ДОБАВКА, СОХРАНЯЮЩАЯ СВЕЖЕСТЬ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
ADDITIVE PRESERVING FRESHNESS OF FOOD PRODUCTS

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для сохранения свежести пищевых продуктов, в том числе мучных кондитерских изделий (печенья, бисквитов и т.п.), мяса, рыбы, птицы, сыра, фруктов.
В настоящее время для сохранения свежести пищевых продуктов используются различные химические средства искусственного и природного происхождения. Так, например, для обеспечения длительного хранения некоторых продуктов (чаще овощей, фруктов) используют замачивание в растворах перманганата калия и лимонной кислоты с последующей обработкой медицинским клеем (патент RU №2280382), обработку метаболитами пропионо-кислых бактерий, антибиотиками, литическими ферментами (патент RU 2321239), добавление определенных пептидов (патент RU №2370102), силикатов щелочных металлов (патент RU №2327372), фосфоорганических олигомеров (патент RU №2184470), йод-крахмальных композиций (патент RU №2133570), экстракта бересты (патент RU №2322160), продукта культивирования мицелиальных грибов (патенты RU №№2264761, 2264760, 2264759, 2264757, 2264756 и др.).
Как правило, перечисленные методы являются трудоемкими и длительными, т.к. в них наряду с использованием химических средств применяются еще определенные процедуры (например, облучение ультрафиолетом, температурная обработка, вакуумная обработка и др.). Кроме того, каждый способ, как правило, предлагается для ограниченного вида пищевых продуктов, часто для одного вида овощей, фруктов.
Известна также добавка (улучшитель для мучных кондитерских изделий), которая включает жировую фазу, сахарный песок, эмульгатор, стабилизатор и воду, причем в качестве части жировой фазы используют лецитин (патент RU №2244427). Однако эта добавка не обладает влагоудерживающими свойствами.
Известно использование паров воды и пропионовой кислоты для обработки в специальной камере хлеба с целью повышения его стойкости к хранению (патенты RU №№2111671, 215318). В результате такой обработки хлеб, как указано в описаниях патентов, хранится долго, не плесневея, но черствеет. Таким образом, такая обработка не способствует длительному сохранению влаги в хлебе, отчего и происходит очерственение.
Близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности являются известные добавки, сохраняющая свежесть пищевых продуктов, на основе компонента природного происхождения, пропиленгликоля и воды.
Известна добавка, включающая, пропиленгликоль, воду, обжиговый продукт устричных раковин (патент RU №2095991). Указанная добавка является недостаточно эффективным средством, сохраняющим свежесть продуктов, т.к. обладает недостаточно высокими показателями антимикробных и влагоудерживающих свойств.
За прототип предлагаемого изобретения выбрана добавка, сохраняющая свежесть пищевых продуктов, описанная в патенте RU 2316228 и представляющая собой продукт взаимодействия компонента природного происхождения, аскорбиновой или лимонной кислоты, предварительно приготовленного водного раствора бензойной кислоты или ее щелочной или щелочноземельной соли и пропиленгликоля при следующем соотношении компонентов, в расчете на сухой остаток, мас.%:
Пропиленгликоль
50,00-96.00
бензойная кислота или ее щелочная
или щелочноземельная соль
1,00-6,00
аскорбиновая или лимонная кислота
1,00-3,00
компонент природного происхождения
0,01-0,50
вода
остальное,
при этом в качестве компонента природного происхождения используют пропиленгликолевый или водно-пропиленгликолевый с содержанием воды до 50 мас.% экстракт растительного сырья, выбранного из группы, включающей листья подорожника, ягоды облепихи, цветки липы, шелуху овса, шелуху риса, корень лопуха, ягоды винограда и косточки винограда (патент RU №2316228).
Добавка, выбранная в качестве прототипа, обладает недостаточными влагоудерживающими и запахосохраняющими свойствами.
Техническая задача изобретения состоит в повышении способности пищевой добавки сохранять свежесть продуктов за счет улучшения ее влагорегулирующих и запахосохраняющих свойств, при сохранении того же, что и в прототипе, уровня антимикробных свойств или некотором его повышении.
