Модификация физико-химических свойств бета-каротина методами супрамолекулярной химии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кулишова Ксения Евгеньевна

• Кулишова Ксения Евгеньевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Кулишова Ксения Евгеньевна

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.Состояние проблемы модификации физико-химических свойств и стабилизации бета-каротина

1.1 Способы создания комплексных пищевых добавок бета-каротина

1.1.1 Эмульгирование

1.1.2 Создание липосом

1.1.3 Инкапсуляция

1.1.4 Супрамолекулярные комплексы

1.2 Методики анализа бета-каротина

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Материалы

2.2 Экстракция бета-каротина из комплексных пищевых добавок

2.3 Определение массовой доли красящих веществ бета-каротина

2.4 Получение комплексов

2.4.1 Жидкофазный метод

2.4.2 Твердофазный метод

2.5 Определение растворимости комплексов

2.6 Определение светостойкости бета-каротина

2.7 Определение стабильности бета-каротина при хранении

2.8 Проведение ЯМР 1Н анализа

2.9 Приготовление модельных образцов пищевых продуктов с добавлением бета-каротина

2.10 Метод экстракции бета-каротина из хлеба, песочного печенья и сдобных булочек

2.11 Метод экстракции бета-каротина из сахарной помадки

2.12 Органолептический анализ хлеба, бисквита и сахарной помадки

2.13 Статистическая обработка результатов

ГЛАВА 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1 Теоретическое обоснование образования супрамолекулярных нанокомплексов

3.2 Разработка способа экстракции бета-каротина для его определения в комплексных пищевых добавках

3.3 Выбор носителя-модификатора и соотношения компонентов в комплексах

с бета-каротином

3.3 Определение технологических параметров получения комплексов

3.4 Исследование влияния дополнительных компонентов в составе комплекса

на стабильность бета-каротина

3.4.1 Хитозан

3.4.2 Антиокислители

3.5 Апробация применения полученных комплексов на основе бета-циклодекстрина

в пищевой продукции

3.6 Органолептический анализ хлеба белого из пшеничной муки, песочного печенья и сахарной помадки

3.7 Сравнительная характеристика пищевых добавок, содержащих бета-каротин

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Приложение Е

РЕФЕРАТ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модификация физико-химических свойств бета-каротина методами супрамолекулярной химии»

Актуальность работы

В составе пищевых продуктов массового спроса, с каждым годом становятся все более востребованными природные ингредиенты, такие как краситель бета-каротин (Е160а), пигмент жёлто-оранжевого цвета, помимо красящей способности обладающий также полезными биологическими свойствами. В пищевых отраслях его применение ограничивается нерастворимостью в водных средах и низкой стойкости к технологическим факторам, таким как высокие температуры, окисление кислородом, кислотность и щелочность, которые приводят к деградации красителя, ухудшению качества пищевой продукции и сопутствующей необходимости увеличения дозировок.

Для уменьшения воздействия данных факторов, создаются комплексные пищевые добавки с различными стабилизирующими ингредиентами, нивелирующими негативное воздействие окружающей среды и технологических воздействий. Чаще всего применяются эмульгаторы: твин 80, глицериды и другие производные жирных кислот, антиоксиданты, например, аскорбаты, бутилгидроксианизол, бутил-гидрокситолуол, загустители, такие как глицерин, сорбит, гуммиарабик.

Из общего ряда выделяется передовой, но нетрадиционный для пищевых производств, подход к созданию пищевых добавок, а именно применение методов супра-молекулярной химии, которая исследует образование ассоциатов и комплексов за счет различных слабых взаимодействий. К веществам, которые способны образовывать супрамолекулярные комплексы, относятся и модифицированные крахмалы, в том числе циклодекстрины. Уникальная структура и физико-химические свойства их молекул позволяют им увеличивать растворимость труднорастворимых в воде веществ, формировать устойчивость инкапсулированных веществ к воздействию деструктивных факторов, таких как окисление, ферментативный, кислотный и щелочной гидролиз, термическая и химическая деградация.

В пищевой и фармацевтической индустрии супрамолекулярные структуры с циклодекстринами и крахмалами могут использоваться также для изменения физико-химических свойств веществ. Применительно к бета-каротину этот метод позволит стабилизировать молекулу бета-каротина, модифицировав ее свойства без изменения структуры или включения большого числа дополнительных ингредиентов.

При создании инновационных продуктов требуется их сравнение с коммерчески доступными образцами. При этом одним из немаловажных факторов является используемый метод определения содержания красителя в комплексных пищевых добавках и продуктах, основу успеха которого определяет адекватный и эффективный метод экстракции бета-каротина. Необходимо учитывать, что при анализе из-за мультикомпонентного состава данных аналитов могут возникнуть проблемы, включая высокую погрешность из-за неоднородности проб большие потери и необходимость сложной многостадийной пробоподготовки. Это делает актуальной задачу разработки точных новых высокоточных и щадящих методов анализа для пищевых матриксов, содержащих лабильные ингредиенты, такие как бета-каротин.

Степенъ разработанности темы

Вопросами стабилизации бета-каротина занимаются такие ученые как Nik A. M., Trentin A., Güell C., López F., Zhang Y., Liang R., Гудок А.А., Никульников Ф.М. В их работах рассмотрены методы стабилизации красителя путем инкапсулирования и создания эмульсий и липосом. Исследование образования супрамолекулярных комплексов и их применения в пищевой и фармацевтической промышленностях в своих работах рассматривают Mercader-Ros M. Т., Mangolim C.S., Душкин А. В., Popescu C., Алексеев К. В., Лапшова М., Sharma A. Однако в настоящее время методы супрамолекулярной химии для создания комплексных пищевых добавок с целью стабилизации пищевого красителя бета-каротина изучены недостаточно.

Целъ данной работы - изучение, модификация физико-химических свойств и разработка технологии инновационных комплексных пищевых добавок бета-каротина с использованием супрамолекулярных структур с продуктами переработки крахмала.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

- теоретически обосновать возможность создания супрамолекулярных структур на основе бета-каротина и продуктов переработки крахмала;

- разработать способ подготовки проб для определения массовой доли бета-каротина в комплексных пищевых добавках, в том числе на основе супрамолекуляр-ных комплексов красителя и продуктов переработки крахмала;

- исследовать растворимость, светостойкость и стабильность при хранении комплексов бета-каротина с различными видами модифицированных крахмалов;

- выбрать носитель-модификатор, соотношение компонентов, обосновать способ получения супрамолекулярных структур и установить его технологические параметры;

- обосновать выбор стабилизирующих веществ для создания комплексных пищевых добавок мультифункционального назначения;

- разработать способ извлечения бета-каротина с целью определения массовой доли красителя в пищевой продукции;

- провести апробацию применения полученных комплексов в мучных и сахаристых кондитерских изделиях, хлебе и хлебобулочных изделиях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан способ экстракции красителя для определения массовой доли бета-каротина в мультикомпонентных комплексных пищевых добавках и пищевой продукции с использованием бинарных экстрагентов и ультразвукового воздействия;

- научно обоснован и разработан способ образования супрамолекулярных комплексов бета-каротина с циклодекстринами, приводящей к повышению его растворимости, светостойкости и стабильности при хранении;

- установлены закономерности влияния вида носителя-модификатора, метода и параметров получения комплексов, а также наличия антиокислителей на растворимость, светостойкость и стабильность бета-каротина.

Практическая значимость:

- разработанная технология (технологическая инструкция ТИ 150-198292802018) супрамолекулярных нанокомплексов бета-каротина с бета-циклодекстрином, обеспечивает расширение сферы применения красителя в результате создания растворимых в водных средах, стабильных и светостойких комплексных пищевых добавок;

- разработаны методики подготовки проб (МВИ 21-2019) и количественного определения бета-каротина методом ВЭЖХ (МВИ 27-2021) в пищевых добавках, которые обеспечат контроль содержания бета-каротина в пищевых добавках различного состава;

- внедрение в пищевые производства инновационных мультикомплексных пищевых добавок, содержащих бета-каротин, альфа-токоферол и ванилин, обеспечит увеличение выпуска пищевой продукции с функциональными свойствами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Способ модификации физико-химических свойств (растворимости, светостойкости и стабильности при хранении) бета-каротина путем создания супрамолеку-лярных комплексов на основе продуктов переработки крахмала.

2. Способ подготовки проб пищевых матриксов различного состава с использованием ультразвукового воздействия и бинарных экстрагентов для определения в них массовой доли бета-каротина.

3. Результаты экспериментальных исследований влияния носителей-модификаторов, антиокислителей, а также технологических параметров на стабильность бета-каротина в комплексах основе продуктов переработки крахмала.

Апробация работы

Результаты исследований были освещены в докладах на 9 конференциях международного, всероссийского и вузовского уровней, два из которых отмечены Дипломом за лучший научно-исследовательский доклад и лучшую научно-исследовательскую работу.

По теме диссертации опубликованы 18 работ: 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 2 статьи в журналах, индексируемых в международной базе данных Scopus.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списков литературы и сокращений и условных обозначений и шести приложений. Работа изложена на 215 страницах, содержит 33 рисунка, 10 таблиц. Список литературы состоит из 127 источников, из них 91 из зарубежных журналов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, поставлены цель и задачи исследований, отмечена научная новизна и практическая значимость исследований, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Обзор научной литературы посвящен анализу способов модификации физико-химических свойств и стабилизации бета-каротина. Особое внимание уделено су-прамолекулярным комплексам, их эффективности и методам создания.

Во второй главе охарактеризованы используемые материалы, объекты и методы исследования.

Объектами исследования являлись: пищевой краситель Е160а (КНР) с различным содержанием бета-каротина; образцы комплексов бета-каротина с носителями (циклодекстрины, крахмалы), хитозаном, антиокислителями.

Материалами исследования являлись: эмульсионные и сухие комплексные пищевые добавки, содержащие бета-каротин, альфа- и бета-циклодекстрины, кукурузный и модифицированные крахмалы, витамин Е, аскорбиновая кислота, ванилин, хитозан.

Методы исследования:

Определение массовой доли бета-каротина

Кристаллический бета-каротин. 100 мг бета-каротина растворяли в 40 см3 растворителя (тетрагидрофуран), количественно переносили в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводили до метки растворителем. Затем измеряли массовую долю бета-каротина.

Жидкие образцы. 100 мг пробы экстрагировали растворителем (хлороформом или бинарной смесью (ацетон с хлороформом, гексаном, петролейным эфиром)) в течение 30 минут. Экстракцию проводили при простом механическом (МП) и интенсивном (ТПУ) перемешивании или при ультразвуковом воздействии (УЗ), после чего в смеси определяли концентрацию бета-каротина.

Сухие образцы. Способ 1. 100 мг пробы растворяли в хлороформе или смеси аце-тон-петролейный эфир, а затем измеряли массовую долю бета-каротина.

Способ 2. 100 мг пробы растворяли в 10 см3 деионизированной воды, затем добавляли от 10 до 30 см3 этилового спирта и перемешивали в течение 10 минут. Далее прибавляли 20-40 см3 хлороформа и переносили в делительную воронку. После разделения фаз, отделяли хлороформный слой и повторяли экстракцию до тех пор, пока водная фаза не становилась бесцветной. Затем измеряли массовую долю бета-каротина.

Определение содержания бета-каротина проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии и спектрофотометрии (согласно Кодекс Алимен-тариус).

Получение комплексов

В жидкофазном методе комплексы получали, варьируя растворитель, скорость и время вращения ротора гомогенизатора, компонентный состав. Полученные осадки промывали водой.

В твердофазном методе комплексы получали, компонентный состав, время перетирания компонентов (0,5.. .7 часов). Полученные пасты высушивали до влажности 15%.

