Дипломная (вкр): Введение йодхитозана в рецептуру производства пшеничного хлеба

.        Тиополуацеталь окисляется, перенося гидрид-ион на окисленную форму НАД⁺, при этом образуется тиоэфир:

.        Образовавшийся промежуточный фермент-субстратный комплекс присоединяет фрагмент фосфорной кислоты. Образуется 1,3-дифосфоглицерат:

Суммарная реакция:

,3-Дифосфоглицерат является макроэргическим соединением, в связи с чем гидролиз макроэргической связи в 1,3-дифосфоглицерате сопряжен с фосфорилирофанием АДФ и образованием АТФ:

-фосфоглицерат изомеризуется в 2-фосфоглицерат (фермент - фосфоглицератмутаза):

Обратимая реакция енолизации, в процессе которой от 2-фосфоглицерата отщепляется вода с образованием макроэргического фосфоенолпирувата. Реакция катализируется енолазой:

Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата на АДФ с образованием пирувата и АТФ:

Пируват декарбоксилируется дрожжевой декарбоксилазой:

Восстановление ацетальделида под действием фермента алкогольделидрогеназы

Суммарная реакция сбраживания глюкозы

С₆Н₁₂О₆  2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 117,36 кДж

Также помимо спиртового брожения в пшеничном тесте протекают и другие виды брожения:

·        молочнокислое;

·        пропионовокислое;

·        бутиленгликолевое;

·        маслянокислое;

·        ацетонобутиловое;

·        ацетоноэтиловое.

Многие виды бактерий присутствуют в исходном сырье - муке, дрожжах - и их жизнедеятельность нередко оказывает влияние на свойства теста и хлеба. Вызываемые ими различные типы брожения обуславливают накопление в тесте различных побочных продуктов, которые могут как положительно, так и отрицательно влиять на качество продукта.

В таблице 3 представлены продукты шести основных типов брожения.

Таблица 3 - Продукты основных типов брожения

2.4 Состав и свойства обогащающей добавки

Для обогащения йодом продукта была выбрана йодсодержащая добавка «Йодхитозан». В составе добавки йод находится в органически связанной форме и стабилизирован в биосовместимой и биодеградируемой органической субстанции - хитозане, который в совокупности с НМ-В геллановой камедью при указанных количественных соотношениях образует порошок, отличающийся хорошей растворимостью в жидких средах. Ингредиенты заявляемой БАД наделены широким спектром биологических эффектов, в совокупности обеспечивающих оптимизацию йодного обмена: так, хитозан проявляет способность к селективному связыванию тяжелых металлов и органических соединений, блокирующих механизмы усвоения йода, пролонгирует эффекты лекарственных препаратов и биологически активных веществ, обладает иммуностимулирующей, антиоксидантной, бактериостатической активностью и образует термоустойчивые механически прочные гели [3]. Ингредиенты БАД относятся к полисахаридам природного генеза, не оказывают побочных эффектов и сенсибилизирующего воздействия на организм при неограниченно длительном применении.

.4.1 Состав добавки

Биологически активная добавка к пище «Йодхитозан» для профилактики йодной недостаточности содержит:

йод кристаллический

йодистый калий

НМ-В геллановая камедь

хитозан низкомолекулярный пищевой водорастворимый

Хитозан - частично N-дезацетилированное производное хитина, линейный полисахарид, 2-амино-2-дезокси-β-D-глюкан. Его макромолекулы состоят из случайно-связанных β-(1-4)-D-глюкозаминовых звеньев и N-ацетил-D-глюкозамина.

Физические и химические свойства хитозана определяются строением его молекул, имеющих реакционноспособные амино- и гидроксильные группы:

Технологические свойства хитозана:

·        растворимость;

·        липкость;

·        вязкость;

·        эмульгирующая способность;

·        комплексообразующая способность.

Медико-биологические свойства хитозана:

·        биодеградируемость;

·        биосовместимость;

·        минимальная токсичность;

·        липотропный и детоксицирующие эффекты;

·        противовирусный, противогрибковый и противомикробный эффекты;

·        антисклеротический эффект;

·        антиокислительные свойства;

·        способность регулировать углеводный обмен.

Хитозан может разлагаться под действием ферментов желудочного сока, поджелудочной железы и кишечника до низкомолекулярных компонентов, которые включаются в метаболические процессы организма. Биодеградация хитозана может происходить частично и под действием лизоцима, находящегося в слюне [4].

