Біотехнологічні основи регулювання дії попередників аромату харчової сировини
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія. – ВНЗ УКООПСПІЛКИ «Полтавський університет економіки і торгівлі», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Міністерство освіти і науки України, Київ, 2025. Дисертацію присвячено теоретичному та експериментальному обґрунтуванню наукових основ якісно нових технологій ароматизації харчової продукції. В основу досліджень покладена наукова гіпотеза про те, що цілеспрямований вплив на попередники аромату під час обробки рослинної сировини або їстівних грибів дозволяє доповнити класичні методи ароматизації. На підставі отриманих результатів досліджень наданий розвиток науковопрактичному напряму – технології харчової продукції, ароматизованої за допомогою впливу на процеси ферментативного формування аромату. За біотехнологічну основу ароматизації харчової продукції прийняті відомі природні реакції рослинних ферментів, відтворені в штучних умовах. Систематизація відомостей про участь попередників аромату довела перспективність процесів утворення in vitro ароматів, затребуваних в харчовій промисловості, летких речовин зеленого листя (Green Leaf Volatiles – GLVs), фруктових, грибних та ін. Темпи зростання органічної продукції, оздоровчого й профілактичного спрямування обумовлюють більш глибоке розуміння філософії їжі під час використання інноваційних технологій ароматизації. Наведений аналіз розвитку виробництва ароматизаторів доводить, що аромат стає одним із основних органолептичних компонентів для розробників продуктів харчування. Ідея дослідження полягає в тому, що процес ароматизації на основі реакцій попередників є керованим, а за результатами керування дозволяє отримати продукт з показниками аромату наближеними до свіжих плодів. У представлених наукових підходах до ароматизації харчової продукції в якості попередників використані ліпідні емульсії, вищі ненасичені жирні кислоти клітинних мембран свіжих плодів або таких, що пройшли попередню обробку. В якості рослинних ферментів використані водні суспензії бобів сої, бобів маш, рослинних гомогенатів, які володіють достатньою ферментативною активністю ліпоксигеназ, гідропероксідліаз. Клітинний сік рослин накопичує у собі легколеткі компоненти, які є інгібіторами в процесах утворень de novo ароматичних компонентів під час отримання гідролатів (дистиляту). Запропонований спосіб збільшення виходу ароматичних речовин у дистилят без їх збитку для висушуваної сировини полягає в її попередньому частковому зневодненні шляхом холодного сушіння. Визначено умови полімолекулярної взаємодії і біосинтезу аромату летких речовини в емульсійних ароматизаторах. Обробка рослинних гомогенатів у вакуумі призводить до зближення ліпідних частинок і ферментів, до деформації дифузних оболонок і їх взаємного проникнення. Встановлено, що під час вакуумного нагрівання (температура 32 ± 2 °С, розрідження 6 ± 3 кПа) мембранозв’язані ферменти гідропероксид ліази в суспендованих рослинних гомогенатах не пригнічуються в термооброблених плодах надлишком гідроперекисів. Це пояснюється кращими умовами міжфазної взаємодії між ферментами у реакціях з попередниками ліпідної природи та їх похідними. Зменшення гідратного прошарку між рослинними ферментами та попередниками аромату забезпечується внесенням хлориду натрію у концентрації 12±3 % та сприяє реакціям ароматоутвореня грибів гливи, кавунової оболонки. Встановлено, що екстрактивні речовини рослин імбиру, хрону, гірчиці, зеленого та чорного чаю є інгібіторами рослинних ароматотвірних ферментів цибулі. Гальмування ферментативного утворення аромату цибулі відбувається за участю ферментів порошку гірчиці (переважно мірозінази), хрону (переважно поліфенолоксидази), танінами чорного та зеленого чаю, складовими компонентами імбиру, але в різній мірі, оскільки в процесі ароматоутворення задіяний комплекс рослинних ферментів із різною здатністю до реакцій з попередниками аромату. Пшеничні висівки, введені як добавка при гідротермічній обробці мʼясних субпродуктів разом із гарбузом суттєво змінюють аромат відвару та мʼясних виробів внаслідок впливу на їх ліпідні компоненти. Екстракт пшеничних висівок введений як добавка при культивуванні Pleurotus ostreatus на рідкому поживному середовищі ініціюють ферментативні реакції утворення аромату. У культуральній рідині з пшеничними висівками вміст 1-октен-3-олу (основного компонента, що відповідає за грибний аромат) більш ніж у 1,4 рази. У культивованому міцелії загальна кількість ідентифікованих ароматичних компонентів більше ніж у 1,7 рази порівняно зі зразком, вирощеним без пшеничних висівок. Одночасно із змінами аромату встановлені зміни розподілу попередників між міцелієм та культуральною рідиною. Встановлено, що режими фотостимуляції біосинтетичної активності у біотехнології глибинного культивування їстівних лікарських макроміцетів Hericium erinaceus ІВК-977, Lentinulla edodes ІВК-2541, Ganoderma lucidum IBK1621, викликає зміни, як у кількісному, так і якісному складі жирних кислот та летких ароматичних компонентів. Для лікарського макроміцету Inonotus obliquus IBK-1877 фотостимуляція негативно вплинула на утворення летких ароматичних компонентів в міцелії. Поєднання обробки посівного міцелію G. lucidum IBK1621 фотостимуляцією з колоїдним розчином наночастинок Ag, Fe, Mg негативно впливають на утворення летких ароматичних компонентів з попередників ліпідної природи. За результатами досліджень