Определение растворимости комплексов

Для определения растворимости фиксировали точку насыщения, измеряя оптическую плотность водных растворов комплексов (гидромодуль 1:1000), полученных при перемешивании с частотой 130 об/мин.

Определение светостойкости бета-каротина

Светостойкость бета-каротина определяли по изменению содержания красящих веществ при облучении сухих образцов комплексов или их водных растворов ультрафиолетовыми лучами с длиной волны 253,7 нм при температуре 19.. .21 °С.

Определение стабильности бета-каротина при хранении

Стабильность бета-каротина определяли по изменению содержания красящих веществ при хранении образцов комплексов, упакованных в герметичную непрозрачную тару. Сухие образцы хранили при температурах 3...5 °С и -23...-25 °С, водные растворы - при температуре 3...5 °С.

Проведение ЯМР !Н анализа

Для подтверждения образования супрамолекулярной структуры регистрировали ЯМР 1Н спектры. Анализ проводили на базе СПбГТИ (ТУ) на спектрометре Bruker AVANCE III HD. Полученные данные были обработаны с использованием программного обеспечения SpinWorks 4.

Приготовление модельных образцов пищевых продуктов с добавлением бета-каротина

Выбор дозировки бета-каротина основывался на рекомендуемой суточной норме и интенсивности цвета конечного продукта, приемлемой для потребителя.

Сдобные булочки, хлеб белый из пшеничной муки приготавливали по рецептурам «Сборника рецептур на хлеб и хлебобулочные изделия».

Песочное печенье приготавливали по рецептуре «Сборника рецептур мучных кондитерских и булочных изделий».

Сахарную помадку приготавливали по рецептуре «Сборника основных рецептур сахаристых кондитерских изделий».

Метод экстракции бета-каротина из хлеба, песочного печенья, сдобных булочек

К 5 г образца хлеба или песочного печенья, или сдобной булочки прибавляли равное количество кварцевого песка и перетирали в керамической ступке в течение 10 минут добавляя порциями хлороформ. Смесь переносили на складчатый бумажный фильтр, фильтрат собирали, а твердую фазу помещали обратно в ступку и продолжали экстракцию красителя до полного обесцвечивания образца.

Метод экстракции бета-каротина из сахарной помадки

К образцу добавляли 10 см3деионизированной воды, 10 см3 этилового спирта, 20 см3 хлороформа и перемешивали. После разделения фаз в делительной воронке, собирали нижний слой и повторяли извлечение красителя из верхнего слоя до полного его обесцвечивания.

Органолептический анализ хлеба, песочного печенья и сахарной помадки

Органолептические показатели оценивали группой из пяти дегустаторов в соответствии с Положением о Дегустационной комиссии ВНИИПД - Филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. Горбатова» РАН. Оценка образцов проводилась по следующим параметрам: внешний вид, цвет, консистенция, вкус, аромат.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили в программе Microsoft Excel 2013 при объеме выборки n=3 и доверительной вероятности P = 95 %.

В третьей главе представлены результаты работы.

Теоретическое обоснование образования супрамолекулярных наноком-

плексов

По данным обзора научной литературы как модифицирующие ингредиенты были выбраны альфа- и бета-циклодекстрины, нативный и модифицированные крахмалы, отличающиеся высокой пористостью и потенциальной возможностью включения бета-каротина в поры.

Исходя из размеров молекул бета-каротина (3,05х0,55х0,43 нм), бета-цикло-декстрина (диаметр внутренней полости 0,78 нм с широкого края и 0,66 нм с узкого) и альфа-циклодекстрина (диаметр внутренней полости 0,56 нм с широкого

края и 0,45 нм с узкого), можно сделать вывод, что образование комплексов теоретически возможно, поскольку удовлетворено условие совместимости геометрических размеров молекул «хозяина» и «гостя». Вторым условием, подтверждающим теоретическую возможность создания комплекса, является полярность молекулы бета-каротина, которая меньше полярности молекулы воды.

Информация о размерах гранул крахмалов предоставлена ВНИИ крахмалопро-дуктов (рисунок 1).

Рисунок 1 - Микрофотографии гранул кукурузного и модифицированного

крахмала

Особенность крахмала, модифицированного путем биоконверсии в присутствии глюкоамилазы ОрШех L-400 в течение 72 ч - наличие пор размером от 1 мкм. Данная модификация предполагает потенциальную возможность включения бета-каротина в поры гранул крахмала с образованием структуры, которая может обеспечить устойчивость красителя к воздействию негативных факторов.

Разработка способа экстракции бета-каротина для его определения в комплексных пищевых добавках

В действующих нормативных документах, не регламентируются методы определения каротиноидов в комплексных пищевых добавках. В этой связи, для обеспе-

чения безопасности и соответствия разрабатываемых пищевых добавок требованиям технических регламентов, а также контроля производства и проведения объективного сравнения с коммерческими образцами необходимо создать методики определения бета-каротина в пищевых матриксах различного состава.

Поскольку точность результата измерения в значительной степени зависит от полноты растворения образца, выбор растворителя для определения красителя в жидких эмульсионных образцах основывался на гидрофобных свойствах молекулы бета-каротина. При применении часто используемого в методиках определения ка-ротиноидов хлороформа было установлено, что ни простое механическое перемешивание, ни перемешивание при использовании термостатируемого перемешивающего устройства не обеспечивают полного растворения образцов (рисунок 2). Поэтому было предложено применить дополнительную ультразвуковую обработку, которая способствует нарушению гидрофильно-липофильного баланса, что приводит к разрушению эмульсий, что подтверждается данными рисунка 2. Содержание бета-каротина рассчитывалось относительно содержания, заявленного производителем, принятым за 100 %

Аквабетин 0151Б Бета-каротин 1 % Бета-каротин 2 % Бета-каротин 3 %

Аквабетин 0200В натуральный натуральный натуральный

водорастворимый водорастворимый водорастворимый

Рисунок 2 - Результаты определения бета-каротина в жидких эмульсионных коммерческих образцах пищевых добавок

Эксперимент также показал, что применение комбинации неполярного (хлороформ) и полярного (ацетон) растворителя, приводит к практически полному растворению образцов при ультразвуковой обработке. Однако хлороформ не разрешен для применения в пищевых производствах, поэтому было предложено заменить его в составе бинарной смеси на гексан и петролейный эфир. При этом содержание бета-каротина соответствовало заявленным производителями значениям.

Для извлечения красителя из сухих образцов, в том числе из комплексных пищевых добавок, в состав которых входят продукты переработки крахмала, также тестировали хлороформ и бинарные экстрагенты. Степень экстракции при этом в большинстве случаев не превысила 80 % (рисунок 3). Ультразвуковая обработка не способствовала интенсификации процесса. В связи с этим было предложено предварительно растворять образцы в воде, а затем экстрагировать бета-каротин хлороформом. В качестве солюбилизирующего агента предложено использовать этанол. Данная система способствовала практически полному извлечению бета-каротина из сухих образцов. Варьирование компонентов в смеси растворителей позволило установить наилучшее соотношение вода:этанол:хлороформ - 1:1:2 (рисунок 3). Содержание бета-каротина рассчитывалось относительно содержания, заявленного производителем, принятом за 100 %

Рисунок 3 - Результаты определения бета-каротина в сухих образцах

пищевых добавок

Из полученных экспериментальных данных следует, что бинарные смеси при экстракции и ультразвуковой обработке приводят к исчерпывающему, более 95 %, извлечению бета-каротина из пищевых добавок различного состава. Отсутствие деградации каротина в процессе пробоподготовки с использованием разработанных способов подтверждено спектрофотометрическим и хроматографическими методами.

Полученные экспериментальные результаты, легли в основу разработанной методики анализа бета-каротина в пищевых добавках МВИ 21-2019.

Выбор носителя-модификатора и соотношения компонентов в комплексах с бета-каротином

Влияние циклодекстринов и крахмалов на модификацию физико-химических свойств бета-каротина оценивали по следующим показателям: растворимость в воде, стабильность в условиях ультрафиолетовом облучении (светостойкость) и при температурах 3...5 °С и -23...-25 °С.

Установлено, что крахмал не изменяет растворимость бета-каротина.

Данные диаграммы (рисунок 4) позволяют сопоставить растворимость комплексов каротина при образовании супрамолекулярных структур с альфа- и бета-цик-лодекстринами.

аль фа-цикл о декстрин б ета-цикло декстрин

Молярное соотношение

■ 1:1 15:1 I 2_5:1 ■ 1,5:1

Рисунок 4 - Влияние состава комплексов на растворимость бета-каротина

Из графика видно, что образование комплекса с циклодекстринами приводит к гидрофилизации бета-каротина. Растворимость, из-за различий размеров внутренних полостей торообразных молекул, в комплексах красителя с альфа-цикло-декстрином более чем на 10 % ниже, чем в комплексах с бета-циклодекстрином.

Результаты определения светостойкости красителя в нерастворимых в воде комплексах с нативным и модифицированными крахмалами, представлены на рисунке 5.

А

Б

И

Г I

I I

.1

.1

шш

¡П

.1,

Время У Ф-облучен пл.ч

I бета-каротнн СПС 0 % ■ СГК 30 % ■ СГК 39 % СГК 46 %

■ И

II в

ш

■ТЖ

&-ППЛУЧНТПТЯ.'

Рисунок 5 - Зависимость светостойкости бета-каротина в комплексах на основе крахмала от степени гидролиза крахмала (СГК): (А) - массовое соотношение 2:1,

(Б) - массовое соотношение 4:1

В эксперименте выявлено, что модифицированные крахмалы способствуют увеличению светостойкости красителя на 18-25 % по сравнению с бета-каротином после 50 часов облучения, после чего защитное действие крахмалов ослабевает.

В водных растворах комплексов защитное действие циклодекстринов на молекулы бета-каротина в 7 раз больше, чем эмульсионной формы (рисунок 6).

А

Б

Рисунок 6 -Зависимость светостойкости бета-каротина в водных растворах от состава комплексов: (А) - бета-циклодекстрин, (Б) - альфа-циклодекстрин

Несмотря на то, что светостойкость бета-каротина в комплексах с альфа-цикло-декстрином на 10 % выше к концу эксперимента по сравнению с комплексами с бета-циклодекстрином, интенсивность цвета растворов подчиняется обратной зависимости, она в два раза ниже. Это можно объяснить меньшим числом молекул

красителя, включенных во внутреннюю полость альфа-циклодекстрина и, следовательно, меньшим содержанием красителя в комплексе. То есть, основным фактором, препятствующим проникновению молекул в полости циклодекстринов, как и предполагалось, являются стерические затруднения, что подтверждается и незначительным влиянием на светостойкость красящих веществ молярного соотношения компонентов.

При исследовании влияния температуры на стабильность бета-каротина было установлено, что и краситель Е160а, и его комплексы, полученные со всеми видами модифицированных крахмалов стабильны при температуре -23...-25 °С в течение 12 месяцев.

Исследование показало, что комплексы на основе крахмалов с массовым соотношением 2:1 отличаются высокой стабильностью на протяжении 120-150 суток хранения при температуре 3...5 °С (рисунок 7). Однако затем разница в стабильности данных комплексов и чистого красителя нивелируется.

0 30 90 120 153 217 245 300

Бремя, сут

■ Бета-каротин СПС0% ■ СГК 30% ■ СПС 39% СПС 4Ъ % " "

Рисунок 7 - Зависимость стабильности красящих веществ при хранении (T=3...5 °С) комплексов на основе крахмала (массовое соотношение 2:1) от СГК

Эффект стабилизации бета-каротина в образцах с массовым соотношением 4:1 менее значимый (рисунок 8). При этом в обоих случаях образцы с СГК 30 % обладают большим влиянием на стабильность бета-каротина в экспериментальных образцах.

