«МУКА РАСТИТЕЛЬНАЯ ИЗ ПЛОДОВ РАСТОРОПШИ ПЯТНИСТ�

«МУКА РАСТИТЕЛЬНАЯ ИЗ ПЛОДОВ РАСТОРОПШИ ПЯТНИСТОЙ» КАК АНТИОКСИДАНТ В МОЛОЧНОМ ЖИРЕ

Одна из основных задач, которую решают специалисты в области пищевой биотехнологии - продление сроков хранения продуктов питания с сохранением их качества. Эта задача особенно актуальна для специалистов молочной промышленности и связана с тем, что сроки хранения свежих молочных продуктов составляет от нескольких часов до нескольких дней. Продолжительность хранения продуктов питания зависит от изменений, происходящих с их основными составляющими: белками углеводами и в первую очередь с липидами. Образование и накопление первичных продуктов распада липидов (перекисей и гидроперекисей) оказывает токсичное действие на живой организм, хотя при этом ощутимо не изменяются органолептические и функционально-технологические свойства пищевого продукта. Дальнейшее окисление липидов с образованием альдегидов и кетонов (вторичных продуктов распада липидов) придает продукту специфический привкус прогорклости [3]. С целью подавления вышеупомянутых процессов, в продукты вносят антиоксиданты природного или синтетического происхождения. На сегодняшний день наиболее перспективными и востребованными являются антиоксидантные препараты растительного происхождения.

Одними из новых препаратов растительного происхождения, для применения в качестве антиоксидантов в пищевой промышленности, являются препараты, полученные из семян расторопши пятнистой. В них содержатся флаволигнаны. Флаволигнаны - флавоноиды, содержащие в своем составе дополнительный фенилпропаноидный фрагмент (-С6-С3-). Главным действующим компонентом этого препарата является силимарин - смесь трех основных изомерных соединений - силикристина, силидианина и силибина. Последний из них превалирует по количественному составу и обладает наиболее высокой биологической активностью и биодоступностью.

Способность препаратов расторопши пятнистой взаимодействовать с активными формами кислорода объясняется фенольной структурой молекулы силибина, антиоксидантный эффект обусловлен взаимодействием со свободными радикалами и превращением их в менее агрессивные соединения. Тем самым прерывается процесс перекисного окисления липидов. Благодаря этим свойствам, расторопша пятниста (Silybum marianum [L.] Gaertn) нашла широкое применение в медицине как гепато- и экопротекторов.

Однако в литературных источниках не найден опыт применения препаратов расторопши пятнистой в качестве антиоксидантов для продуктов питания, так же не известны концентрации его внесения.

В связи с тем, что молочные жиры являются скоропортящимся продуктом, распадающимся на альдегиды, кетоны и другие карбонильные соединения, оказывающие токсичное действие на живой организм, нами решено исследовать воздействие препарата из семян расторопши пятнистой на подавление процесса окисления молочного жира.

Как известно, в составе препаратов из семян расторопши пятнистой доминирующим является силибин, обладающий наибольшей биологической активностью. Учитывая и то, что на сегодняшний день имеются методики определения количественного содержания силибина в препаратах на основе семян расторопши пятнистой, исследования подавления процесса окисления вели, изменяя концентрацию содержания силибина.

Исследования проводились на молочном жире с внесением в него сертифицированного препарата «Мука растительная из плодов расторопши». Следующим этапом определяли количественное содержание силибина в исследуемом препарате.

Содержание силибина в препарате «Мука растительная из плодов расторопши» определяли методом, описанным во временной фармакопейной статье (ВФС) №42-3380-99 «Плоды расторопши пятнистой». Был получен спиртовой экстракт препарата, который в дальнейшем измеряли на высокоэффективном жидкостном хроматографе (ВЭЖХ). Измерения проводились в сравнении со спиртовым раствором государственного стандартного образца (ГСО) силибина, по результатам измерения получена хроматограмма представленная на рис. 1.

Рис. 1. Хроматограмма стандарта силибина и исследуемого образца продукта переработки семян расторопши пятнистой: 1 - ГСО силибин; 2 - препарат «Мука растительная из плодов расторопши»

По результатам анализа, из хроматограммы стандарта силибина и исследуемого образца, определено содержание силибина в растворе препарате расторопши пятнистой.