Хитозан как физиологическое вещество нетоксичен. Для человека относительный LD₅₀ составил 1,33 г/день/кг веса человека, что для среднего человека с массой в 70 кг составит более 90 г/день.

По результатам комплексного анализа применения хитозана в лечебной практике врачей Японии была получена следующая информация. Хитозан способен понижать уровень липопротеидов низкой плотности и повышать уровень липопротеидов высокой плотности. Он обладает противовирусным, противогрибковым, противомикробным эффектами, поддерживает в норме уровень сахара в крови, способен очищать кровь от токсинов, устраняет побочные эффекты фармпрепаратов, увеличивает выносливость организма. По мнению японских врачей, хитозан оказывает корректировку центральной и автономной нервных систем. Продукты расщепления хитозана - ацетилглюкозамин и глюкозамин, всасываясь в кишечнике, достигают центра голода в гипоталамусе, активируют его, вызывая ощущение голода. Таким образом, прием хитозана способен повышать аппетит. Дополнительное назначение хитозана при лечении печени способствовало восстановлению функций клеток печени, при этом нормализовались показатели печеночных проб, улучшались показатели липидного состава крови, в том числе холестерина. Известно эффективное применение хитозана при гипертонической болезни, воспалительных заболеваниях желудочно-кишечного тракта. В онкологии хитозан может быть применен как вещество, способное концентрироваться вокруг раковых клеток и тормозить их действие, и как препарат, регулирующий иммунологическую активность организма. Кроме того, с использованием хитозана осуществляется доставка противоопухолевых препаратов в живой объект.

Установлены антисклеротический эффект хитозана, его антиокислительные свойства, способность регулировать углеводный обмен.

Как сказано выше, хитозан обладает способностью к комплексообразованию, что позволяет использовать его для получения БАД и пищевых продуктов, при создании новых технологий целевой доставки лекарств или функционального ингредиента в организм. Находясь в контакте с другими полимерами и являясь поликатионом, хитозан способен образовывать коллоидные полиэлектронные комплексы (ПЭК) с полианионами, например геллановой камедью. Комплексы образуются за счет взаимодействия аминогрупп хитозана и отрицательно заряженных групп сополимера за счет солевых связей.

С учетом способности взаимодействовать в условиях физиологических параметров (активная кислотность и температура) и образовывать продукты реакции с новыми свойствами хитозан рассматривается как перспективное соединение для решения важных фундаментальных и практических задач для получения полиэлектролитных комплексов, востребованных в биомедицине, получении БАД и пищевых продуктах при создании новых технологий целевой доставки лекарственного препарата или функционального ингредиента в организм. Высокий потенциал ПЭК на основе хитозана делает его привлекательным для решения насущных практических задач в пищевой технологии.

Хитозан, присутствуя в составе пищевых продуктов, положительно влияет на их биологическую ценность. Он относится к диетическим волокнам. Поступающий перорально как лечебно-профилактический препарат или компонент пищи, хитозан проявляет свойства энтеросорбента, иммуномодулятора, антисклеротического и антиартрозного фактора, регулятора кислотности желудочного сока, ингибитора пепсина.

Также хитозан имеет высокую терапевтическую и профилактическую активность при лечении и профилактике желудочно-кишечных заболеваний при полном отсутствии токсичности и других побочных действий. При его использовании наблюдалось улучшение клинического состояния, исчезали признаки диареи, улучшались биохимические показатели крови, и в 80 - 90% случаев наступало полное выздоровление.

В хлебобулочных изделиях хитозан применяют в коллоидном и твердофазном состояниях, при этом он оказывает влияние на свойства безопарного теста и хлебобулочных изделий, замедляет черствление хлеба, а изделия приобретают золотистую окраску, приятный вкус и аромат, мелкую равномерную пористость [5].

В состав «Йодхитозана» йод входит в комплексно-связанной форме, так как неорганические формы йода при длительном употреблении могут устранить лишь легкие формы йоддефицитных заболеваний. Органические формы йода отличаются лучшей усвояемостью, стабильностью, как на технологических этапах производства, так и при хранении продукта. Включение йода в комплекс позволяет уменьшить его токсичность, сохранив присущую ему биоактивность. Также йод, иммобилизованный на смешанной полимерной матрице (хитозан - геллановая камедь) прочно удерживается ею.

Геллановая камедь - Е418 - загуститель пищевого продукта, получаемый микробиологическим синтезом с помощью микроорганизмов Sphingomonas elodea на сахаросодержащих субстратах, содержащий основного вещества не менее 85,0%, представляющий собой желтовато-белый сыпучий порошок [6].