О 30 90 L20 ISO 217 245 300

Время: суг

■ Бета-каротин СГТС 0 % ■ СПС 30 % Я СПС 39 % СПС 46 %

Рисунок 8 - Зависимость стабильности красящих веществ при хранении (Т=3...5 °С) комплексов на основе крахмала (массовое соотношение 4:1) от СГК

Более значимый стабилизирующий эффект выявлен при образовании комплексов красителя с циклодекстринами. В условиях хранения сухих образцов при температуре 3...5 °С комплексообразование позволяет замедлить деградацию бета-каротина на 15 % (рисунок 9).

0 30 60 90 120 150 180

Срок хранения сут.

■ Бета-кароиш кристаллический Комплекс 6ета-карошн:6ета-пиклодекстрин (1:1) Комплекс бета-карошн:альфа-циклодекстрин (1:1)

Рисунок 9 - Зависимость стабильности красящих веществ при хранении

(T=3...5 °С) от состава комплексов

Экспериментальные данные, полученные при хранении водных растворов, показали, что при температуре 3...5°С эмульсионная форма красителя теряет до 90 %

красящих веществ уже на 8 сутки хранения, тогда как альфа-циклодекстрин повышает стабильность бета-каротина в 16 раз, а бета-циклодекстрин - в 23 раза (рисунок 10). Отсюда следует, что бета-циклодекстрин оказывает более выраженное стабилизирующее воздействие на молекулы бета-каротина по сравнению с альфа-цик-лодекстрином и, особенно, с эмульсионной системой.

А

Б

120,00 100,00

н

2 80,00

рч

Я

л 60,00

Б

§ 40,00

оа

| 20=00 К 0,00

ТТ

1111.1 || ¡11 *

40

I *

95 130 150 180

■ бета-циклодекстрин бета-каротин 1:1

■ бета-циклодекстрин бета-каротин 1,51 бета-циклодекстрин:бета-каротин 2,5:1

1бета-циклодекстрин:бета-каротин 5:1 •эмульсионная форма бета-каротина

Время, суг

Рисунок 10 -Зависимость стабильности бета-каротина при хранении (Т=3...5 °С) водных растворов от состава комплексов: (А) - бета-циклодекстрин,

(Б) - альфа-циклодекстрин

Таким образом, установлено, что крахмалы оказывают стабилизационное воздействие на бета-каротин, однако, по сравнению с циклодекстринами, не влияют

на растворимость красителя. При этом бета-циклодекстрин оказывает больший эффект на модификацию физико-химических свойств бета-каротина по сравнению с альфа-циклодекстрином. Поэтому в качестве носителя-модификатора был выбран бета-циклодекстрин.

Поскольку влияние соотношения компонентов в комплексе незначительно, а интенсивность окраски растворов комплексов бета-циклодекстрин:бета-каротин при соотношении 1:1 в 2 раза выше растворов остальных образцов, для дальнейших экспериментов было выбрано молярное соотношение 1:1.

Для подтверждения комплексообразования были проведены исследования спектров, полученных образцов методом ядерного магнитного резонанса на ядрах водорода (ЯМР спектроскопии). В качестве примера спектры некоторых образцов представлены на рисунке 11.

Рисунок 11 - ЯМР спектрограммы бета-циклодекстрина (а), бета-каротина свободного (б) и связанного с бета-циклодекстрином в

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кулишова Ксения Евгеньевна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Aditya, N.P. Encapsulation systems for the delivery of hydrophilic nutraceuticals: Food application / N.P. Aditya, Y.G. Espinosa, I.T. Norton // Biotechnology Advances. - 2017. - Т. 35, № 4. - С. 450-457. - DOI 10.1016/j.biotechadv.2017.03.012

2. Ajeeshkumar K.K. Advancements in liposome technology: Preparation techniques and applications in food, functional foods, and bioactive delivery: A review / K.K. Ajeeshkumar, P.A. Aneesh, N. Raju [и др.] // Comprehensive reviews in food science and food safety. - 2021. - Т. 20, № 2. - С. 1280-1306. - DOI 10.1111/1541-4337.12725

3. Amjadi S. Improvement in the stability of betanin by liposomal nanocarriers: Its application in gummy candy as a food model / S. Amjadi, M. Ghorbani, H. Hamishehkar, L. Roufegarinejad // Food Chemistry. - 2018. - № 256. - С. 156-162. - DOI 10.1016/j.foodchem.2018.02.114

4. Amnuaikit, T. Formulation development and preparation of fish oil liposome by using high pressure homogenizer for food supplement product / T. Amnuaikit // Asian Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2016. - Т. 11, № 1. - С. 126-127. - DOI 10.1016/j.ajps.2015.11.094

5. Astray G. A review on the use of cyclodextrins in foods. / G. Astray, C. Gonzalez-Barreiro, C. Mejuto and others // Food Hydrocolloids. - 2009. - V.23. - P.1631-1640.

6. Baek E.J. Improvement of thermal and UV-light stability of P-carotene-loaded nanoemulsions by water-soluble chitosan coating / E.J. Baek, C.V. Garcia, G.H. Shin, J.T. Kim // International Journal of Biological Macromolecules. - 2020. - № 165. - С. 1156-1163. - DOI 10.1016/j.ijbiomac.2020.10.008

7. Bambardekar, Y. Modification of starch: A Green approach / Y. Bambardekar. -London : Walnut Publication, 2020. - 66 с.

8. Banchero, M. Supercritical Carbon Dioxide as a Green Alternative to Achieve Drug Complexation with Cyclodextrins / M. Banchero // Pharmaceuticals. - 2021. - № 14. - С. 562. - DOI 10.3390/ph14060562

9. Baranenko D. Development of encapsulated extracts on the basis of meadowsweet (Filipendulaulmaria) in the composition of functional foods with oncoprotective properties / D. Baranenko, V. Bespalov, L. Nadtochii [h gp.] // Agronomy Research. - 2019. -T. 5, № 17. - C. 1829-1838. - DOI 10.15159/ar.19.155

10. Borba P.A.A. The effect of mechanical grinding on the formation, crystalline changes and dissolution behaviour of the inclusion complex of telmisartan and p-cy-clodextrins / P.A.A. Borba, M. Pinott, G.R.S. Andrade [ugp.] // Carbohydrate Polymers. - 2015. - № 133. - C. 373-383. - DOI 10.1016/j.carbpol.2015.06.098

11. Bulbake U. Liposomal Formulations in Clinical Use: An Updated Review / U. Bulbake, S. Doppalapudi, N. Kommineni, W. Khan // Pharmaceutics. - 2017. - № 9. -C. 9020012. - DOI 10.3390/pharmaceutics9020012

12. Carle, R. Handbook on Natural Pigments in Food and Beverages / R. Carle. - Cam-brige : Woodhead Publishing, 2016. - 538 c.

13. Cheirsilp, B. Inclusion complex formation of cyclodextrin with its guest and their applications / B. Cheirsilp, J. Rakmai // Biology, Engineering and Medicine. - 2016. - №2 2. - C. 1-6. - DOI 10.15761/bem.1000108

14. Cid Samamed A. Cyclodextrins inclusion complex: Preparation methods, analytical techniques and food industry applications / A. Cid-Samamed, J. Rakmai, J. C. Mejuto [ugp.] // Food Chemistry. - 2022. - № 384. - C. 132467. - DOI 10.1016/j.food-chem.2022.132467

15. Climova A. Application of extracted b-glucan from oat for b-carotene encapsulation / A. Climova, M. Ibrahim, A. Salamahina [h gp.] // Journal of Food Science and Technology. - 2021. - № 58 (7). - C. 2641-2650. - DOI 10.1007/s13197-020-04770-2

16. Crini, G. Review: A history of cyclodextrins / G. Crini // Chemical Reviews. -2014. - Vol. 114, № 21. - P. 10940-10975..

17. da Rosa C.G. Microencapsulation of gallic acid in chitosan, p-cyclodextrin and xanthan / C.G. da Rosa, C.D. Borges, R.C. Zambiazi [h gp.] // Industrial Crops and Products. - 2013. - № 46. - C. 138-146. - DOI 10.1016/j.indcrop.2012.12.053

18. Das, S. Studies on the complexation of diclofenac sodium with p-cyclodextrin: Influence of method of preparation / S. Das, U. Subuddhi // Journal of Molecular Structure. - 2015. - № 1099. - C. 482-489. - DOI 10.1016/j.molstruc.2015.07.001

19. de Carvalho A. S. P-Carotene colouring systems based on solid lipid particles produced by hot melt dispersion / A.S. de Carvalho, S.C. de Rezende, C. Caleja [ugp.] // Food Control. - 2021. - № 129. - C. 108262. - DOI 10.1016/j.foodcont.2021.108262

20. De Man, J.M. Principles of Food Chemistry / J.M. de Man. - Springer International Publishing, 2018. - 607 p.

21. Dluzewska E. The effect of carrier type and antioxidant on stability of P-carotene microencapsulated by spray drying / E. Dluzewska, A. Florowska, M. Maszewska, J. Rusek // Zeszyty Problemowe Post^pow Nauk Rolniczych. - 2020. - №2 602. - C. 13-24.

22. Dong W. Characterization and antioxidant properties of chitosan film incorporated with modified silica nanoparticles as an active food packaging / W. Dong, J. Su, Y. Chen [ngp.] // Food Chemistry. - 2022. - № 373. - C. 131414. - DOI 10.1016/j.food-chem.2021.131414

23. Dos Passos Menezes P. Molecular Modeling and Physicochemical Properties of Supramolecular Complexes of Limonene with a- and P-Cyclodextrins / P. Dos Passos Menezes, P.B.P. Dos Santos, G.A.A. Doria [ngp.] // AAPS PharmSciTech. - 2017. - № 18. - C. 49-57. - DOI 10.1208/s12249-016-0516-0

24. Dwiyanti, H. The Influence of Maltodextrin and Final Cooking Temperature on Beta-Carotene and Tocopherol Retention of Granulated Coconut Sugar / H. Dwiyanti, V. Prihananto, G.R. Ramadhan // Proceedings of the 3rd International Conference on Sustainable Agriculture for Rural Development (ICSARD 2022) . - Amsterdam : Atlantis Press, 2023. - C. 118-124.

25. European Commission. 2018. Regulation (EC) No. 1925/2018 ofthe European Parliament and of the Council of 20 December 2018 on the addition of vitamins, minerals and of certain other substances to foods (2018). Official Journal of the European Union, L404/26.

26. Fang Sh. Fabricating multilayer emulsions by using OSA starch and chitosan suitable for spray drying: Application in the encapsulation of P-carotene / Sh. Fang, X. Zhao,

Y. Liu [ugp.] // Food Hydrocolloids. - 2019. - № 93. - C. 102-110. - DOI 10.1016/j.foodhyd.2019.02.024

27. Finkel'shtein E. I. Modern methods of analysis of carotenoids // Pharmaceutical Chemistry Journal. - 2016. - Vol. 50, № 2. - C. 96-107. DOI: https://doi.org/10.1007/s11094-016-1405-2.

28. Gonçalves, A. Microencapsulation of vitamin A / A. Gonçalves, B.N. Estevinho, F. Rocha // Trends in Food Science & Technology. - 2016. - № 51. - C. 76-87. - DOI 10.1016/j.tifs.2016.03.001

29. Gong M. Carotenoids from microalgae: A review of recent developments / M. Gong, A. Bassi // Biotechnology Advances. - 2016. - Vol. 34. - P. 1396-1412. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2016.10.005.

30. Grumezescu, A.M. Multifunctional Systems for Combined Delivery, Biosensing and Diagnostics / A.M. Grumezescu. - Cambrige : Elsevier Science, 2017. - 372 c.