По формуле закона Ламберта - Бера было рассчитано количественное содержание силибина в растворе образца:

[мг/л], (1)

где: Аобразца - оптическая плотность спиртового раствора препарата расторопши; Аобразца - оптическая плотность спиртового раствора ГСО силибина; Сстанд ГСО - концентрация силибина в спиртовом растворе ГСО

Далее был проведен пересчет для определения процентного содержания силибина в исходном (сухом) препарате плодов расторопши пятнистой. Расчет велся путем обратной пропорции, на основании метода приготовления растворов по ВФС №42-3380-99. Проведенные расчеты показали, что в (сухом) препарате «Мука растительная из плодов расторопши» содержится 0,19% силибина.

Поисковые опыты с целью изучения антиоксидантных свойств, исследуемого препарата были заложены с тремя различными концентрациями содержания силибина мг/кг масла (20 мг/кг, 50 мг/кг, 100 мг/кг).

Опыты проводились с трехкратной повторностью, с учетом рандомизации и сопровождались контрольными образцами, для сравнения (масло без добавления антиоксиданта), образцы хранились при температуре 50 0С в термостате.

Основным оценочным показателем эффективности антиоксиданта, является подавление окислительного процесса, определяющегося путем сравнения накопленного количества продуктов окисления (альдегидов) в контрольном и исследуемых образцах.

Показатель активности антиоксиданта обратно пропорционален показателю накопления в исследуемом масле конечных продуктов окислительного распада глицеридов-альдегидов.

Измерения количества альдегидов проводились, с применением метода, описанного в патенте №2192005, 2002 «Способ определения срока годности пищевых продуктов» [4]. Измерения антиоксидантной активности препарата расторопши пятнистой в экспериментальных образцах проводились на 0-е, 7-е, 14-е, 21-е и 28-е сутки. Для проведения исследований использовали сливочное масло, жирностью 72,5%. Зависимость накопления продуктов окисления (альдегидов) от продолжительности хранения образцов показано на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость процесса накопления количества альдегидов в исслеуемом образце масла жирностью 72,5%, от срока хранения, при температуре 50оС и изменении концентрации силибина в масле

Анализ полученных результатов показал, что наибольшую антиоксидантную активность препарат «Мука растительная из плодов расторопши» проявил при концентрации силибина 20 мг/кг, на 28 сутки хранения, количественное содержание альдегидов составило 750 мг/кг, что на 30% ниже контрольного показателя, 1050 мг/кг.

Известно, на накопление альдегидов активно влияют такие факторы как дозировка антиоксиданта, температура хранения, жирность молочного продукта, сроки хранения.

С целью определения изменения антиоксидантных свойств флаволигнанов препарата расторопши пятнистой «Мука растительная из плодов расторопши» в зависимости от одновременного варьирования выше перечисленных факторах, влияющих на процесс образования альдегидов, планировали многофакторный эксперимент.

Использование статистических методов из теории вероятностей (теории планирования эксперимента) в значительной степени упрощает отыскание оптимальных условий в поставленной задаче.

Для достижения цели нами проведен многофакторный эксперимент с использованием матрицы планирования полнофакторного эксперимента 24.

При постановке эксперимента выбору факторов уделялось особое внимание. Под факторами подразумеваем независимо изменяющуюся переменную величину, принимающую в некоторый момент, определенное значение, т.е. дискретную (независимую) от других факторов величину. Каждое значение фактора, называется уровнем, а совокупность уровней образует область определения.

Факторы для проведения полнофакторного эксперимента выбирали из условий того, что фактор должен быть: управляемым (внутри области определения фактору можно было придавать любое выбранное значение и поддерживать его в течение всего опыта постоянным); однозначным (не должны быть функциями других факторов); точность замеров уровней факторов должна быть выше точности фиксирования значений параметра оптимизации; совместимым (любая комбинация уровней внутри областей определения может быть реализована); независимым (возможно установление факторов на любом уровне вне зависимости от уровней других факторов).

Фактор - должен быть существенным, влияющим, значимым для процесса накопления альдегидов. В качестве независимых факторов, изменяющихся одновременно, во время процесса образования и накопления альдегидов выбраны: фактор Х1, - дозировка антиоксиданта, изменяется в пределах от 10 до 30 мг силибина на кг продукта; фактор Х2 - температура хранения, изменяется в пределах 20-50оС; фактор Х3 - жирность, изменяется в пределах 72,5 - 99%; фактор Х4 - срок хранения образцов, изменяется от 14 до 28 суток.

