпечка образцов булочек по стандартной рецептуре с добавлением полученной начинки с водно-этанольным экстрактом и без него. Тесто готовили ускоренным, безопарным способом.

Так как с увеличением концентрации вносимого водно-этанольного экстракта в начинке, необходимой для создания функционального продукта, наблюдалось ухудшение вкуса, цвета и структуры, а также не обеспечивалась достаточная функциональность готового продукта, необходимое количество водно-этанольного экстракта было решено поделить между начинкой и тестовым полуфабрикатом. В результате получили нужный процент функционального ингредиента, который составил 5 % от массы фрук-

товой начинки и 5 % от массы муки в тестовом полуфабрикате, что обеспечило функциональную направленность готовых изделий.

Для подтверждения функциональной направленности готовых изделий с добавлением водно-этанольного экстракта было рассчитано обеспечение суточной потребности не только в йоде, но и в макро- и микроэлементах (табл. 2).

Таблица 2

Обеспечение суточной потребности в макро- и микроэлементах на 100 г готового изделия при внесении водно-этанольного экстракта бурой водоросли Г егапехсет

Наименование Суточная потребность (по данным Института питания РАМН) Содержание в 100 г готового изделия

Макроэлементы, мг:

калий 2500 5-8  10-3

натрий 1300 14-21  10-3

магний 400 3-5  10-3

кальций 1000 6 - 8  10-4

Микроэлементы, мкг:

йод 150 70-100

марганец 2000 7-15  10-2

цинк 12000 1-1,5  10-2

селен 55 24-36  10-4

кобальт 10 47-71  10-4

железо 10000 0,1-0,15

Из данных табл. 2 следует, что при внесении водно-этанольного экстракта бурой водоросли Е evanescens в булочки с начинкой из повидла на основе черной смородины обеспечение суточной потребности в йоде удовлетворяется на 50-66 %. Таким образом, согласно стребованиям ГОСТ Р 52349-2005 в соответствии с изменением №1 от 01.03.2011 г. «Продукты пищевые функциональные. Термины и определения» хлебобулочные изделия с начинкой из повидла на основе черной смородины с добавлением водно-этанольного экстракта можно отнести к продуктам питания с функциональной направленностью.

Была проведена также оценка качества выпеченных изделий в зависимости от концентраций вносимого водно-этанольного экстракта после полного их остывания по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям в соответствии с нормативной документацией РФ (рис. 2).

Органолептическая оценка показателей качества готовых булочек с начинкой без добавления и с добавлением водно-этанольного экстракта свидетельствует о том, что при добавлении водно-этанольного экстракта бурой водоросли Е evanescens цвет изделий изменился от светло-желтого до желтого.

Желтый цвет

Без

постороннего

запаха

Без

постороннего

привкуса

Формат и поверхность соответствуют виду изделия

Пропеченный мякиш, без следов непромеса

Рис. 2. Органолептическая оценка булочек с начинкой из повидла на основе черной смородины с добавлением (1) и без добавления (2) водно-этанольного экстракта Е evanescens

Это объясняется тем, что экстракт имеет коричневую окраску и при его внесении тесто немного темнеет. Остальные органолептические показатели качества по сравнению с контрольными образцами не изменились, также не менялись физико-химические показатели качества (рис. 3).

5,02

5

4,98

4,96

4,94

4,92

4,9

4,88

4,86

4,84

2,22

2,2

2,18

2,16

2,14

2,12

2,1

2,08

2,06

2,04

2

§Ш1 ІІІ^

1

41.5 41

40.5 40

39.5 39

38.5 38

2

щ

ИР

шр

1 ші

ш

Массовая доля сахара в переращете на сухое вещество, %

Влажность мякиша,

2

в

1

р 11

16,2

16

15.8

15.6

15.4 15,2

15

14.8

14.6

14.4

і

2

Кислотность мякиша, град

Массовая доля начинки к массе изделия, %

Рис. 3. Сравнительные диаграммы физико-химических показателей качества готовых булочек с повидлом из черной смородины с добавлением (1) и без добавления (2) водно-этанольного экстрата Е. evanescens.

По отдельным показателям отмечались лишь незначительные расхождения, которые не противоречат требованиям ГОСТ Р 52462-2005 «Изделия хлебобулочные из пшеничной муки. Общие технические условия».

Анализ показателей безопасности готовых изделий продемонстрировал их полное соответствие нормам СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».

Наши исследования показали, что применение побочного продукта при производстве БАД из морских водорослей в технологии производства хлебобулочных изделий и начинок для хлебобулочных изделий является целесообразным и перспективным. Водно-этанольный экстракт бурой водоросли Е evanescens отвечает требованиям, предъявляемым к ингредиентам для создания продуктов функционального питания. Достаточная сырьевая база для получения экстракта, низкая его стоимость как побочного продукта комплексной переработки водорослей - все это позволяет расширить ассортимент недорогих и полезных для здоровья продуктов, которые не требуют для производства существенных изменений технологического процесса.