31. Hadis, R. Starch-based nanocarriers as cutting-edge natural cargos for nutraceutical delivery / R. Hadis, R. Seid, M. J. Seid // Trends in Food Science & Technology. - 2019. - № 88. - C. 397-415.

32. Hernandez-Sanchez P. Optimization of a method for preparing solid complexes of essential clove oil with P-cyclodextrins / P. Hernández-Sánchez, S. López-Miranda, L. Guardiola [ugp.] // Journal of the Science of Food and Agriculture. - 2017. - № 97. - C. 420-426. - DOI 10.1002/jsfa.7781

33. Jafari, S. M. Biopolymer Nanostructures for Food Encapsulation Purposes / S. M. Jafari. - Cambrige : Academic Press, 2019. - 668 c.

34. Jiang L., Physicochemical properties of catechin/p-cyclodextrin inclusion complex obtained via co-precipitation / L. Jiang, J. Yang, Q. Wang [ngp.] // CYTA - Journal of Food. - 2019. - № 17. - C. 544-551. - DOI 10.1080/19476337.2019.1612948

35. Jug, M. Grinding as Solvent-Free Green Chemistry Approach for Cyclodextrin Inclusion Complex Preparation in the Solid State / M. Jug, P.A. Mura // Pharmaceutics. -2018. - № 10. - C. 189. - DOI 10.3390/pharmaceutics 10040189

36. Kaur P. Bio-utilization of fruits and vegetables waste to produce P-carotene in solid state fermentation: Characterization and antioxidant activity / P. Kaur, G. Ghoshal, A.

Jain // Process Biochemistry. - 2019. - Vol. 76. - P. 155-164. DOI: https://doi.org/10.1016Zj.procbio.2018.10.007.

37. Kaur, K. Synthesis, characterization and studies on host-guest interactions of inclusion complexes of metformin hydrochloride with p-cyclodextrin/ K. Kaur, R. Jindal, D. Jindal // International Journal of Biological Macromolecules. - 2019. - № 282. - C. 162-168. - DOI 10.1016/j.molliq.2019.02.127

38. Khushbu, K. Cyclodextrin mediated controlled release of edaravone from pH-re-sponsive sodium alginate and chitosan based nanocomposites / K. Khushbu, R. Jindal // International Journal of Biological Macromolecules. - 2022. - № 202. - C. 11-25. - DOI 10.1016/j.ijbiomac.2022.01.001

39. Kulishov, B. Advantages of electric resistance method for baking bread and flour confectionery products of functional purpose / B. Kulishov, K. Kulishova, N. Rudometova, A. Fedorov, A. Novoselov // Agronomy Research. - 2020. - Vol. 18. - №2 4.

- Pp. 2449-2464 DOI 10.15159/AR.20.211

40. Kurkov S. Cyclodextrins. / S. Kurkov, T. Loftsson // Int. J. Pharm. - 2013. - V.453.

- P.167 - 180.

41. Lamichhane N. Liposomes: Clinical Applications and Potential for Image-Guided Drug Delivery / N. Lamichhane, T.S. Lamichhane, W.D. D'Souza [h gp.] // Molecules.

- 2018. - № 23. - C. 23020288. - DOI 10.3390/molecules23020288

42. Leitgeb, M. Sustainable technologies for liposome preparation / M. Leitgeb, Z. Knez, M. Primozic // The Journal of Supercritical Fluids. - 2020. - № 165. - C. 104984.

- DOI 10.1016/j.supflu.2020.104984

43. Libo, T. Starch-guest inclusion complexes: Formation, structure, and enzymatic digestion / T. Libo, K. Lingyan // Food Science and Nutrition. - 2020. - № 60. - C. 780790. - DOI: 10.1080/10408398.2018.1550739

44. Liu W. Encapsulation of P-carotene-loaded oil droplets in caseinate/alginate mi-croparticles: Enhancement of carotenoid stability and bioaccessibility / W. Liu, J. Wang, D.J. McClements, L. Zou // Journal of Functional Foods. - 2018. - № 40. - C. 527-535.

- DOI 10.1016/j.jff.2017.11.046

45. Liu X. Co-encapsulation of Vitamin C and P-Carotene in liposomes: Storage stability, antioxidant activity, and in vitro gastrointestinal digestion / X. Liu, P. Wang, Y. X. Zou [nap.] // Food Research International. - 2020. - № 136. - C. 109587. - DOI 10.1016/j.foodres.2020.109587

46. Lu Y. Facile synthesis of zein-based emulsion gels with adjustable texture, rheol-ogy and stability by adding P-carotene in different phases / Y. Lu, Y. Ma, Y. Zhang [nap.] // Food Hydrocolloids. - 2022. - № 124. - C. 107178. - DOI 10.1016/j.foodhyd.2021.107178

47. Machut C. New supramolecular amphiphiles based on renewable resources / C. Machut, F. Mouri-Belabdelli, J.-P. Cavrot and others // Green Chemistry. - 2010. - №12.

- P. 772-775.

48. Mahalakshmi L. Micro- and nano-encapsulation of P-carotene in zein protein: size-dependent release and absorption behavior / L. Mahalakshmi, M. Maria Leena, J. A. Moses, C. Anandharamakrishnan // Food & Function. - 2020. - № 2. - C. 1647-1660. - DOI 10.1039/C9F002088H

49. Makni M. Evaluation of the antioxidant, anti-inflammatory and hepatoprotective properties of vanillin in carbon tetrachloride-treated rats / M. Makni, Y. Chtourou, H. Fetoui [nap.] // European Journal of Pharmacology. - 2011. - T. 668, № 1-2. - C. 133139. - DOI 10.1016/j.ejphar.2011.07.001

50. Martins N. Food colorants: challenges, opportunities and current desires of agroindustries to ensure consumer expectations and regulatory practices // N. Martins, L. C. Roriz, P. Morales and others // C.F.R. Trends in Food Science & Technology. - Vol. 52.

- 2016. - P. 1-15

51. Mehrad B. Enhancing the physicochemical stability of P-carotene solid lipid nano-particle (SLNP) using whey protein isolate / B. Mehrad, R. Ravanfar, J. Licker [nap.] // Food Research International. - 2018. - № 105. - C. 962-969. - DOI 10.1016/j.food-res.2017.12.036

52. Mercader-Ros M. T. Effect of HP-P-cyclodextrins complexation on the antioxidant activity of flavonols / M. T. Mercader-Ros, C. Lucas-Abellan, M. I. Fortea and others // Food Chem. - 2010. - № 3. - P. 769-773.

53. Merillon, J.-M. Bioactive Molecules in Food / J.-M. Merillon. - Springer International Publishing, 2019. - 2370 p.

54. Michelon M. Single-step microfluidic production of W/O/W double emulsions as templates for P-carotene-loaded giant liposomes formation / M. Michelon, Y. Huang, L.G. de la Torre [h gp.] // Chemical Engineering Journal. - 2019. - №2 366. - C. 27-32. -DOI 10.1016/j.cej.2019.02.021

55. Muankaew, C. Cyclodextrin-Based Formulations: A Non-Invasive Platform for Targeted Drug Delivery / C. Muankaew, T. Loftsson // Basic & Clinical Pharmacology & Toxicology. - 2018. - № 122 (1). - C. 46-55. - DOI 10.1111/bcpt.12917

56. Nik, A. M. Micellization of Beta-Carotene from Soy-Protein Stabilized Oil-in-Wa-ter Emulsions under In Vitro Conditions of Lipolysis / A. M. Nik, A. J. Wright, M. Cor-redig // Journal of the American Oil Chemists' Society. - 2011. - T. 88, № 9. - C. 13971407. - DOI 10.1007/s 11746-011-1806-z

57. Nourhan, S. E. Biophysical characterization of lutein or beta carotene-loaded cati-onic liposomes / S. E. Nourhan, W. Sh. Medhat, S. M. Haitham // RSC Advances. - 2020.

- № 10. - C. 32409-32422. - DOI doi.org/10.1039/D0RA05683A

58. Olusanya T.O.B. Liposomal Drug Delivery Systems and Anticancer Drugs / T.O.B. Olusanya, R.R.H. Ahmad, D.M. Ibegbu [h gp.] // Molecules. - 2018. - № 23. - C. 23040907. - DOI 10.3390/molecules23040907

59. Otles, S. Book Methods of Analysis of Food Components and Additives / S. Otles.

- Florida : CRC Press, 2011. - 534 c.

60. Patel Haresh R. Cyclodextrin as solubility enhancer for Levosimendan Lyophilized injection / Haresh R. Patel, Amit A. Patel // Der Pharmacia Lettre. - 2013. - № 5. - P. 206-212.

61. Popescu C. Enhanced Dissolution Efficiency of Zaleplon Solid Dispersions via Modified P-Cyclodextrin Molecular Inclusion Complexes / C. Popescu, P. Manda, A. Juluri and others // Journal of Pharma and Pharmaceutical Sciences. - 2015. - №1 (1). -C.1-10.

62. Quilez, J. Bakery Products Enriched with Phytosterol Esters, a-Tocopherol and -Carotene Decrease Plasma LDL-Cholesterol and Maintain Plasma / J. Quilez, M.

Rafecas, G. Brufau [ugp.] // The Journal of Nutrition. - 2003. - № 133 (10). - C. 31033109. - DOI 10.1093/jn/133.10.3103

63. Reineccius, G. Use of proteins for the delivery of flavours and other bioactive compounds / G. Reineccius // Food Hydrocolloids. - 2019. - № 86. - C. 62-69.

64. Ross, R. Nutrition and Functional Foods for Healthy. / R. Ross. - Academic Press Release, 2017. - 386 p.

65. Rostamabadi H. Fabrication of P-carotene loaded glucuronoxylan-based nanostruc-tures through electrohydrodynamic processing / H. Rostamabadi, A.S. Mahoonak, A. Al-lafchian, M. Ghorbani // International Journal of Biological Macromolecules. - 2019. -№ 139. - C. 773-784. - DOI 10.1016/j.ijbiomac.2019.07.182

66. Saha S., Walia S., Kundu A., Sharma K., Paul R. K. Optimal extraction and fingerprinting of carotenoids by accelerated solvent extraction and liquid chromatography with tandem mass spectrometry. Food Chemistry. 2015:177: 369-375. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.01.039.

67. Schierle J. Method for the Determination of b-Carotene in Supplements and Raw Materials by Reversed-Phase Liquid Chromatography: Single Laboratory Validation / J. Schierle, B. Pietsch, A. Ceresa [ngp.] // Journal of AOAC international. - 2004. - № 87.

- C. 1070-1082.

68. Schweiggert U. Characterisation of carotenoid esters in red pepper pods (Capsicum annuum L) by high performance liquid chromatography/atmospheric pressure chemical ionisation mass spectrometry / U., Schweiggert,, D.R., Kammerer,, R., Carle,, A. Schieber, // Rapid communications in mass spectrometry. - 2005. - № 19 (18). - C. 26172628. - DOI 10.1002/rcm.2104

69. Semenova M. G. Complexes of Biopolymers with Essential Lipids: Relationships between the Structure and Functional Properties / M. G. Semenova, A. S. Antipova, H. P. Palmina [ugp.] // Russian Journal of Physical Chemistry B: Focus on Physics. - 2019.

- № 13. - C. 932-937. - DOI 10.1134/S1990793119060289

70. Sepelevs, I. Encapsulation of Gallic acid in solid lipid core surrounded with malto-dextrin shell / I. Sepelevs, G.A. Reineccius // Agronomy Research. - 2018. - T. S2, № 16. - C. 1475-1485. - DOI 10.15159/AR.18.052

71. Sharma A. Carvedilol - beta-cyclodextrin systems: Preparation, characterization and in vitro evaluation. / A. Sharma, C. P. Jain // Dhaka University Journal of Pharmaceutical Sciences. -2013. -V.12. -P.51-58.