Поставленная задача достигается тем, что предлагается добавка, сохраняющая свежесть пищевых продуктов, содержащая аскорбиновую или лимонную кислоту или соль лимонной кислоты, а также продукт взаимодействия компонента природного происхождения с раствором воды, пропиленгликоля и глицерина, в котором соотношение пропиленгликоля к глицерину составляет 3:1, при следующем соотношении исходных компонентов добавки мас.%:
аскорбиновая или лимонная кислота или соль
лимонной кислоты
1,00-3,00
пропиленгликоль
30,00-72,00
глицерин
10,00-24,00
компонент природного происхождения
0,01-0,50
вода
остальное,
при этом в качестве компонента природного происхождения используют пропиленгликолевый или водно-пропиленгликолевый с содержанием воды до 50 мас.% экстракт растительного сырья, выбранного из группы, включающей цветки липы, листья подорожника, ягоды облепихи, шелуху овса, розмарин, шелуху риса, корень лопуха, ягоды винограда и косточки винограда.
Новый технический результат состоит в повышении эффективности сохранения пищевыми продуктами (при использовании предлагаемой добавки) влаги и запаха на 20-30% по сравнению с прототипом, при том же или несколько более высоком уровне антимикробной активности. Сравнительные эксперименты проводили путем оценки изменения веса пищевых продуктов в % к исходному в разные сроки хранения в условиях комнатной температуры (например, через 1; 3; 7; 10; 30 суток хранения; с учетом предельно возможных сроков хранения, которые были разными для разных продуктов), а также путем оценки сохранения запаха (в баллах по 5-балльной системе, где 5 - высший балл) в эти же сроки в отношении этих же пищевых продуктов. В ходе этих экспериментов исследовали широкий спектр видов пищевых продуктов (бисквиты, различные мясные и рыбные продукты, сыры, некоторые ягоды). Далее по тексту будут приведены подробные описания экспериментов и доказательства достижения нового технического результата: описания методик, результаты в отношении конкретных продуктов, таблицы, примеры. Параллельно с исследованием влагорегулирующих и запахосохраняющих свойств оценивали сроки отсутствия роста культур микроорганизмов в питательной среде и на обработанных добавкой продуктах; эти сроки оказались на одном уровне с прототипом или несколько выше (конкретные результаты в отношении различных пищевых продуктов также будут приведены ниже).
В целом в отношении нового технического результата можно сказать, что предлагаемая добавка обладает на 20-30% лучшими, чем прототип, влагорегулирующими и запахосохраняющими свойствами, при практически одинаковой с прототипом или несколько повышенной антимикробной эффективности.
Предлагаемое изобретение отвечает критериям «новизна» и «изобретательский уровень», т.к. авторами данной заявки впервые установлено, что при использовании отраженной в формуле изобретения совокупности существенных признаков возможно усиление в сравнении с прототипом влагорегулирующих и запахосохраняющих свойств, при том же или несколько повышенном уровне антимикробной активности. Полученный новый технический результат не является очевидным, т.к. основан на многих не известных ранее закономерностях и свойствах, установленных авторами данной заявки в ходе разработки предлагаемой добавки. Более подробно указанные закономерности и свойства описаны ниже в ходе подробного раскрытия сущности изобретения.
Существенными для достижения нового технического результата являются все отраженные в формуле изобретения признаки, а именно:
- определенный состав ингредиентов добавки (лимонная или аскорбиновая кислота или соль лимонной кислоты; пропиленгликоль; глицерин; компонент природного происхождения; вода);
- определенные количественные показатели ингредиентов (только в пределах указанных в формуле изобретения диапазонов);
- использование некоторых ингредиентов только в виде предварительно приготовленного продукта взаимодействия с другим(и) ингредиентом(ами), например это раствор воды, пропиленгликоля и глицерина, а также продукт взаимодействия компонента природного происхождения с указанным раствором воды, пропиленгликоля, глицерина;
- использование определенных компонентов природного происхождения (только из числа перечисленных в формуле изобретения - листья подорожника, шелуха овса, розмарин, косточки винограда и т.д.).
