Формула «Пища = лекарство». Научные принципы и факторы технологии обогащения пищевых продуктов микронутриентами с целью создания новых биологически активных веществ

Если с позиций рационального питания рассмотреть вещества, обнару­женные в пищевых продуктах, станет очевидным, что, помимо главных со­единений - белков, жиров и углеводов (макронутриентов), существует класс так называемых «минорных» веществ (микронутриентов), основные классы которых представлены в табл.

Макронутриенты присутствуют в пище в больших количествах и являют­ся источниками энергии, вырабатываемой в организме человека. Этот класс со­единений многие годы был главным предметом исследований специалистов, занимающихся вопросами лечебного и рационального питания.

В отличие от макронутриентов, полиненасыщенные жирные кислоты и другие микронутриенты присутствуют в пищевых продуктах (ПП) в коли­честве, составляющем миллиграммы (мг) или микрограммы (мкг). Тем не менее именно эти компоненты обеспечивают лечебно-профилактическое воздействие пищи на организм человека. Относительно велико содержание в пищевых продуктах пищевых волокон, особенно при вегетарианском питании. Однако еще с 1920-1930-х гг. изучение биологического действия микронутриентов было приостановлено в связи с мировым развитием фармакологии и успеш­ным применением на практике витаминов, свойства которых активно изучались в эти годы.

В 1970-х гг. была экспериментально доказана определяющая роль отдель­ных компонентов пищи в профилактике различных хронических заболеваний. К концу ХХ столетия открытие новых классов микронутриентов (фито­эстрогенов, пребиотиков и парафармацевтиков, биофлавоноидов) и добавление более десятка химических элементов (бора, селена, кремния, ванадия) в список незаменимых биологически активных веществ (БАВ) послужило мощным толчком к проведению углубленных исследований в области микронутриентов. В последние десятилетия список микронутриентов расширился на два порядка. Кроме того, были открыты новые свойства уже известных соединений с микронутриентами, в частности иммунореактивное действие цинка, спо­собность фосфора и кремния выступать в качестве заменителей кальция, а так­же антиагрегационное действие ю-3-полиненасыщенных жирных кислот.

За короткое время (конец ХХ - начало ХХІ столетий) были созданы технологии, позволяющие выделять из натуральных источников отдельные макронутриенты без потери их биологической активности.

Таким образом, мы наблюдаем, как на новом уровне происходит возврат к ранним представлениям древней медицины о «лекарственной пище», что указывает на перспективы интеграции достижений классической западной и традиционной древневосточной медицины, которые ранее дистанционирова- лись друг от друга (рис. 1.1).

Таблица 1.1

Классификатор основных макро- и микронутриентов

Рис. 1.1. Биологически активные вещества как путь восстановления формулы «Пища = лекарство»

Одним из наиболее реальных и легко реализуемых способов получения новых биологически активных веществ на базе известной теоретической базы (западная медицина) является обогащение пищевых продуктов микронутри­ентами, часть которых представлена в табл. 1.1.

Разработка технологии обогащения пищевого сырья должна опираться на следующие научные принципы:

1) используют те микронутриенты, дефицит которых реально угрожает здоровью нации;

2) обогащают продукты массового употребления, регулярно исполь­зуемые в питании (мука, молочные продукты, соль, сахар, напитки, продукты детского питания);

3) введение микронутриентов не должно ухудшать потребительские свойства продуктов;

4) следует учитывать возможность химического воздействия между мик­ронутриентами и компонентами продукта, чтобы не снижалась сохранность продукта;

5) содержание микронутриентов в пищевых продуктах должно составлять

не менее 20-50% от среднесуточной потребности в этих микронутриентах;

6) содержание вводимых микронутриентов находится на постоянном уровне в течение всего срока хранения продукта и контролируется государст­венными органами;

7) эффективность введения микронутриентов должна быть подтверждена апробацией на различных группах населения.

В технологии пищевых продуктов эти принципы реализуются согласно схеме, представленной на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Требования к технологии обогащения пищевого сырья

Рис. 1.3. Способы обогащения, реализуемые в технологии получения новых БАВ

Основным процессом в технологии обогащения пищевых продуктов мик­ронутриентами является перемешивание, обеспечивающее необходимое рас­пределение микроколичеств добавки во всем объеме продукта.

Существуют следующие типы перемешивания:

- сухое, когда друг с другом смешиваются твердые тела;

- набрызгивание (напыление), когда смешиваются твердые тела и жид­кости;

- растворение, когда смешиваются жидкости.