72. Shi L. Starch inclusion complex for the encapsulation and controlled release of bioactive guest compounds / L. Shi, J. Zhou, J. Guo [ugp.] // Carbohydrate Polymers. -2021. - № 274. - C. 118596. - DOI 10.1016/j.carbpol.2021.118596

73. Shi L. Starch-menthol inclusion complex: Structure and release kinetics / L. Shi, H. Hopfer, G. R. Ziegler, L. Kong // Food Hydrocolloids. - 2019. - № 97. - C. 105183. - DOI 10.1016/j.foodhyd.2019.105183.

74. Silva K. C. G. Protection and targeted delivery of ß-carotene by starch-alginate-gelatin emulsion-filled hydrogels / K. C. G. Silva, G. Feltre, M.D. Hubinger, A.C.K. Sato // Journal of Food Engineering. - 2021. - № 290. - C. 110205. - DOI 10.1016/j.jfoodeng.2020.110205

75. Sobel, R. Microencapsulation in the Food Industry / R. Sobel. - Holland : Elsevier Science, 2022. - 624 c.

76. Socaciu, C. Food Colorants: Chemical and Functional Properties / C. Socaciu. -CRC Press, 2007. - 648 p.

77. Sun J. Enhancing the stabilization of ß-carotene emulsion using ovalbumin-dextran conjugates as emulsifier / J. Sun, T. Liu, Y. Mu [ugp.] // Colloids and Surfaces A: Phys-icochemical and Engineering Aspects. - 2021. - № 626. - C. 126806. - DOI 10.1016/j.colsurfa.2021. 126806

78. Trentin A., Protein-stabilized emulsions containing beta-carotene produced by pre-mix membrane emulsification / A. Trentin, S. De LamoCastellvi, C. Güell [ugp.] // Journal of Food Engineering. - 2011. - T. 106, № 4. - C. 267-274. - DOI 10.1016/j.jfoodeng.2011.03.013

79. Trineeva O.V. Separation and determination of a mixture of fat-soluble vitamins A, D2, and E and ß-carotene by gradient thin-layer chromatography / O.V. Trineeva, E.F. Safonova, A.I. Slivkin // Pharmaceutical Chemistry Journal. - 2016. - Vol. 50, № 2. P. 120-125. DOI: https://doi.org/10.1007/s11094-016-1408-z.

80. Wadhwa G. Essential oil-cyclodextrin complexes: An updated review / G. Wadhwa, S. Kumar, L. Chhabra [ugp.] // Journal of Inclusion Phenomena and Macrocy-clic Chemistry. - 2017. - № 89. - C. 39-58. - DOI 10.1007/s10847-017-0744-2

81. Wang M. Fabrication and characterization of carboxymethyl chitosan and tea polyphenols coating on zein nanoparticles to encapsulate P-carotene by anti-solvent precipitation method / M. Wang, Y. Fu, G. Chen [ngp.] // Food Hydrocolloids. - 2018. - №2 77. - C. 577-587. - DOI 10.1016/j.foodhyd.2017.10.036

82. Wang, Sh. Starch Structure, Functionality and Application in Foods / Sh. Wang. -Germany : Springer Singapore, 2020. - 179 c.

83. Watson, R.R Nutrition and Functional Foods for Healthy aging / R.R Watson. -Cambrige : Academic Press, 2017. - 386 c.

84. Wei Y. Co-encapsulation of curcumin and P-carotene in Pickering emulsions stabilized by complex nanoparticles: Effects of microfluidization and thermal treatment / Y. Wei, Ch. Wang, X. Liu [ngp.] // Food Hydrocolloids. - 2022. - № 122. - C. 107064. -DOI 10.1016/j.foodhyd.2021.107064

85. Xie H. Fabrication of PGFE/CN-stabilized P-carotene-loaded peppermint oil nanoemulsions: Storage stability, rheological behavior and intelligent sensory analyses / H. Xie, Y. Zhang, M. Cao [ugp.] // LWT. - 2021. - № 138. - C. 110688. - DOI 10.1016/j.lwt.2020.110688

86. Yameogo J. B. G. Progress in developing amphiphilic cyclodextrin-based nano-devices for drug delivery / J. B. G. Yameogo, A. Geze, L. Choisnard and others. // Current Topics in Medicinal Chemistry. - 2014. - Vol. 4. - P. 526-541.

87. Yan Ch. Stable high internal phase emulsion fabricated with OSA-modified starch: an improvement in P-carotene stability and bioaccessibility / Ch. Yan, D. J. McClements, L. Zou, W. Liu // Food & Function. - 2019. - № 10. - C. 5446-5460. - DOI 10.1039/C9FO00508K

88. Yi J. Beta-Carotene Chemical Stability in Nanoemulsions Was Improved by Stabilized with Beta-Lactoglobulin-Catechin Conjugates through Free Radical Method / J. Yi, Y. Zhang, R. Liang [ugp.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2015. -T. 63, № 1. - C. 297-303. - DOI 10.1021/jf5056024

89. Yi J. Fabrication of chitosan-gallic acid conjugate for improvement of physico-chemical stability of ß-carotene nanoemulsion: Impact of Mw of chitosan / J. Yi, H. Huang, Z. Wen, Y. Fan // Food Chemistry. - 2021. - № 362. - С. 130218. - DOI 10.1016/j.foodchem.2021.130218

90. Yu Y. B. Emulsifying properties of a ferulic acid-grafted curdlan conjugate and its contribution to the chemical stability of ß-carotene /, W. D. Cai, Z. W. Wang, J. K. Yan // Food Chemistry. - 2021. - № 339. - С. 128053. - DOI 10.1016/j.food-chem.2020.128053

91. Zheng-Yu Jin. Cyclodextrin Chemistry: Preparation and Application / Jin Zheng-Yu. - World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd, 2013. - 290 p.

92. Алексеев К. В. Технология повышения биологической и фармацевтической доступности лекарственных веществ / К. В. Алексеев, Н. В. Тихонова, Е. В. Блын-ская и др. // Вестник новых медицинских технологий. - 2012. - Т. XIX. - № 4. - С. 43-47.

93. Бочкарева И. И. Изучение взаимодействия диазолина с различными высокомолекулярными соединениями методом растворимости / И. И. Бочкарева // Новые технологии. - 2010. - Вып. 1 - С. 128-130.

94. Гаврилин М. В. Повышение растворимости гесперидина с использованием 2-гидроксипропил- ß-циклодекстрина / М. В. Гаврилин, Л. И. Щербакова, О. М. Маркова // Фармация. - 2011. - № 2. - С. 11-12.

95. ГОСТ EN 12823-2. ПРОДУКТЫ ПИЩЕВЫЕ. Определение содержания витамина А методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Часть 2. Измерение содержания бета-каротина : дата введения 2017-07-01. - Москва :Стандар-тинформ, 2016. - 16 с.

96. ГОСТ Р 54058. Продукты пищевые специализированные и фукциональные. Метод определения каротиноидов : дата введения 2012-01-01. - Москва :Стандар-тинформ, 2019. - 13 с.

97. Душкин А. В. Механохимическое получение и свойства водорастворимых межмолекулярных комплексов полисахаридов и Р-циклодекстрина с лекарственными веществами / А. В. Душкин, Е. С. Метелева, Т. Г. Толстикова и др. // Химия в интересах устойчивого развития. - 2010. - Т. 18. - С. 719-728.

98. Душкин А. В. Механохимическое получение и свойства твердых дисперсий, образующих водорастворимые супрамолекулярные системы / А. В. Душкин, Е. С. Метелева, Ю. С. Чистяченко, С. С. Халиков // Фундаментальные исследования. -2013. - № 1. - С. 741-749.

99. Жилякова Е. Т. Изучение растворимости ацикловира в модельных смесях с солюбилизатором бета-циклодекстрином / Е. Т. Жилякова, О. О. Новиков, М. Ю. Новикова А. В. Баскакова // Фундаментальные науки. - 2014. - №2 9. - С. 2250-2257.

100. Захаренко Е. В. Особенности образования комплексов включения ли-копина и Р-каротина с Р-циклодекстрином / Е. В. Захаренко, М. С. Лапшова, В. И. Дейнека и др. // Научные ведомости. Серия Медицина. Фармация. - 2013. - № 18. - Вып. 23. - С.215-219.

101. Капустин М.А. Методы получения нанокомплексов биологически активных веществ с циклическими олигосахаридами, анализ их физико-химических свойств и использование в пищевом производстве. / М.А. Капустин, А.С. Чубарова, Т.Н. Головач // Труды БГУ. - 2016. - т.11. - С. 73-100.

102. Коденцова, В.М. Об обогащении пищевых продуктов витаминами / В.М. Коденцова // Вопросы питания. - 2016. - № 4. - С. 87-90.

103. Костина Н. Г. Экстракция растительных пигментов из местного сырья / Н. Г. Костина, Т. В. Подлегаева, И. Ю. Сергеева // Техника и технология пищевых производств. - 2019. - Т. 49. - №№ 4. - С. 522-530. 001: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-4-522-530.

104. Кулишова К.Е. О перспективах использования комплексов бета-каротина на основе циклодекстрина // Материалы докладов XII Международной конференции «Кондитерские изделия XXI века». - 2019. - С. 171-172

105. Кулишова К.Е., Ким И.С. Исследование физико-химических свойств комплексов на основе бета-каротина // Сборник научных трудов XII международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов организаций в сфере сельскохозяйственных наук «Интенсификация пищевых производств: от идеи к практике». - Красково. - 2018. - С. 178-182.

106. Кулишова, К.Е. Влияние антиокислителей на стабильность бета-каротина в мультикомплексных системах / К.Е. Кулишова, Н.В. Рудометова // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2022. -№ 4(54) БОГ 10.17586/2310-1164-2022-15-4-3-10

107. Кулишова, К.Е. Исследование образования супрамолекулярных нано-комплексов на основе бета-каротина / К.Е. Кулишова, Н.В. Рудометова, И. Ким // IX Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 13-15ноября 2019г.): материалы конференции. - 2019. - Т. II. - С. 138-142

108. Кулишова, К.Е. Применение супрамолекулярных комплексов на основе бета-каротина в некоторых видах кондитерских изделий / К.Е. Кулишова, Н.В. Рудометова, А.В. Федоров // Сборник тезисов докладов IX Конгресса молодых ученых. Электронное издание. - 2020.

109. Курченко В.П., Головач Т.Н., Сушинская Н.В., Тарун Е.И., Дудчик Н.В., Цыганков В.Г., Евдокимов И.А., Лодыгин А.Д. Мультикомпонентные композиты нанокомплексов циклодекстрина с биологически активными веществами для функциональных продуктов питания / Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 2. С. 375-389.

110. Лапшова М. С. Исследование комплексов включения некоторых анто-цианов с гидроксипропил-Р-циклодекстрином / М.С. Лапшова, В.И. Дейнека, Л.А. Дейнека // Химия растительного сырья. - 2014. - № 4. - С. 139-146.

111. Лукин Н.Д. Исследование действия амилолитических ферментов на на-тивный крахмал различных видов в гетерогенной среде / Н.Д. Лукин, З.М. Бородина, А.А. Папахин [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - № 10. -С. 62-64.

112. Никитин Н. Циклодекстрины и их комплексы включения (обзор литературы) / Н.Никитин // Фармацевтическая химия. - 2015. - №6. - С. 3-11.

113. Папахин, А.А. Влияние степени гидролиза на свойства кукурузного крахмала в процессе низкотемпературной биоконверсии / А.А. Папахин, З.М. Бородина, Н.Д. Лукин и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. - Москва: Пищевая промышленность. - 2014. - №12. - С.38-41.