Геллановая камедь представляет собой гетерополисахарид линейного строения, состоящий из остатков β-D-глюкозы, β-D-глюкуроновой кислоты и α-L-рамнозы:

В пищевых системах кроме свойств загустителя проявляет себя как структурообразователь, стабилизатор, гелеобразователь.

НМ-В геллановая камедь, включенная в состав используемой добавки, обеспечивает длительное суспендирование эссенциальных микроэлементов за счет создания сложносплетенной сети текучего геля из крупных молекул в низкой концентрации. НМ-В геллановая камедь совместима с традиционным технологическим оборудованием, применяемым в молочной промышленности, диспергируется без образования комков, легко гидратируется и является термостабильной [7].

.4.2 Производство добавки

Способ приготовления «Йодхитозана» осуществляется следующим образом.

В раствор йода, который получен растворением 60 мг кристаллического йода в водном растворе 120 мг йодистого калия, вносят 2,5 г НМ-В геллановой камеди, тщательно перемешивают до получения гелеобразной массы. В полученную массу добавляют 2,5 грамма хитозана низкомолекулярного пищевого водорастворимого и перемешивают до получения гомогенной пластичной массы, которую высушивают при температуре 20-80˚C, а затем измельчают в гомогенизаторе до частиц размерами не более 0,5 мм. Готовый продукт упаковывают в герметичную стеклянную или пластмассовую тару [7].

Приведенный способ производства «Йодхитозана» запатентован (патент РФ № 2380984), также утверждены ТУ и ТИ на хлеб и хлебобулочные изделия с ним.

Авторами работы [8] были исследованы некоторые закономерности комплексообразования системы хитозан-йод-йодид калия. Комплексы хитозан-йод-йодид калия синтезировали двумя способами. В первом случае навеску хитозана предварительно растворяли в азотной кислоте при постоянном перемешивании и нагревании. Отдельно готовили раствор йода с добавлением йодида калия. Соотношение мольных концентраций йода и йодида калия [I2]/[KI] было постоянным и составляло 1:10. Далее смешивали растворы хитозана и йода/йодида калия. Молярные отношения [ХТЗ]/[I2] варьировали от 20/1 до 2/1. Концентрации ХТЗ в растворе составляла 0.005 моль/л. Синтез комплексов хитозана с йодом проводили при температуре −5˚С методом замораживания в течение суток. Об образовании аддукт судили по характерному фиолетовому окрашиванию. В данном случае комплекс образовывался только после выделения фазы хитозана из раствора. Во втором случае мелкоизмельченный порошок ХТЗ всыпали в предварительно подготовленный раствор йода с добавлением йодида калия в азотной кислоте и тщательно перемешивали до полного растворения с помощью магнитной мешалки. Выделенные продукты реакции были проанализированы спектрофотометрическими методами исследования. Электронные спектры растворов смесей «йод-йодид калия» и «хитозан-йод-йодид калия» приведены на рисунке 6.

Рисунок 6 - УФ спектр системы I2/KI (1) и комплекса хитозан-йод (2)

Исходя из данных УФ спектров видно, что при смешении хитозана с йодом в присутствии калия йодида формируется комплекс фиолетового цвета, разрушающийся при нагревании свыше 50˚С. Согласно данным работы, комплекс хитозан-йод формирует агрегат с двухслойной цилиндрической структурой, составленной из внутренней полийодидной цепи, окруженной ансамблем кристаллоподобных протяженных хитозановых цепочек, соединенных сетью межмолекулярных водородных связей.

При температуре выше 50˚С цилиндрическая структура начинает разрушаться и преобразуется в сферическую структуру из свободных хитозановых цепей, что по-видимому, связано с меньшей стабильностью комплекса при повышенной температуре [8].

При комнатной температуре полное разложение комплекса происходит в течение 10 суток (рисунок 7).

Рисунок 7 - Кинетика разложения комплекса хитозан-йод в азотной кислоте при комнатной температуре (λ = 513 нм)

Согласно данным ИК-спектроскопии, основными центрами в хитозане, удерживающими полийодидную цепочку внутри хитозановой спирали, являются как гидроксильные, так и аминогруппы полисахарида.

В работе [9] были изучены механизмы комплексообразования неорганических форм йода с биополимерами, было показано, что модификация хитозана йодом проводит к существенному снижению размеров диспергированных частиц биополимера [9].