Аннотация (русский):
Имеются сведения о синергетическом характере взаимодействия полисахаридов в процессе образования устойчивых к седиментации эмульсий. Данные о влиянии комбинаций соединений полисахаридной природы на окислительную стабильность носят частный характер. Для жировых эмульсионных продуктов значимыми характеристиками являются седиментационная и окислительная устойчивость. Цель работы – изучение влияния полисахаридов и их комбинаций на окислительную и седиментационную устойчивость прямых эмульсий в процессе хранения. Объектами исследования являются прямые эмульсии, включающие подсолнечное масло, стабилизированные полисахариды и их комбинации. Получение эмульсий проводили путем постадийного внесения дисперсной фазы в дисперсионную среду с растворенным полисахаридом при интенсивном перемешивании. Эмульсии хранили при температуре 60 °C в течение 8 суток. Оценку седиментационной устойчивости проводили визуальными методами по макро- и микропараметрам. Окислительную стабильность изучали с помощью стандартных методов определения перекисного числа и конъюгированных диенов. В рамках проведенного эксперимента установлено, что эмульсии имели средний размер частиц: от 6,78 ± 2,50 до 12,67 ± 6,53 мкм. Наибольшую седиментационную устойчивость проявили эмульсии на основе ксантановой камеди и ее комбинаций с другими полисахаридами (доля отслоившейся жидкости от 0 до 5,3 %), кроме высокоэтерифицированного пектина. Наибольшую окислительную устойчивость продемонстрировали образцы на основе камеди рожкового дерева и ее комбинации с низкоэтерифицированным пектином (перекисное число 9,85 ± 0,45 мЭкв/кг). Худший результат окислительной стабильности выявлен в образце камеди рожкового дерева с высокоэтерифицированным пектином (перекисное число 15,44 ± 0,85 мЭкв/кг). Сочетание камеди рожкового дерева и ксантановой камеди обеспечивает удовлетворительную седиментационную (доля отслоившейся жидкости 2,2 %) и окислительную (перекисное число 11,8 ± 1,1 мЭкв/кг) устойчивость эмульсии. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о целесообразности комбинирования различных полисахаридов для повышения седиментационной и окислительной устойчивости прямых эмульсий. Полученные результаты могут быть использованы при разработке новых видов стабильных эмульсионных жировых продуктов.

Ключевые слова:
Эмульсии, камедь рожкового дерева, ксантановая камедь, пектин низкоэтерифицированный, пектин высокоэтерифицированный, хранение

Введение Полисахариды имеют широкое применение в пищевой промышленности. Они могут выступать в качестве стабилизаторов, загустителей, гелеобразователей и инкапсулирующих агентов, которые участвуют в формировании текстуры и вкуса и контроле срока годности пищевой продукции [1–3]. Существует несколько классификаций пищевых полисахаридов. Выделяют разветвленные и неразветвленные, гидрофильные и амфифильные, растительного, животного и микробиологического происхождения и др. [4]. Структурное разнообразие и происхождение определяют свойства, проявляемые полисахаридами в различных средах и системах, которые обуславливают эффективность их использования в различных типах пищевых продуктов [5, 6]. Несмотря на широкое применение в пищевой промышленности, ведутся активные исследования по выявлению новых свойств полисахаридов, в частности изучение свойств пищевых систем, содержащих комбинации полисахаридов, в том числе с белками и другими веществами [5–11]. В технологическом аспекте использование комбинаций полисахаридов позволяет получать пищевые системы со сложной текстурой. Необходимо учитывать, что при использовании хотя бы двух структурно различных полисахаридов можно достигнуть эффекта как синергизма (образование растворимых или нерастворимых комплексов), так и антагонизма (расслаивание системы из-за термодинамической несовместимости) [5]. Большинство пищевых полисахаридов растворимы в воде. В связи с этим полученные с их использованием эмульсии являются эмульсиями первого рода «масло в воде». В настоящее время проведены комплексные исследования свойств индивидуальных полисахаридов, а также некоторых их комбинаций [12–15]. Пектины представляют собой семейство полисахаридов рамногалактуронанов, являющихся важным структурным компонентом клеточных стенок растений [16]. Функциональность пектина в продуктах обусловлена структурой его полимера – выделяют несколько общих типов: гомогалактуронан, рамногалактуронан-I, рамногалактуронан-II, апиогалактуронан, ксилогалактуронан и пектинсодержащий белок [17]. В пищевой промышленности пектины широко используются в качестве загустителей для увеличения вязкости различных продуктов [18]. Использование пектина с низким содержанием метоксильных групп позволяет разрабатывать продукты без сахара, т. к. они способны образовывать гель без сахарозы [19]. Камедь рожкового дерева – это гетерополисахарид, неионный галактоманнан, получаемый из эндосперма семян рожкового дерева (Ceratonia siliqua) [20]. В пищевой промышленности камедь рожкового дерева, благодаря своим физико-химическим и вязкоупругим свойствам, используется в качестве стабилизатора и загустителя [12, 21]. Ксантановая камедь – внеклеточный анионный полисахарид, секретируемый микроорганизмом Xanthomonas campestris. Используется в пищевой промышленности за счет широкого спектра своих свойств. Она растворима в холодной воде. Растворы обладают высокой псевдопластической текучестью и синергетическим взаимодействием с галактоманнанами и глюкоманнанами. Например, с камедью рожкового дерева. Это приводит