Это схематически представлено на рис. 1.3.

Основные типы перемешивающих устройств.

Способы растворения микронутриентов в различных средах

В технологии обогащения пищевых продуктов микронутриентами выде­ляют следующие способы перемешивания:

- порционный;

- непрерывный;

- смешанный (комбинированный).

Для порционного смешивания используют смесители шнекового (рис.1.4, а) или барабанного типа (рис.1.4, б) [2].

В шнековом смесителе рабочим органом является вращающийся шнек; производительность такого оборудования зависит от скорости вращения шнека, расстояния между соседними витками, условий подачи (загрузки) микро­нутриентов и общего объема, занимаемого в конусе аппарата витками шнека.

б

Рис. 1.4. Смесители шнекового (а) и барабанного (б) типов для обработки исходного сырья и микронутриентов

Рис.

Особенностью работы барабанного смесителя является то, что спирале­образные направляющие, закрепленные как в корпусе, так и на валу, вращаются во взаимно противоположных направлениях.

Достаточно часто, особенно при малотоннажном производстве (йодиро­ванная соль, обогащенный сахар), используется перемешивающее оборудо­вание типа «бетономешалка» или «пьяная бочка» (рис. 1.5).

Для такого оборудования загрузка микронутриентов осуществляется че­рез весовой дозатор со скоростью, равной скорости потока пищевого носителя. Для повышения точности применяют шнековые транспортеры, снабженные ще­левыми дозирующими устройствами.

Эффективность работы оборудования, представленного на рис. 1.4, 1.5, определяют следующие факторы:

- мощность на валу электродвигателя;

- трение частиц при вращении рабочих органов;

- скорость подачи (потока) обогащаемого пищевого сырья;

- продолжительность перемешивания.

Типовая технологическая схема непрерывного процесса производства на примере получения йодированной соли, выглядит следующим образом (рис.

1.6) [2].

Исходное сыпучее сырье (пищевая поваренная соль) поступает по верти­кальному транспортеру 1 и подается через специальный патрубок в измель­чающее устройство 3, минуя магнитоуловитель 2. Измельченная валками устройства 3 мелкодисперсная соль через питатель 4 с ворошителем (предназ­начен для равномерного поступления через раструб воронки) попадает на лен­точный транспортер 5. В конечной точке маршрута транспортера 5 наблю­дается контакт исходного сырья с йодным раствором, поступающим через фор­сунки 7 распылительного устройства 8. В качестве йодного раствора исполь­зуют йодат калия, который хранят в специальных емкостях 10 из нержавеющей стали. Установка также снабжена воздушным компрессором 6. Обогащенный продукт (йодированная соль) попадает на шнековый транспортер 9 и, передвигаясь вдоль него, за счет действия шнеков, расположенных на вращаю­щемся валу, поступает на упаковку (ссыпается в мешки 11).

Таким образом, на практике действует метод напыления (набрызгивания) жидких растворов на твердую фазу сыпучего сырья, представляющего собой кристаллы поваренной соли (хлористого натрия).

Способ растворения в воде (молоке и др.) применяется при обогащении фруктовых соков, напитков, молока и молочных продуктов (типа «наринэ» и др.).

Для обогащения маргаринов, майонезов и соусов, как правило, исполь­зуют жирорастворимые витамины, предварительно растворенные в маслосо­держащей среде. Процесс проводят в вертикальных смесителях, снабженных пропеллерной мешалкой.

Рис. 1.6. Технологическая схема получения йодированной соли методом распыления

микронутриента на сыпучий исходный материал. Обозначения: 1 - вертикальный транспортер; 2 - магнитоуловитель; 3 - измельчитель; 4 - питатель с ворошителем; 5 - ленточный транспортер; 6 - воздушный компрессор; 7 - распылительные фор­сунки; 8 - распылитель; 9 - шнековый транспортер; 10 - емкости из нержавеющей стали для хранения раствора йодида калия; 11 - упаковочный мешок; 12 - выход готовой йодированной соли

Эффективность процесса определяют следующие факторы:

- вязкость жирового продукта;

- гомогенность продукта ;

- соотношение концентраций смешиваемых ингредиентов;

- степень контакта витаминов с кислородом воздуха и катионами метал­лов переменной валентности (железо, медь и др.), входящих в состав подложки технологического оборудования и оказывающих влияние на стабильность ука­занных микронутриентов.

2.