Подробное обоснование существенности перечисленных отличительных признаков для достижения нового технического результат приведено далее по тексту в таблицах от 2 до 6, отражающих экспериментальное подтверждение причинно-следственной связи между признаками и достигаемым эффектом.
Технический результат изобретения достигается при использовании любого из указанных в формуле изобретения экстрактов растительного сырья. Возможно использование готовых товарных экстрактов; как правило, их концентрация составляет от 2 мас.% и выше. Технический результат существенно не зависит также и от выбора указанных органических кислот: аскорбиновая или лимонная кислота или соль лимонной кислоты (использовали калиевые и кальциевые соли лимонной кислоты). Эти положения также обоснованы ниже в таблицах.
Добавку готовят взаимодействием компонентов при их перемешивании, при этом нагревание смеси не обязательно. Последовательность приготовления добавки выбирают следующим образом: 1) смешение пропиленгликоля, глицерина и воды с получением раствора воды, пропиленгликоля и глицерина; 2) добавка компонента растительного происхождения (листьев подорожника, шелухи овса и др.) в полученный раствор пропиленгликоля, глицерина и воды и последующее длительное перемешивание; 3) введение в полученный продукт (продукт взаимодействия компонента природного происхождения с раствором воды, пропиленгликоля и глицерина) лимонной кислоты или ее соли или аскорбиновой кислоты. Необходимость приготовления добавки именно в такой последовательности обоснована теоретически и экспериментально. Сначала необходимо смешать пропиленгликоль, глицерин и воду, чтобы получить трехъингредиентный раствор, обладающий способностью осуществить вытяжку отдельных веществ, входящих в состав компонента природного происхождения, и сформировать их структуру. Формирование указанной структуры достигается только в условиях поддержания определенной величины pH среды; именно поэтому лимонную кислоту, способную резко изменить pH среды, необходимо вводить последней из всех используемых в предлагаемой добавке ингредиентов. Эксперименты с приготовлением добавки путем не последовательного, а одновременного смешения всех ингредиентов не приводили к достижению нового технического результата в сравнении с прототипом.
При составлении добавки необходимо, чтобы общее количество воды, пропиленгликоля, глицерина а также содержание других компонентов находилось в пределах, указанных в формуле изобретения, а соотношение припиленгликоля и глицерина составляло 3:1.
Перечисленные в формуле изобретения признаки являются необходимыми условиями для достижения технического результата. Нарушение указанных условий приводит к снижению активности добавки как средства, повышающего свежесть продуктов, что, в частности, будет показано ниже в таблицах от 2 до 6.
Для сохранения свежести пищевого продукта предлагаемую добавку либо наносят на поверхность продукта, например методом окунания, опрыскивания и др., либо вводят внутрь продукта в процессе его приготовления (например, внутрь теста для бисквита или внутрь фарша для котлет).
С учетом санитарно-гигиенических требований, количество добавки выбирают таким образом, чтобы содержание пропиленгликоля в добавке составляло не более 0,3 мас.% от массы обрабатываемого продукта.
Далее приводятся результаты экспериментов, подтверждающих достижение нового технического результата в сравнении с прототипом, а также существенность использования для этого достижения совокупности признаков, отраженной в формуле изобретения.
Тестовые испытания по исследованию влагорегулирующих свойств предлагаемой добавки проводились путем определения изменения веса (в % к исходному, т.е. до обработки пищевого продукта добавкой) через определенный период хранения обработанного добавкой пищевого продукта в условиях комнатной температуры. При этом сравнивали изменение веса при использовании известной добавки (по прототипу) и предлагаемой добавки; брались одинаковые по весу образцы обработанного пищевого продукта. Все исследования проводились в сопоставимых условиях: исследуемые пищевые продукты в каждой серии экспериментов приобретались в одной торговой точке в один день и, как правило, из одной тары (ящика, мешка, коробки и т.п.). Хранение всех образцов в каждой серии экспериментов проводилось в одном и том же помещении при одинаковых температурно-влажностных показателях. Изменение веса определяли, как правило, через 1, 3, 7, 10, 20, 30 суток (предельные сроки хранения зависели от вида пищевого продукта).