Когда исследование изучаемого процесса протекает при неполном знании механизма «черного ящика» объекта исследования - влияние одновременного воздействия всех четырех факторов на конечный результат, аналитическое выражение функции отклика неизвестно. Тогда функция отклика выражается уравнением регрессии вида (2) [2]:

y=b0+ bixi + bijxixj (2)

где xi, xJ - значение выбранных независимых переменных факторов; b0- свободный член, равный выходу при Хi = 0; bi,bJ - коэффициенты регрессии соответствующих факторов, указывающие влияния того или иного фактора на изучаемый объект;

При такой постановке задачи, математическая модель, описывающая процесс имеет вид (3):

У=b0 + b1x1+ b2x2 +b3x3 + b4Х4+b1,2Х1Х2+b1,3Х1 Х3+b1,4Х1 Х4+b2,3Х2 Х3+b2,4Х2 Х4+

b3,4 Х3 Х4+ b1,2,3 Х1 Х2 Х3+b1,2,3,4Х1 Х2 Х3 Х4 (3)

При составлении плана эксперимента предварительно назначаем уровни варьирования факторов. Для уменьшения объема экспериментальной и счетной работы, в многофакторных экспериментах факторы варьировали на двух уровнях. Для получения математической модели решаемой задачи, пределы варьирования значений факторов кодировались, -1 и +1 соответственно как нижний и верхний пределы. Нулевое кодированное значение факторов определялось как среднеарифметическое между -1 и +1. Интервал варьирования факторов должен быть больше удвоенной среднеквадратичной ошибки и его определения. Кодовое обозначение уровней варьирования факторов участвующих в многофакторном эксперименте приведены в таблице 1.

Согласно существующих методик проводились расчеты коэффициентов регрессии. Оценку значимости коэффициентов регрессии определяли по t - критерию Стьюдента, воспроизводимость модели определяли по G - критерию Кохрена, проверка адекватности математической модели оценивали по F - критерию Фишера.

По результатам обработки цифрового материала проведенных многофакторных экспериментов с использованием статистических методов и регрессионного анализа получена математическая модель в виде уравнения регрессии (4), адекватно описывающая процесс накопления альдегидов, при варьировании независимых переменных факторов в заданных пределах.

Таблица 1. Кодирование интервалов варьирования независимых переменных факторов

Наименование уровней варьирования факторов

Кодовые значения факторов

Физическое значение варьируемых факторов

Наименование факторов

Х1

Х2

Х3

Х4

Шаг варьирования

-

10

15

13.7

14

Х1 - дозировка антиоксиданта, мг/кг

Х2 - температура хранения, оС

Х3 - жирность молочного продукта, %

Х4 - срок хранения , сутки

Верхний уровень

+1

30

50

99,9

28

Нулевой уровень

0

20

35

86.2

14

Нижний уровень

-1

10

20

72,5

0

У=674,75-42,38Х1+206,38Х2+322Х3+97,38Х4+5,75Х1Х2-47,63Х1Х3+

6,25Х1Х4+18,13Х2Х3+96Х2Х4-9,38Х3Х4 (4)

Уравнение регрессии (4) описывает неизвестное векторное пространство. Построить его геометрическое изображение невозможно. Однако делать двумерное сечение этого пространства можно, если в уравнении регрессии любые два из четырех факторов фиксировать на нулевом кодированном уровне. Тогда для визуализации влияние концентрации антиоксиданта (фактор Х1) и температуры хранения (фактор Х2) на накопления альдегидов в продукте, мг/кг (вектор функции У) уравнение регрессии (4) имеет вид:

У=674,75-42,38Х1+206,38Х2+5,75Х1Х2. (5)

Рис. 3. Поверхность отклика, отражающая зависимость изменения накопления количества альдегидов от изменения Х1-концентрации антиаксиданта и Х2 - температуры хранения при Х3 - жирности продукта 86.2% и Х4-продолжительности хранения 21 сутки

Рис. 4. Контурные линии поверхности отклика на координатную плоскость Х20Х1отражающая зависимость накопления количества альдегидов при изменяющихся независимых переменных факторах Х1 - концентрации антиоксиданта Х2 - температуре хранения

С использованием компьютерной программы MATLAB - 6,5 из уравнения (5) нами построена поверхность отклика (рис. 3). В дальнейшем путем проекции горизонтальных сечений поверхности отклика на координатную плоскость Х10Х2получили кривые отражающие зависимость накопления количества альдегидов при изменяющихся независимых переменных факторах Х1, Х2, когда Х3, Х4 = const = нулевой кодированный уровень(рис. 4).