були визначені умови для утворення природних летких речовини зеленого листя з високим виходом насичених і ненасичених шести-дев’ятивуглецевих альдегідів. Особливістю цих умов є застосування посиленого фізичного впливу на компоненти реакцій – механоактивація у вихровому шарі феромагнітних частинок. Вільні ВНЖК та боби сої, маш утворюють ароматичні компоненти GLV, при цьому ферменти, що містяться у бобах не потребують попереднього очищення, їх активність є достатньою. Ферментативні перетворення попередників аромату залежать від спільної дії і специфічності комплексу LOX/HPL в бобах маш, сої. Диспергування, за рахунок збільшення площі поверхні контакту ферментів з попередниками, прискорює протікання реакцій утворення аромату. Визначено умови активації ферментативної системи сировини шляхом її попередньої обробки - охолодження (t = 1..3 °C, 5 годин), вакуумування (3- 9 кПа), мікрохвильового впливу (0,6 кВт) і комбіновано (мікрохвильового нагрівання і вакуумування) для необхідної зміни аромату або його відновленні. Обґрунтовано можливість участі баштанних культур, після теплової обробки, в процесах відновлення втраченого аромату. Передумовою здійснення процесів продукування свіжого аромату в екстракті ліпідів кавуна, гарбуза, огірків є достатній вміст ВНЖК 30-40 % від загальної кількості жирних кислот, збереження природнього співвідношення лінолевої і ліноленової кислоти. Аналіз антиоксидантної активності, окисно-відновного потенціалу баштанних (кавуни, гарбуз, огірки) культур свіжих і після теплової обробки показав певні тенденції протікання окислювальних процесів. Ці два показники значною мірою визначають здатність плодів до повторного утворення ароматичних компонентів. Гідротермічна обробка огірків, гарбуза, кавунів, знижуючи окисно-відновний потенціал на 30±10 mV, антиоксидантну активність більш ніж 50 %, сприяє протіканню окиснювальних реакцій за участю ароматотвірних ферментів. Показано, що плоди, оброблені гідротермічно, у вакуумі та мікрохвильовому полі, заморожуванням у різній мірі утворюють дієнові кон’югати та гідроперекиси, малоновий діальдегід. Баштанні плоди відносяться до групи з невисоким значенням окисно-відновного потенціалу – 60-110 mV. Область значень для плодів зі стабільною антиоксидантною системою (смородина, вишня, солодкий перець) перебуває в межах 180-220 mV. Після термообробляння окисно-відновний потенціал гарбузових плодів знижується, на відміну від плодів зі стабільною антиоксидантною системою, що є фактором для відновлення аромату гарбузових плодів екстрактом рослинних ферментів. Міжфазна активація реакцій з попередниками аромату здійснюється збільшенням площі поверхні контакту в системі, що їх містить, диспергуванням, міжмолекулярною взаємодією в желатиновому желе, шляхом утворення піни. Встановлена перевага використання желатинових розчинів, яка полягає в здатності іммобілізувати ферменти з водного екстракту, володіючи поверхневоактивними властивостями, багаторазово збільшувати поверхню контакту фермент-субстрат і забезпечувати електропритяжіння частинок. Доведено, що вибір періоду збору листя вишні та липи дозволяє досягти після ферментації максимального наближення до вишневого аромату або цвіту липи. Рослинні ароматоутворюючі ферменти листя липи мають більший вплив на аромат в період до цвітіння, ніж після цвітіння, а в листі вишні – після плодоносіння. Участь рослинних ферментів у формуванні специфічного аромату ферментованого листя з попередників аромату відкриває нові джерела для отримання ароматизаторів – листя плодових дерев та ягід. На основі наукової концепції, сформульованої в дисертаційній роботі, і узагальнених експериментальних даних, отриманих при її виконанні, надані науково-практичні рекомендації приготування ароматизованих харчових продуктів (піни, желе, сіль з травами, соусів, дистилятів, наповнювачів, емульсії, ароматизованих олій та ін.). Розроблена технологія попередньої обробки трав, яка дозволяє збільшити насичення ароматом солі, одночасно знизивши кількість трав у співвідношенні з сіллю. Наведені пропозиції щодо ароматизації плодового пюре за допомогою фасування з автономним міксингом та рослинними ферментами. Встановлено, що відновлення аромату м’якоті кавуна і дині можливо практично здійснити за рахунок уведення амінокислот нуту і квасолі. Ароматизовані продукти долають сенсорний дефіцит, пов'язаний зі скороченням солі, цукру, жиру в харчових продуктах. Соціальне значення нових способів ароматизації полягає в розробці продуктів харчування для дітей, літніх людей та людей, схильних до хронічних захворювань. Технологічні розробки присвячені стравам лікувального та дієтичного харчування хронічних хворих, технологіям харчових продуктів зі зміненими рецептурами та таким, які особливо обмежені ароматичними дескрипторами.
Опис
Ключові слова
ароматичні компоненти, дистиляти (гідролати), макроміцети, рослинні ферменти, попередники аромату, ферментативні реакції, вакуумна обробка, жирнокислотний склад, мікрохвильове поле, желатинове желе, технології, гарбузові плоди, aromatic components, distillates (hydrolates), macromycetes, plant enzymes, aroma precursors, enzymatic reactions, vacuum treatment, fatty acid composition, microwave field, gelatin jelly, technologies, pumpkin fruits
Бібліографічний опис
Дубова, Г. Є. Біотехнологічні основи регулювання дії попередників аромату харчової сировини : реф. дис. … д-ра техн. наук : 03.00.20 - біотехнологія / Дубова Галина Євгеніївна. – Київ, 2025. – 51 с.