Оценку запахосохраняющих свойств предлагаемой добавки и прототипа проводили методом экспертной оценки по пятибалльной системе (5 баллов - высший балл) комиссией из пяти экспертов по среднему баллу, не учитывая два крайних результата. Свежесть продуктов в части запахосохранения оценивалась в те же сроки, что и изменение веса.
Микробиологические тестовые испытания проводили по методике испытаний, предложенной в книге Э.Люк, М.Ягер. «Консерванты в пищевой промышленности», С-П ГИОРД, 2003, стр.54 и описанной в Фармакопее XI. В качестве питательной среды была выбрана питательная среда Сабуро №2 (ГОСТ 10444.12). При испытаниях в нее добавляли различные количества исследуемого состава или вещества и высевали чистую культуру тестируемого микроорганизма (Penicilium cyclopium Westling BKM F-265). После нескольких дней инкубации исследовали различия в развитии культур микроорганизмов на отдельных образцах.
Кроме того, оценивали сроки начала роста микроорганизмов на образцах обработанных пищевых продуктов, хранимых при комнатной температуре, по визуально определяемым невооруженным глазом признакам появления плесени и подобных свидетельств порчи продукта.
В таблицах от 1 до 7 приведены составы композиций добавок и результаты их испытания, доказывающие достижение нового технического результата в сравнении с прототипом, а также причинно-следственную связь между отличительными признаками изобретения и достигаемым техническим результатом.
Таблица 1 отражает доказательства достижения нового технического результата в сравнении с прототипом. В ней приведены результаты сравнительного исследования антимикробной активности, влагорегулирующих и запахосохраняющих свойств предлагаемой добавки и прототипа. Показано, что предлагаемая добавка обладает на 20-30% лучшими, чем прототип, влагорегулирующими и запахосохраняющими свойствами, при практически одинаковой с прототипом или несколько повышенной антимикробной эффективности.
Примечания к таблице 1:
- количественные значения составов 1, 2, 3 даны в ниже таблице 1-1;
- проводились серии экспериментов с использованием различных компонентов природного происхождения, перечисленных в формуле изобретения, а также различных кислот и солей (лимонной, аскорбиновой кислот, таких солей лимонной кислоты, как кальциевая, калиевая); результаты были аналогичны;
- в таблице указаны средние значения показателей, полученные в серии экспериментов;
Таблица 1-1.
Количественные значения ингредиентов в составах 1, 2, 3, указанных в таблице №1
Компонент
Количественное содержание, мас.%
Состав 1
Состав 2
Состав 3
Пропиленгликоль
60
30
72
Глицерин
20
10
24
Лимонная или
1
3
1
аскорбиновая кислота или
соль лимонной кислоты
Компонент природного
0,05
0,5
0,01
происхождения
Вода
18,95
56,5
2,99
Таблицы от 2 до 6 отражают существенность признаков формулы изобретения для достижения нового технического результата.
Таблица 2 отражает результаты экспериментов, подтверждающих необходимость и достаточность совокупности ингредиентов, указанных в формуле изобретения; исключение хотя бы одного ингредиента приводит к невозможности достижения нового технического результата.
Таблица 3 подтверждает существенность количественных показателей; выход за указанные в формуле изобретения диапазоны приводит к невозможности достижения нового технического результата.
Таблица 4 подтверждает эквивалентность замены аскорбиновой кислоты на лимонную кислоту или на соль лимонной кислоты.
Таблица 5 отражает результаты экспериментов по исследованию влияния вида компонента природного происхождения на достигаемый результат; установлено, что все перечисленные в формуле изобретения компоненты (листья подорожника, ягоды облепихи, шелуха овса, розмарин и т.д.) дают аналогичные результаты.