Новые виды хлебобулочных изделий - хлеб и булочки с начинками с водно-этанольным экстратом бурой водоросли Е evanescens - могут быть отнесены к категории продуктов питания с функциональной направленностью и рекомендованы лицам всех возрастных групп для повышения защитных функций организма человека и нормализации его пищевого статуса.

Литература

1. Имбс Т.И. Полисахариды и низкомолекулярные метаболиты некоторых массовых видов бурых водорослей морей Дальнего Востока России. Способ комплексной переработки водорослей: автореф. дис. ... канд. хим. наук. - Владивосток, 2010. - 23 с.

2. Имбс Т.И. Сравнительное исследование химического состава и противо опухолевой активности водно-этанольных экстрактов бурых водорослей Laminaria cichorioides, Costaria costata и Ежш evanescens // Биология моря. 2009. Т. 35, № 2. С. 140-146.

3. Павлова Ж.П. и др. Бифидофукус - кисломолочный бифидумбактерин // Молочная промышленность. 2009. № 3. С. 7.

4. Смертина Е.С., Каленик Т.К., Федянина Л.Н. Новые хлебобулочные изделия функционального назначения // Вестник ТГЭУ 2009. № 3. С. 53-59.

5. Смертина Е.С. и др. Хлебобулочные изделия с добавкой из бурых водорослей // Пищевая промышленность. 2009. № 12. С. 66-67.

6. ТУ 9284-068-02698170-2007. Фуколам-Э. Экстракт бурой водоросли жидкий Технические условия / ТИБОХ ДВО РАН. - Владивосток, 2007. - 7 с.

7. Федянина Л.Н. [и др.] К вопросу о безопасности ингредиентов, примею-щихся для создания хлебобулочных изделий лечебно-профилактического назначения // Вестник ТГЭУ 2011. № 4. С. 82- 86.

8. Федянина Л.Н., Каленик Т.К., Смертина Е.С. и др. Перспективы примене ния отходов производства БАД из морских водорослей для создания про

дуктов функционального питания // Материалы 7-й ме^цунар. науч.-практ. конф.«Ключевые вопросы в современной науке-2011». София: БялГРАД-БГ, 2011. Т. 35. С. 92-94.

References

1. Imbs T.I. Polysakharidy i nizkomolekulyarnye metabolity nekotorykh vidov burykh vodoroslei morei Dalnego Vostoka Rossii. Sposob kompleksnoi pere-rabotki vodoroslei [Polysaccharides and low molecular weight metabolites of some common species of brown algae seas of the Far East of Russia. Meth od of complex processing of algae].: Author, dis. ... Candidate Chem. Sciences: 02.00.10. Vladivostok, 2010. 23 p.

2. Imbs T.I. Sravnitelnoe issledovanie khimicheskogo sostava I protivoopukhole-holevoi aktivnosti vodno-etanolnykh ekstraktov burykh vodoroslei Lami-naria cichorioides, Costaria costata i Fucus evanescens [Comparative study of the chemical composition and antitumor activity of water-ethanol extracts of brown seaweed Laminaria cichorioides, Costaria costata and Fucus evane-scens]. Marine Biology, 2009, vol. 35, no 2, pp. 140-146.

3. Pavlova J.P. i dr. Bifidofukus - kislomolochnyi bifidumbakterin [Bifidofukus -fermented bifidumbakterin]. Dairy Industry, 2009, no. 3, p. 7.

4. Smertina E.S., Kalenik T.K., Fedyanina L.N. Novye khlebobulochnye izdeliya funktsionalnogo naznacheniya [New bakery functionality]. Vestnik PSUE, 2009, no 3, pp. 53-59.

5. Smertina E.S. Khlebobulochnye izdeliya s dobavkoi iz burykh vodoroslei [Bakery products with the addition of kelp]. Food, 2009, no 12, pp. 66-67.

6. TS 9284-068-02698170-2007. Fukolam-E. Ekstraktburoi vodoroslizhidkii. Tekhnicheskie usloviya [Fukolam-E. Brown seaweed extract liquid. Technical standards]. Vladivostok: PIBOC FED RAS, 2007, 7 p.

7. Fedyanina L.N. K voprosu o bezopasnosti ingredientov, primenyaushchikh-syadlya sozdaniya khlebobulochnyh izdelii lechebno-profilakticheskogo naznacheniya [On the safety of ingredients used to create the bakery medical prophylactic]. Vestnik PSUE, 2010, no 4, pp. 82-86.

8. Fedyanina L.N., Kalenik T.K., Smertina E.S. etc. The prospects of waste supplements from algae to create a functional food [Perspectivy primeneniya otkhodov proizvodstva BAD iz morskikh vodoroslei dlya sozdaniya produk-tov funktsionalnogo pitaniya]. Materialy 7 Mezhdunarodnoi nauch. kon-ferensis "Kluchevye voprosy v sovremennoi nauke-2011". [Proceedings of the 7th International Scientific Conference "Key issues in contemporary science-2011]. Sofia, ByalGRAD-BG LTD, 2011, vol. 35, pp. 92-94.

© Смертина Е.С., Федянина Л.Н., Лях В.А., 2012