114. Патент № 2 739 210 Российская Федерация, МПК А23Ь 33/105(2016.01) А23Ь 33/15(2016.01). Биологически активная добавка на основе растительного сырья : № 2020108346 : заявл. 2020.02.27 :опубл. 2020.12.21 / Белавина Г. А., Позня-ковский В. М., Австриевских А. Н. - 6 с.

115. Патент № 2435583 ЯД МПК А61 К 31/47. Фармацевтическая композиция с антибактериальной активностью : № 2010129908/15 : заявл. 20.07.2010 :опубл. 10.12.2011 / Чепур С. В., Быков В. Н., Тюнин М. А., Никифоров А. С. - 12 с.

116. Патент № 2758128 РФ, МПК А23Б 7/00. Улучшенная устойчивость к окислению эмульсий типа "масло в воде" при помощи натуральных стабилизаторов : № 2020129056 : заявл. 29.12.2017 :опубл. 26.10.2021 / БАРДЕН, Л. М., МОКА, Д.Г., ХАЙ, Р. М., ПУТНАМ, М. Д. - 23 с.

117. Попов К.И. Пищевые нанотехнологии: перспективы и проблемы / К.И. Попов, А.Н. Филиппов // Переработка молока. - 2010. - № 3. - С. 6-10.

118. Рудометова Н.В. Получение супрамолекулярных комплексов инди-гокармина с бета-циклодекстрином / Н.В. Рудометова, Т.А. Никифорова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2016. - №3. - С.13-16.

119. Рудометова Н.В., Кулишова К.Е. Стабилизация красящих веществ в составе инклюзионных нанокомплексов на основе продуктов переработки крахмала // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - СПб. - 2018. - № 4. - С. 15-21 Б01: 10.17586/2310-1164-2018-11-4-15-21

120. Рудометова Н.В., Кулишова К.Е., Ким И.С. Исследование влияния цик-лодекстринов и модифицированных крахмалов на светостойкость бета-каротина в инклюзионных комплексах // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и

аппараты пищевых производств». - СПб. - 2018. №2 3. - С. 3-11 DOI: 10.17586/23101164-2018-11-3-3-11

121. Рудометова, Н.В. Разработка способа экстракции бета-каротина для его определения в комплексных пищевых добавках [Beta-carotene extraction in complex food additives] / Н.В. Рудометова, К.Е. Кулишова // Техника и технология пищевых производств [Food Processing: Techniques and Technology]. - 2021. - Т. 51. - №2 2. - С. 374-386 DOI 10.21603/2074-9414-2021-2-374-386

122. Фаткуллин Р. И. Влияние процесса инкапсуляции на сохранение анти-оксидантных свойства флавоноидов / Р. И. Фаткуллин, А. К. Васильев, И. В. Калинина [и др.] // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии : электронный журнал. - URL: https://cyberleninka.ru/ar-ticle/n/vliyanie-protsessa-inkapsulyatsii-na-sohranenie-antioksidantnyh-svoystva-flavo-noidov. - Дата публикации: 2021. (дата обращения: 24.05.2023).

123. Федорова П. Ю. Природные циклические олигосахариды - цикло-декстрины, в системах доставки лекарств / П. Ю. Федорова, Р. К Андерсон, Е. К. Алехин и др. //Медицинский вестник Башкортостана. - 2011. - Т. 6.- Вып. 4. - С. 125-131.

124. Халиков С. С. Создание инновационных фунгицидных средств на основе тебуконазола с привлечением механохимических процессов /С. С. Халиков, А. В. Душкин, Р. Д. Давлетов, В. И. Евсеенко // Фундаментальные исследования. -2013. - № 10. - С. 2695-2700.

125. Черных Е.В. Супрамолекулярные комплексы на основе циклодекстри-нов / Е.В. Черных, С.Б. Бричкин // Химия высоких энергий. - 2010. - т. 44. - №2. -С. 115-133.

126. Явкина Д.И. Влияние технологических параметров на качество зернового хлеба, выпекаемого электроконтактным способом / Д.И. Явкина, Г.А. Сидоренко, В.П. Попов, Г.Б. Зинюхин, М.С. Краснова // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2014. - №3 (164). - С.187-194.

127. Яковишин Л. А. Молекулярные комплексы тритерпеновых гликозидов плюща с бета-циклодекстрином/ Л. А. Яковишин // Химия растительного сырья. -2015. - № 1. - С. 83-88.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СГК - степень гидролизованности крахмала

МП - простое механическое перемешивание

ТПУ - термостатируемое перемешивающее устройство

УЗ - ультразвуковая обработка

Приложение А Акт внедрения

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО «Петербургская Производственная Инициатива» Богданов А. А. 17.04.2023 г.

АКТ

внедрения в производственную практику ООО «ППИ» методов исследований пищевых добавок, разработанных Кулишовой К.Е. совместно с ВНИИПД - филиалом ФГБНУ "ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН в рамках выполнения диссертационной работы

Комиссия в составе председателя комиссии, главный специалист Катюшенко А. В. и членов комиссии: аспиранта Кулишовой К.Е., зав. лабораторией структурной переработки биоресурсов ВНИИПД - филиал ФГБНУ "ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова" РАН Рудометовой Н.В. составила настоящий акт в том, что в производственную практику ООО «ППИ» внедрены методика анализа бета-каротина в пищевых добавках МВИ 21-2019 и методика количественного определения бета-карогина методом ВЭЖХ МВИ 27-2021, разработанные в рамках диссертационной работы Кулишовой К. Е. «Модификация физико-химических свойств бета-кароти " ии».

Председатель комиссии Члены комиссии:

Рудометова Н.В.

/

Приложение Б Акт производственных испытаний

Приложение В Протокол дегустации

ПРОТОКОЛ № 162

заседания Дегустационной комиссии ВНИИПД - Филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН по оценке качества сахарной помадки, песочного печенья и хлеба белого из пшеничной муки

г. С-Петербург 21 февраля 2023 г.

Дегустационная комиссия в составе председателя Н.В. Рудометовой -зав. лабораторией структурной переработки биоресурсов и членов комиссии: Н.Ю. Шаровой - зам. директора по научной работе, A.A. Принцевой - зав. лабораторией биотехнологии и биоинженерии, К.Е. Кулишовой - младшего научного сотрудника, Н.В. Чеботаревой - ученого секретаря, в соответствии с Положением о Дегустационной комиссии ВНИИПД - Филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН провела дегустацию модельных образцов сахарной помадки, песочного печенья и хлеба белого из пшеничной муки с добавлением пищевого красителя бета-каротин El60а и комплексных пищевых добавок, полученных на его основе.

Цель дегустации: определение влияния красителя бета-каротин в различной форме на органолептические свойства сахарной помадки, песочного печенья и хлеба белого из пшеничной муки.

На дегустацию представлены модельные образцы сахарной помадки, песочного печенья и хлеба белого из пшеничной муки с добавлением кристаллического бета-каротина El60а, коммерческой комплексной пищевой добавки бета-каротина «Аквабетин» и комплексной пищевой добавки, полученной на основе супрамолекулярного комплекса с молярным соотношением бета-циклодекстрин: бета-каротин 1:1 (комплекс).

Модельные образцы сахарной помадки готовили в соответствии с рецептурой (таблица 1) следующим образом:

Таблица 1 - Рецептура сахарной помадки

Компонент Масса, г

Сахар 100,0 ± 1,0

Вода 35,0 ± 1,0

Глюкозно-фруктозный сироп 15,0± 1,0

^Лимонная кислота 0,10± 0,01

Краситель (в пересчете на бета-каротин) 0,006 ±0,001

Лимонную кислоту растворяли в части воды. Сахар, глюкозно-фруктозный сироп и оставшуюся воду смешивали, доводили до кипения. Добавляли раствор лимонной кислоты и образец красителя. Расплавленную массу активно взбивали до образования густой мелкокристаллической массы, затем раскладывали по формам и охлаждали при температуре 3...5°С.

Модельные образцы песочного печенья готовили в соответствии с рецептурой (таблица 2) следующим образом:

Компонент Масса компонентов, г

Мука 100,0 ± 1,0

Масло сливочное 60,0 ± 1,0

Сахар 40,0 ± 1,0

Меланж 32,0 ± 1,0

Соль 0,4 ±0,1

Сода 0,2 ±0,1

Краситель (в пересчете на бета-каротин) 0,005 ±0,001

Соду смешивали с просеянной мукой. Сахар измельчали до состояния пудры и смешивали с размягченным маслом. Соль растворяли в меланже. «Аквабетин» диспергировали в меланже. Кристаллический бета-каротин и образец комплекса вносили в растопленное масло. Все компоненты перемешивали до однородности.

Получившееся тесто выдерживали в холодильнике в течение 30 минут. Затем тесто раскатывали толщиной не более 0,5 см и формовали заготовки для выпекания печенья. Выпечку проводили в печи при температуре 180 °С в течение 12-15 минут.

Модельные образцы хлеба белого из пшеничной муки готовили в соответствии с рецептурой (таблица 3) следующим образом:

Таблица 3- Рецептура хлеба белого из пшеничной муки Компонент

Мука пшеничная периый_сорт_ Соль

Дрожжи какие?_

Вода

Краситель (в пересчете та бета-каротин)

Масса, г

500,0 ± 1,0

5,0 ±0,1

2,5 ±0,1

315,0 ±2,0

0,020 ±0,001

Воду нагревали до 36 °С. Смешивали дрожжи с мукой, растворяли соль в части воды. «Аквабетин» и образец комплекса растворяли в воде, кристаллический бета-каротин смешивали с мукой. Замес теста осуществляли в тестомесильной машине Bear Varimixer Teddy. Тесто бродило 2 часа, при 35 ° С, с ручной обминкой через 1 час 20 минут. Затем тесто нарезали, формировали тестовые заготовки массой 150 г и растаивали при температуре 40 °С и относительной влажности 80 % в течение 1 часа.

Выпечка производилась в специальной установке электроконтактным способом при напряжении переменного тока 220 В; максимальной температуре 100 °С, максимальной силе тока 9,15 А, в течение 3 мин. После выпечки хлеб охлаждался при комнатной температуре.

В качестве контрольных образцов использовали образцы модельных изделий, изготовленные без добавления красителя.

По результатам осмотра внешнего вида образцов установлено:

- поверхность сахарной помадки гладкая, без трещин; песочного печенья соответствует ГОСТ 24901-2014; хлеба белого из пшеничной муки соответствует ГОСТ 26987-86.

- мякиш хлеба пропеченный, эластичный, пористость развитая, без пустот и уплотнений;

- песочное печенье пропеченное с равномерной пористой структурой.

Результаты дегустации свежеприготовленных модельных образцов представлены г* таблицах 4-6.