Таблица 6 отражает результаты экспериментов по исследованию влияния концентрации растворов экстрактов компонентов природного происхождения; показано, что перечисленные в формуле изобретения варианты дают аналогичные результаты.
Таблица 2
Исследование влияния отсутствия одного из компонентов
Компоненты композиции, мас.%
1
4
5
6
7
Результаты испытания по примерам 1, 4-7
Пропиленгликоль
60,00
60,00
60,00
60,00
0
Глицерин
20,00
0
20,00
20,00
20
Лимонная кислота
1,00
1,00
0
1,00
3
Пропиленгликолевый экстракт шелухи овса
0,05
0,05
0,05
0
0,05
Вода
18,95
38,95
19,95
19,00
76,95
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток
18%
29%
32%
30%
40%
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток в
прототипе составляет 29%
Отсутствие развития культур
16,0
1 12,0
8,0
7,0
5,5
микроорганизмов в среде Сабуро, сутки (предлагаемая добавка)
Отсутствие развития культур микроорганизмов в среде Сабуро, дни (прототип) составляет 12 суток
Таблица 3
Исследование влияния запредельных значений компонентов
Компоненты композиции, мас.%
1
8
9
Результаты испытания по примерам 1, 8, 9
Пропиленгликоль
60,00
25,00
90,00
Глицерин
20,00
30,00
8,00
Лимонная кислота
1,00
7,00
0,80
Пропиленгликолевый экстракт шелухи овса
0,05
0,005
0,60
Вода
18,95
41,995
0,60
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток
18%
28%
30%
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток в прототипе составляет 29%
-
-
-
Отсутствие развития культур среде Сабуро, сутки (предлагаемая добавка) микроорганизмов
13
7
8
Отсутствие развития культур микроорганизмов в среде Сабуро, дни (прототип) составляет 12 суток
-
-
Таблица 4
Исследование влияния природы органической кислоты
Компоненты композиции, мас.%
1
10
11
Результаты испытания по примерам 1, 10, 11
Пропиленгликоль
60,00
60,00
60,00
Глицерин
20,00
20,00
20,00
Лимонная кислота
1,00
0
0
Аскорбиновая кислота
0
0
1,00
Однозамещенная калиевая соль лимонной кислоты
0
1,00
0
Пропиленгликолевый экстракт шелухи овса
0,05
0,05
0,05
Вода
18,95
18,95
18,95
Уменьшение веса бисквита к % к исходному через 10 суток
18%
17%
19%
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток в прототипе составляет 29%
-
-
-
Отсутствие роста культур микроорганизмов в среде Сабуро, сутки
13
15
13
Отсутствие развития культур микроорганизмов в среде Сабуро, дни (прототип) составляет 12 суток
-
-
-
Таблица 5
Исследование влияния природы растительного сырья
Компоненты композиции, мас.%
1
12
13
14
15
16
17
Результаты испытания
по примерам 1, 12-17
Пропиленгликоль
60,00
60,00
60,00
60,00
60,00
60,00
60,00
Глицерин
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
20,00
Лимонная кислота
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
Пропиленгликолевый экстракт шелухи овса
0,05
0
0
0
0
0
0
Пропиленгликолевый экстракт розмарина
0
0,05
0
0
0
0
0
Пропиленгликолевый экстракт подорожника
0
0
0,05
0
0
0
0
Пропиленгликолевый экстракт облепихи
0
0
0
0,05
0
0
0
Пропиленгликолевый экстракт цветков липы
0
0
0
0
0,05
0
0
Пропиленгликолевый экстракт косточек винограда
0
0
0
0
0
0,05
0
Пропиленгликолевый экстракт корня лопуха
0
0
0
0
0
0
0,05
Вода
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
Уменьшение веса бисквита в % к
исходному через 10
18
19
18
20
17
18
20
суток
Уменьшение веса бисквита
-
-
-
-
-
-
-
в % к исходному