Для визуализации влияния температуры хранения, оС (фактор Х2) и жирности продукта (фактор Х3) на накопление количества альдегидов в продукте, мг/кг (вектор функции У) уравнение регрессии (4) будет иметь вид (5), поверхность отклика и контурные линии которого отражены на (рис. 5, 6).

У=674,75-206,38Х2+322Х3+18,13Х2Х3 (6)

Аналогично исследовалось накопление количества альдегидов при сочетании независимых факторов (Х3Х4 и Х1Х4).

Рис. 5. Поверхность отклика, отражающая зависимость накопления количества альдегидов от изменения Х3 - жирности масла и Х2 - температуры хранения при Х1 - концентрации силибина 20мг/кг и Х4 - продолжительности хранения 21 сутки

Рис. 6. Контурные линии поверхности отклика на координатную плоскость Х30Х2отражающая зависимость накопления количества альдегидов при изменяющихся независимых переменных факторах Х3- жирности масла и Х2 -температуре хранения

Результаты многофакторных экспериментов использованы при производстве масла, содержащего антиоксиданты, обладающего гепатопротекторными и экопротекторными свойствами с продленным сроком хранения, являющегося лечебно - профилактическим продуктом. Для этого пользовались номограммой (рис. 7) которая позволяет выполнять поставленную биотехногенную задачу - контроль накопления альдегидов и предотвращение превышения их заданных значений.

При составлении номограммы на ее осях координат отложены физические значения независимых переменных факторов, а по обеим сторонам этих же осей на координатных плоскостях представлены их кодированные значения, соответствующие матрице кодирования и варьирования факторов.

В каждую четверть номограммы вставлена координатная плоскость соответствующую ее осям, в которой отображены контурные линии, указывающие на накопленное количество альдегидов во время хранения молочного жира, при изменяющихся независимых переменных факторах.

Рис.7. Номограмма для прогноза количества накопления альдегидов в зависимости от изменения независимых переменных факторов Х1 - концентрации антиоксиданта, Х2- температуре хранения, Х3- жирности образца,Х4 -срока хранения

Пользуются номограммой в следующей последовательности. К примеру, кривая а1в1 в системе координат Х40Х1 (верхняя левая четверть номограммы) отражает количество накопленных альдегидов, равное 600 мг/кг (условие поставленной задачи), ее горизонтальная проекцияпроводится на ось Х1,в результате чего получаем отрезок [11, 12] на оси Х1 показывающий пределы изменения для фактора Х1 от 15,5 до 30 мг/кг. Далее отрезок [11, 12] проецируем на кривую а2в2, отражающую количество альдегидов, равное 600 мг/кг в системе координат Х10Х2 (верхняя правая четверть) и отрезок а2в2 проектируется на ось Х2. Отрезок [21 ,22] на оси Х2 соответствует пределу варьирования для фактора Х2 от 29 до 34 оС. Аналогичным образом проводятся проекции на кривые в системах координат Х20Х3 и Х30Х4 и получаются отрезки на оси Х3 - отрезок [31, 32] и на оси Х4 - отрезок [41, 42] показывающий пределы варьирования для фактора Х3 от 81 до 83.5% и для фактора Х4 от 14 до 18 суток.

Таким образом, получили технические параметры, обеспечивающие выполнение поставленной биотехногенной задачи - контроль, прогнозирование накопления альдегидов при хранении молочного жира.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Куркин В.А. //Химико-фармацев-тический журнал. 2003, Т.37, №4.- с. 27-41
2. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. - М.: Машиностроение, 1978. - 360 с., ил
3. Поздняковский В.М. Гигиенические основы питания и экспертизы продовольственных товаров. - Новосибирск: Изд-во Новосибирского университета, 1996.
4. Уфимкин Д.П., Коваленко Д.Н. Способ определения срока годности пищевых продуктов //Патент на изобретение №2192005, 2002.

Джашеева З.А.-М. «МУКА РАСТИТЕЛЬНАЯ ИЗ ПЛОДОВ РАСТОРОПШИ ПЯТНИСТОЙ» КАК АНТИОКСИДАНТ В МОЛОЧНОМ ЖИРЕ // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 3 – стр. 17-24
URL: www.rae.ru/snt/?section=content&op=show_article&article_id=4578 (дата обращения: 16.09.2013).