Таблица 4 - Результаты органолептической оценки модельных образцов

супрамолекуля рным комплексом

Показатель Органолептическая характеристика модельного изделия

Сахарная помадка Хлеб белый из пшеничной муки Песочное печенье

Цвет Равномерная окраска красно-оранжевого цьета, интенсивная Равномерная окраска желтого цвета Равномерная окраска желтого цвета, интенсивная

Аромат Не выражен Хлебный Сливочный, масляный

Вкус Сахарной помадки Хлебный, гармоничный, без посторонних привкусов Гармоничный, маслянистый

Таблица 5 - Результаты органолептической оценки модельных образцов

Показатель Органолептическая характеристика модельного изделия

Сахарная помадка Хлеб белый из пшеничной муки Песочное печенье

Цвет Окраска неравномерная, с вкраплениями красителя, не интенсивная Окраска неравномерная, с вкраплениями красителя, не интенсивная Равномерная окраска желтого цвета, не интенсивная

Аромат Не выражен Хлебный Сливочный, масляный

Вкус Сахарной помадки, с морковным привкусом бета-каротина Хлебный, с морковным привкусом бета-каротина Мягкий, маслянистый

Таблица 6 - Результаты органолептической оценки модельных образцов с коммерческой комплексной пищдвой добавкой «Аквабетин»

Показатель Органолептическая характеристика модельного изделия

.....................-V Г Г " I —-

Сахарная помадка

Цвет Окраска неравномерная

желтого цвета

Аромат

Вкус

Не выражен

Сахарной помадки, с морковным привкусом _бета-каротина__

Хлеб белый из пшеничной муки

Равномерная окраска желтого цвета, интенсивная

Хлебный

Хлебный, с морковным привкусом бета_каротина_

Песочное печенье

Равномерная окраска желтого цвета

Сливочный, масляный

Характерный, маслянистый

Дегустационная комиссия ВНИИПД - Филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН отмечает:

1. При введении красителя в состав сахарной помадки, песочного печенья и хлеба белого из пшеничной муки модельные образцы приобретали различную окраску от желтого до красно-оранжевого. Причем, только введение комплексной пищевой добавки, полученной на основе супрамолекулярного комплекса с молярным соотношением бета-циклодекстрин:бета-каротин 1:1, в состав модельных позволяет достичь равномерной интенсивной окраски всех образцов. Наиболее выражено это отличие проявилось на модельных образцах сахарной

2. .Другие показатели изделий, приготовленных со всеми формами красителя, такие как: характеристика поверхности, мякиша и аромат, не отличались от показателей контрольных образцов.

3. При введении в рецептуры сахарной помадки и хлеба белого из пшеничной муки комплексной пищевой добавки, полученной на основе супрамолекулярного комплекса с молярным соотношением бета-циклодекстрин:бета-каротин 1:1, циклолекстрин позволяет замаскировать морковный привкус бета-каротина, проявляющийся в изделиях с кристаллическим бета-каротином и комплексной пищевой добавкой «Аквабетин».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Комплексная пищевая добавка на основе супрамолекулярного комплекса с молярным соотношением бета-циклодекстрин:бета-каротин 1:1, полученная в рамках выполнения диссертационной работы Кулишовой К. Е. «Модификация физико-химических свойств бета-каротина методами супрамолекулярной химии», рекомендуется для использования при производстве сахаристых, мучных конди

помадки.

Н.В. Чеботарева

Н.В Рудометова

Приложение Г Методики выполнения измерений

Федеральное агентство научных организаций

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК - ФИЛИАЛ ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО НАУЧНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПИЩЕВЫХ СИСТЕМ ИМ. В.М. ГОРБАТОВА» РАН (ВНИИПД - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН)

АНАЛИЗА БЕТА-КАРОТИНА В ПИЩЕВЫХ ДОБАВКАХ

МВИ 21-2019 РАЗРАБОТАНО

ВНИИПД - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН

Ведущий научный сотрудник,

УТВЕРЖДАЮ

методика

канд. хим. наук

Н. В. Рудометова « /У» У/ 2019 г.

Приложение Д Технологическая инструкция

Санкт-Петербург 2018

Приложение Е Тексты публикаций

В международных изданиях, индексируемых в базе данных Scopus:

1. Kulishov, B. Advantages of electric resistance method for baking bread and flour confectionery products of functional purpose / B. Kulishov, K. Kulishova, N. Rudometova, A. Fedorov, A. Novoselov // Agronomy Research. - 2020. - Vol. 18. - № 4. - Pp. 2449-2464

2. Рудометова, Н.В. Разработка способа экстракции бета-каротина для его определения в комплексных пищевых добавках [Beta-carotene extraction in complex food additives] / Н.В. Рудометова, К.Е. Кулишова // Техника и технология пищевых производств [Food Processing: Techniques and Technology]. - 2021. - Т. 51. - № 2. - С. 374-386

В изданиях из перечня ВАК РФ:

1. Кулишова, К.Е. Влияние антиокислителей на стабильность бета-каротина в мультиком-плексных системах / К.Е. Кулишова, Н.В. Рудометова // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. - 2022. - № 4(54) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://processes.ihbt.ifmo.ru/file/article/21685.pdf

Agronomy Research 18(4), 2449-2464, 2020 "https://doi.org/! 0.15159/AR.20.211

Advantages of electric resistance method for baking bread and flour confectionery products of functional purpose

B. Kulishov1'*, K. Kulishova1-2, N. Rudometova1,2, A. Fedorov1 and A. Novoselov1

'ITMO University, Saint-Petersburg, Faculty of Food Biotechnologies and Engineering, School of Biotechnology and Cryogcnic Systems, Kronvcrkskiy avc. 49, RU 197101 St. Petersburg, Russia

2A11-Russian Research Institute for Food Additives - Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Liteyniy ave. 55, RU 191014 St. Petersburg, Russia

'Correspondence: [e-mail]

Abstract. In this paper we studied the eiTeci of the baking method on the preservation ofbeta-carotene in two types of products: pan wheat bread and sponge cake. Five sources of beta-carotene were used in the study, three of which are commercially available samples, and the two others are experimental samples ofsupramolecular complexes ofbeia-carotene with alpha- and bcta-cyclodcxtrins in powder form (molecular ratio 1:1). Bread and sponge cakc were baked by convective and electric resistance methods. The values of temperature and current flowing through the dough were monitored during electric resistance baking. The beta-carotene content was measured in the dough after kneading, in the cakc batter after mixing and in the finished products after baking and cooling. The beta-carotene content was evaluated by spectrophotometry after extraction. The control samples of bread and sponge cake were baked without adding bcta-carotcnc. Dilfcrcnt sources of bcta-carotcnc exhibited varying stability in bread and sponge cake. Bread samples baked by the electric resistance method with addition of supramolccular complexes had minimum losses of bcta-carotcnc. Electric resistance baking ensured lower losses of bcta-carotcnc in bread and sponge cakc samples.

Keywords: beta-carotene, bread, electric resistance baking, sponge cake, supramolccular chemistry.

INTRODUCTION

The development of the modern food industry is characterized by the creation of new types of products with high nutritional value intended for dietary and functional purposes. It explains an interest in methods of processing raw materials that allow to preserve the maximum possible amount of useful nutrients and to obtain a high-quality product that meets modern safety standards.

Integrity of functional ingredients in consumer products can be achieved in several ways. One of them is microencapsulation. It is used to reduce the loss of nutritional value of food, to increase the stability of the properties of microingredients, etc. (Gon^alves et

2449

al., 2016; Scpclcvs & Rcincccius, 2018; Barancnko ct al., 2019) Starches, sugars, cellulose, lipids, animal and vegetable proteins, surfactants are mainly used as encapsulating materials (Nik et al., 2011; Trentin A.et al., 2011; Zabodalova et al., 2014; Yi ct al., 2015). Another method is creation of supramolecular inclusion complexes. Formation of an inclusion complcx affects physicochcmical properties of the embedded molecule. Therefore, supramolecular complexes are obtained in order to enhance or alter any of the physicochemical properties of so-called guest substances (Mercader-Ros et al., 2010; Jin Z.-Y., 2013; Kurkov & Loftsson, 2013; Mangolim et al., 2014; Rudomctova & Nikiforova, 2016).

Degradation of labile substances can also be reduced by the use of gentle technological processing modes (Strizhevskaya et al., 2019). One of these methods of bread baking is based on the use of the electric resistance (ER) heating method instead of the traditional convective heating (C) method. ER baking is characterized by a high heating rate and a lower maximum process temperature, reaching up to 100 °C (Derde ct al., 2014), while C baking is carried out at a temperature of the air in the oven up to 180-240 °C (Sidorenko et al., 2012). Due to the lower temperatures and the shorter duration of the ER process baking allows to preserve useful nutrients of bread to a greater extent (Popov et al., 2012; Javkina et al., 2014), as well as to obtain functional products, reducing the loss of functional ingredients (Yalalctdinova, 2010).

An increased preservation of functional microingredients can be achieved by combining several technological methods simultaneously. A special case of such combination is the use of various stabilized forms of functional ingredients and ER baking. Such a combined method can be used, for example, to reduce the beta-carotene loss in bread and flour confectionery products.

Beta-carotene is a food supplement, used in the food industry as food dye El60a, it is also included in the list of functional food ingredients. Beta-carotene has great potential for use in functional foods as a precursor of vitamin A (retinol) (Rodriguez-Amay et al., 2011; Kumar & Kumar, 2012; Naumova & Kozubtsev, 2016). However, a significant disadvantage of bcta-carotcnc is its liability to collapse under the influcncc of light, oxygen and high temperatures (Rudometova et al., 2018; Mérillon, 2019).

The aim of this paper was to study the influcncc of the baking method and stabilizing additives on the loss of beta-carotene during baking. In order to achieve this goal a series of experiments in C and ER baking with various types of beta-carotene was set up.

MATERIALS AND METHODS

Beta-carotene

In this paper the following sources of bcta-carotcnc were used:

- water-dispersible suspension of beta-carotene with the content of coloring substances 1.6%;

- fat-soluble suspension of bcta-carotcnc with the contcnt of coloring substances 2.0%;

- water-soluble food-grade beta-carotene with the content of coloring substances 2.0%;

2450

- experimental supramolecular complex of beta-carotene: beta-cyclodextrin (P-CD) with a molecular ratio of 1:1 and with the content of coloring substances 30% (Rudometova et al., 2018; Rudometova & Kulishova, 2018);

- experimental supramolccular complex of beta-carotene: alpha-cyclodextrin (a-CD) with a molecular ratio of 1:1 and with the content of coloring substances 25% (Rudometova et al., 2018; Rudometova & Kulishova, 2018).

Beta-carotene dosage selection

Bcta-carotcnc dosage selection was based on the rccommcndcd daily allowance and the color intensity of the end product acceptable for consumer (MR 2.3.1.2432-08, 2008).

We have chosen a dosage of 20 mg of beta-carotene which, taking into account the inaccuracy and baking losses, will be 25-35% of the daily intake in the finished product. Along with that the product will be classified as fortified food (European Commission, 2006; Watson, 2017), and according to the results of preliminary experiments its coloration will not be excessive.

Bread making technology

A straight-dough preparation method was used. The processes were carried out in the following sequence:

- weighing components, heating water to 36 °C;

- mixing yeast with flour, dissolving salt in a portion of water, embedding beta-carotene;

- dosing components into the bowl of the dough mixing machine;

- kneading dough in a dough mixing machine (Bear Varimixer Teddy);

- fermentation of the dough for 2 hours, at 35 °C, with manual punching after 1 hour and 20 minutes (proofing cabinet Miwe Aero, model AE 6.06.04, Germany);

- cutting dough and forming dough pieces;

- proofing dough in a proofing cabinet at temperature of 40 °C and at relative humidity of 80% for 1 hour (Miwe Klima, type MGT, Germany);

- baking dough using two

methods, namely, the convective one Tablt The dough formula in the oven (Miwe Aero, model AE 6.06.04, Germany) and the electric resistance method in the laboratory ER oven;

- cooling the bread.

The dough formula is shown in

Table 1.

The list of used sources of bcta-carotcnc, as well as the method of their embedding in the bread formula is shown in Table 2.