через 10 суток в прототипе составляет 29%
Отсутствие роста культур
микроорганизмов в среде
14
14
14
13
14
15
14
Сабуро, сутки
Отсутствие развития
-
-
-
-
-
-
-
культур микроорганизмов в среде Сабуро, дни(прототип) составляет 12 суток
Таблица 6
Исследование влияния различных видов и концентраций экстрактов
продукта природного происхождения на эффективность добавки
Компоненты композиции (на
сухое), мас.%, результаты
1
18
19
20
21
22
23
испытаний по примерам 1, 18-23
Пропиленгликоль
60
60
60
60
60
60
60
Глицерин
20
20
20
20
20
20
20
Лимонная кислота
1
1
1
1
1
1
1
Пропиленгликолевый экстракт шелухи овса (40 мас % воды)
0,05
0
0
0
0
0
0
Водно-пропиленгликолевый
экстракт шелухи риса (40 мас.% воды)
0
0,05
0
0
0
0
0
Водно-пропиленгликолевый
0
0,05
0
0
0
0
экстракт подорожника (50
0
мас.% воды)
Водно-пропиленгликолевый
экстракт облепихи (20 мас.% воды)
0
0
0
0,05
0
0
0
Водно-пропиленгликолевый
экстракт цветков липы (10
0
0
0
0
0,05
0
0
мас.% воды)
Водно-пропиленгликолевый
экстракт косточек винограда (5 мас.% воды)
0
0
0
0
0
0,05
0
Водно-пропиленгликолевый
экстракт корня лопуха (50
0
0
0
0
0
0
0,05
мac.% воды)
Вода
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
18,95
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10 суток
18
18
16
17
18,5
16,5
17,8
Уменьшение веса бисквита в % к исходному через 10
суток в прототипе
-
-
-
-
-
-
-
доставляет 29%
Отсутствие роста культур
микроорганизмов в среде
14
14
15
13
15
14
15
Caбуро, дни
Отсутствие развития культур микроорганизмов
в среде Сабуро, дни (прототип) доставляет
-
-
-
-
-
-
-
12 суток
Оценка эффективности применения добавки, сохраняющей свежесть пищевых продуктов, по изобретению в мучных кондитерских изделиях (бисквите - рулете, рецептура которого приведена в табл.7).
Таблица 7
Рецептура рулета фруктового
Наименование сырья
Расход сырья на готовую продукцию, г/кг
Мука пшеничная 1 сорт
255,7
Сахар-песок
255,7
Меланж
426,2
Эссенция
1,4
Начинка фруктовая
296,3
Итого сырья
1235,3
Бисквит выпекали при температуре 200°С в течение 12 мин. Охлажденный бисквит влажностью 20,0±3,0% смазывали фруктовой начинкой и свертывают в виде рулета, затем разрезали на части.
Образец №1:
Содержит в бисквитной части добавку, сохраняющую свежесть пищевых продуктов, по примеру №1 из таблиц от №2 до №6 в количестве 0,5 мас.%.
Образец №2:
Содержит в бисквитной части добавку по прототипу (пример 1 в описании патента) в количестве 0,5 мас.%.
Образец №3 (контрольный):
Не содержит в бисквитной части никаких добавок.
Оценка сохранения запаха проводилась по пятибалльной системе комиссией из пяти экспертов по среднему баллу, не учитывая два крайних результата. Свежесть продуктов в части запахосохранения оценивалась через 1, 2, 7, 30 дней после начала испытаний.
Результаты испытаний следующие:
- образец №1 - через 1; 3; 7; 30 дней соответственно 5; 5; 5; 4 баллов,
- образец №2 (прототип) - через 1; 3; 7; 30 дней соответственно 5; 4; 4; 3 балла
- образец №3 (без обработки) - через 1; 3; 7; 30 дней соответственно 4; 4; 2; 1 балла
Аналогичные испытания по оценке запахосохранения проводились в отношении следующих пищевых продуктов: вареные мясо, рыба, птица; сыр; свежая слива. Результаты аналогичны: с помощью предлагаемого состава добавки результаты всегда были на 1-3 балла выше, чем в прототипе.