Ingredients The mass of ingredients, g

Wheat flour Is' grade 500.0 ± 1.00

Salt 5.0 ± 0.10

Instant yeast 2.5 ±0.10

Water 315.0 ±2.00

Beta-carotene 20X10J ± 0.01

2451

Table 2. The used sources ofbeia-caroiene

Type of additive Bcta-carotcnc dosage, mg Application method Sample name

Water-dispersible suspension, 1.6% Fat-soluble suspension, 2.0% Liquid Water-Soluble Bcta-Carotcnc, 2.0% 20 | C/Î <U B1 B2 B3

Supramolecular complex a-CD: beta-carotene (molecular ratio 1:1) 1 Uh 3 S B4

Supramolecular complex P-CD: beta-carotene (molecular ratio 1:1) B5

For successful baking a round piccc of dough with a mass of 230 ± 1 g was formed, its edges were cut off so that to obtain area of 50 mm that will ensure close contact of the piccc of dough with clcctrodcs. The forming scheme is shown in Fig. 1. The dough sample had a mass of 150 ± 5 g. The inaccuracy is explained by the difficulty of simultaneously observing the weight of the dough sample and the required distance between the vertical edges.

The dough sample was placcd in the electric resistance oven so that the cut edges had closc contact with electrodes.

In parallel with ER baking a bread sample from the same dough of the same mass was baked by C baking method at a temperature of 210 °C for 25 minutes.

After baking, bread samples were cooled at room temperature for 1 hour.

Sponge-cake baking technology

The sponge cake batter formula is shown in Table 3.

The sponge cake batter was prepared as follows. The mixture of salt, eggs and sugar was whipped for 10 minutes using stand mixer KitchenAid Artisan; in the process of whipping the mixture increased in volume by 2-3 times. Egg whites and egg yolks were not separated before whipping. In order to increase the batter conductivity and to speed up the ER baking process some amount of salt was added to the formula.

After whipping, the flour was added evenly into the mixture so that to avoid formation of lumps.

The list of used sources of bcta-carotcnc, as well as the way of their embedding in the sponge cake batter formula, is shown in Table 4.

Table 4. The list ofsources of beta-carotene used in the sponge cake bailer

2452

Side parts cut off

sample.

Type ofaddiiive

Bcta-carotcnc dosage, mg

Application method

Sample name

Watcr-dispcrsiblc suspension, 1.6% Fat-soluble suspension, 2.0% Liquid Water-Soluble Beta-Carotene, 2.0% Supramolecular complex a-CD: bcta-carotcnc (molecular ratio 1:1)

Supramolecular complex P-CD: bcta-carotcnc (molecular ratio 1:1)

Supramolecular complex p-CD: beta-carotene (molecular ratio 1:1)_

20

SCI

§8 SC2

I SC3

•g SC4

S

| SC5 G

mixing with flour SC6

Bcta-carotcnc and eggs were whipped until the bcta-carotcnc sample was evenly mixed.

The viscous medium of eggs prevents even distribution of the supramolccular complex in powder form, while there is no such problem when dispersing complex in water (as in the ease of bread dough). It can causc a dccrcasc in intensity and uniformity of color in the finished product. In order to compare two different ways of complex embedding, the sample SC6 was added to the sponge cakc experiment plan.

Embedding of beta-carotene into the flour in the sample SC6 was carried out in several stages before mixing. Initially, bcta-carotcnc in powder form was mixed with part of the flour with the same volume ratio, and the mixing was carried out until the mixture was evenly colored. At the next stage, a double volume of flour was added to the mixture, and the mixing was carried out again until color was even, and so on until the bcta-carotcnc sample was completely mixed with flour.

After mixing, the baking mold for the ER baking method and the one for the C baking method were filled with batter. The weight of batter in the ER baking mold was 107 g.

Convcctivc baking was carricd out in a Miwe Aero oven, model AE 6.06.04, Germany, at a temperature of 180 °C for 19 minutes in a mold with a diameter of 300 mm and a height of the sponge layer of 30 mm.

After baking, the sponge cakc was coolcd at room temperature.

Electric resistance oven used for experiments

Baking samples of bread and sponge cake was carried out in a specially designed installation. The installation casing is a box, open at the top and equipped with a hinged bottom. The casing is made of monolithic sheet polycarbonate with a thickness of 8 mm. Two clcctrodcs from sheet stainless steel AISI304 with a thickncss of 2 mm arc installed in the grooves inside the casing. Dimensions of the internal chamber of the installation arc 10()x50x 100 mm (L: W: H). The hinged bottom allows to remove the baked sample from the bottom without deformation, which is very important, because crustless bread and sponge cake are easily deformed. The installation drawing is shown in Fig. 2.

Baking of bread dough and sponge cake samples after proofing was carried out at a voltage of 220 V, a frequency of 50 Hz. During baking current flowing through the dough sample was measured using an IEK 266 C ammeter and the dough and the batter temperature was measured using a chromel-alumel DTPK011-07 / 1.5 thermocouple. The thermocouple was connected to an analog input module, which was connected to a

2453

Determination of beta-carotene content

The optical density of the resulting combined solutions was determined. The measurement was carried out on a SHIMADZU UV-1800 double-beam scanning spectrophotometer in the wavelength range of 300-700 nm against the solvent.

Mass fraction of bcta-carotcnc in the object of study (in mg g ') was calculated according to the formula, referred to in the reference source (Socaciu, 2007; European Commission, 2012).

Organoleptic analysis of bread and sponge cake

The organoleptic parameters were evaluated by a group of three tasters in accordance with GOST R 58233 (State Standard of the Russian Federation, 2018). The organoleptic properties of bread and sponge cake baked by C and ER methods were evaluated on a 5-point scale, the accuracy of the point evaluation was 0.1 points.

Evaluation of bread samples was carried out according to the following parameters: the state of the bread surface (smoothness, presence of tears, lumps, etc.), the color of the crumb (taking into account the introduction of beta-carotene as a dye), porosity (thin-walled or thick-walled, uniform, etc.), crumb consistency (tenderness, mellowness, dryness, etc.), bread aroma, crumb taste (State Standard of the Russian Federation, 2018).

Evaluation of sponge cake samples was carried out according to the following parameters: external appearance (smoothness, presence of tears, cracks, etc.), crumb color (taking into account the introduction of beta-carotene as a dye), consistency (softness, elasticity, dryness), crumb taste, aroma (Popov et al., 2014).

Since bread and sponge cake samples prepared by ER baking lacked a crust, the taste and color of samples obtained by different baking methods were evaluated only by crumb.

Statistical data processing

All experimental measurements were performed three times. Analysis of variance (one-way ANOVA) of the obtained data was carricd out by Microsoft Excel with a significant difference at I' < 0.05. Some of the parameters were compared using the Fisher test. Graphical dependencies were obtained using Microsoft Exccl software.

RESULTS AND DISCUSSION

Dynamics of changes in the current strength and temperature during ER baking of bread and sponge cake

Fig. 3 shows experimental data on changes in the current strength and temperature when baking bread. Dynamics of the current strength is complex, which can be explained by thermal and physicochemical processes occurring in the dough during baking. At the beginning of bread baking, an increase in the current strength occurs due to an increase in the degree of dissociation of salts and acids and transition of soluble substances to the liquid phase. Subsequently, the currcnt strength decreases somewhat, which the authors attribute to the swelling of the protein and carbohydrate components of the dough. Insignificant repeat increase in the currcnt strength can be causcd by denaturation of proteins and release of moisture, resulting in a short-term increase of conductivity. Further decrease in the currcnt strength is associated with the evaporation of moisture

2455

Beta-carotene content in bread and sponge cake samples

Fig. 6 shows data on the content of beta-carotene in mg g1 of the final product in samples of bread obtained by two baking methods. It should be noted that in the control samples (prepared without adding beta-carotene) no significant amount of beta-carotene was found.

Data analysis shows that beta-carotene is lost in all bread samples during baking. However, these losses are less than those recorded by the authors (Rogers et al., 1993; Ranhotra ct al., 1995). This significant difference can be explained by the fact that the authors used samples of stabilized beta-carotcnc developed more than 30 years ago, and during this time progress in improving the stability of beta-carotene lias stepped forward.

Statistically significant differences in the samples prepared by different baking methods were observed in the samples with the addition of supramolecular complexes and fat-soluble bcta-carotcnc. Close values of bcta-carotcnc losses were observed for samples Bl, B2 and B3 obtained using emulsified forms of beta-carotene, which are more stable during convective baking than supramolecular complexes. Perhaps this is due to the presence of an emulsifier and a fatty phase in carotene-containing additives.

The higher preservation of bcta-carotcnc in the samples obtained by ER baking can be explained by the different temperatures and duration of baking of the samples: during ER baking, the product temperature did not cxcccd 100 °C, while C baking was carried out at a temperature of 210 °C. In addition, only the outer layers of bread were exposed to higher temperatures during C baking. Thus, the difference in beta-carotene losses between the samples is explained only by the losses in the crust, and taking into account the fact that the fraction of crust in the mass of the product is relatively small and docs not exceed 30%, a slight difference fits completely into these facts.

According to the experimental data obtained, it can therefore be concluded that the greatest stability of beta-carotene during baking can be achieved by combining technological parameters and using a stabilized form of bcta-carotcnc, for example, supramolecular forms of beta-carotene and ER baking.

Fig. 7 shows data on bcta-carotcnc contcnt in mg g1 of the final product in sponge cakes prepared by two baking methods.

Statistically significant differences in sponge cake samples prepared by different baking methods were observed when adding supramolecular complexes and fat-soluble beta-carotene (samples SC4, SC5, SC6. SC2, respectively).

2459

There were no statistically significant differences in crumb shape, taste and consistency between samples of different baking methods. However, there is a statistically significant difference in the aroma indices, which may be due to the fact that during ER baking the temperature of the dough docs not reach sufficient values for the Maillard reactions to occur.

Nature of porosity is conditioned by the geometric shape of the bread prepared by two baking methods and having the same weight: the form for ER baking is narrower and higher than the standard baking form.

Also there is a significant difference in the color intensity between the samples with different sources of beta-carotene: the samples with the addition of supramolecular complexes are less colored, which is caused by their physicochemical properties (Rudometova et al., 2018; Rudometova & Kulishova, 2018).

Organoleptic parameters of sponge cake are shown in the Tabic 7.

Table 7. Sensory characteristics of sponge cake

Sample External appearance Crumb color Consistency Cmmb taste Aroma

SCI ER 4.83 ±0.09 4.80 ±0.08 4.63 ± 0.05 4.43 ± 0.05 3.90 ±0.14

C 4.93 ±0.05 4.9 ±0.08 4.53 ±0.12 4.47 ±0.12 4.9 ± 0.08

F 1.80 1.50 1.13 0.13 75.00*

SC2 ER 4.80 ±0.14 4.80 ±0.08 4.53 ± 0.05 4.77 ± 0.09 4.17 ±0.05

C 4.83 ±0.09 4.87 ±0.05 4.40 ± 0.08 4.67 ± 0.05 4.83 ± 0.05

F 0.08 1.00 4.00 1.80 200.00*

SC3 ER 4.70 ±0.08 4.73 ± 0.09 4.73 ± 0.09 4.77 ±0.12 3.93 ±0.12

C 4.83 ±0.12 4.87 ± 0.05 4.60 ± 0.08 4.80 ±0.08 4.87 ± 0.05

F 1.60 3.20 2.29 0.10 98.00*

SC4 ER 4.80 ±0.08 3.50 ± 0.08 4.67 ±0.12 4.83 ± 0.05 4.00 ±0.14

C 4.90 ±0.08 3.37 ±0.05 4.40 ± 0.08 4.73 ±0.12 4.87 ± 0.09

F 1.50 4.00 6.40 1.13 52.00*

SC5 ER 4.73 ±0.05 3.27 ±0.12 4.67 ±0.12 4.77 ±0.12 4.03 ±0.12

C 4.77 ±0.09 3.23 ±0.12 4.63 ±0.12 4.80 ± 0.08 4.97 ± 0.05