к увеличению вязкости и активно используется в составе эмульсий [15, 22]. Окислительная стабильность и седиментационная устойчивость относятся к числу важнейших факторов, которые необходимо учитывать при разработке эмульсий. Стабильность эмульсии при изготовлении и хранении зависит от факторов, которые можно разделить на две категории: стерические и электростатические взаимодействия. Применение различных полисахаридов позволяет подавлять процессы дестабилизации эмульсий [23]. Также необходимо учитывать состав жировой фазы эмульсий, структуру и условия их хранения [24]. Подсолнечное масло является одним из используемых масел во всем мире в пищевой промышленности, в том числе при получении эмульсионных продуктов. Однако оно подвержено окислительной порче, в результате чего ухудшается качество и безопасность как самого масла, так и продуктов на его основе [25]. В работе X. Zang и др. было оценено влияние добавления различных анионных полисахаридов (гуммиарабик, пектин, ксантановая камедь и альгинат) на устойчивость эмульсий, стабилизированных гидролизатом белка рисовых отрубей. Выяснено, что пектин и ксантановая камедь обладают лучшей стабилизирующей способностью по сравнению с гуммиарабиком и альгинатом [26]. В исследовании Y. F. M. Kishk и H. M. A. Al-Sayed изучена окислительная стабильность эмульсий типа вода в масле с использованием ксантановой камеди [27]. Образцы эмульсий с ксантановой камедью в составе обладали более низкими значениями перекисного числа и конъюгированных диенов по сравнению с контрольными образцами. В исследовании M. S. Katsuda и др. эмульсии на основе цитрусового пектина и рыбьего жира демонстрировали меньшее накопление продуктов окисления по сравнению с контрольным образцом и образцом на основе пектина, полученного из сахарной свеклы [28]. Целью данной работы является изучение влияния полисахаридов и их комбинаций на окислительную и седиментационную устойчивость прямых эмульсий при хранении. Объекты и методы исследования Объектами исследования являются прямые эмульсии, включающие подсолнечное масло, и стабилизированные полисахаридами и их комбинациями: камедь рожкового дерева (Seedgum, Италия), ксантановая камедь (Neimenggu Fufeng Biotechnologies Co.Ltd, Китай), пектин низкоэтерифицированный (DSM, Швейцария), пектин высокоэтерифицированный (CPKelco, Бразилия) и их комбинации: камедь рожкового дерева + пектин низкоэтерифицированный, камедь рожкового дерева + пектин высокоэтерифицированный, камедь рожкового дерева + ксантановая камедь, ксантановая камедь + пектин низкоэтерифицированный, ксантановая камедь + пектин высокоэтерифицированный. Для элиминирования рисков гидролиза масла в условиях кислотности полисахаридов при получении в качестве дисперсионной среды был использован 0,1 М фосфатный буфер (pH = 7,0). Эмульсии были выработаны по следующей технологии: 35 Фролова Ю.В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 1 С. 32–45 1) растворение эмульгатора Твин 80 (0,1 %) в 0,1 М (79,4 %) фосфатном буфере (pH = 7,0) на магнитной мешалке Biosan MSH-300 (Biosan, Латвия) при 60 °С в течение 5 мин; 2) постепенное внесение в полученный раствор полисахаридов (0,5 %) (в случае комбинирования полисахариды вносились в равных соотношениях по массе с сохранением суммарной массы навески); 3) нагрев до температуры 90 °С и перемешивание на магнитной мешалке в течение 15 мин до полного растворения внесенных полисахаридов; 4) диспергирование на верхнеприводной мешалке Heidolph Silent Crusher M (Heidolph, Германия) при 12 тыс. об/мин с постепенным внесением подсолнечного масла (20 %) с дальнейшим диспергированием в течение 3 мин после внесения всего объема масла. Соотношение масляной и водной фаз, а также концентрация полисахаридов выбраны на основании анализа литературных данных и предварительных исследований. Полученные эмульсии делили на аликвоты, помещали в герметично закручивающиеся пробирки и хранили в течение 8 суток при повышенной температуре 60 °С в климатической камере (POLEKO-APARATURA, Польша) для ускорения процесса окисления. В процессе хранения оценивали седиментационную устойчивость по показателям: фрактальная размерность, лакунарность и средний размер частиц дисперсной фазы, доля отслоившейся жидкости (Creaming index); для окислительной стабильности эмульсий – с помощью окислительных индексов – перекисное число и конъюгированные диены. Изучение микропараметров устойчивости эмульсий проводили при помощи световой микроскопии в проходящем свете. Каплю образца (20 мкл) наносили на предметное стекло и аккуратно накрывали покровным стеклом. Образцы изучали при увеличении на микроскопе Zeiss Axio Imager Z1 (Carl Zeiss Microimaging GmbH, Германия) с использованием объектива Plan-Apochromat (20×). Морфометрические параметры – фрактальная размерность (Df ), лакунарность (A) и средний размер – определяли с помощью анализа цифровых изображений с использованием программного обеспечения ImageJ (NIH, США) с плагином FracLac. Для анализа использовали алгоритм определения фрактальной размерности при помощи метода подсчета коробок, в котором изображение разбивается сеткой на ячейки определенных размеров. Этот подход используется при оценке структур и способен выполнять оценку микроструктурных свойств, а также свидетельствовать о различиях в морфологии. Более подробно про определение Df , A и подготовку изображений описано в исследованиях [29, 30]. Определение доли отслоившейся жидкости в эмульсиях проводили согласно работе [31] с незначительными изменениями. Данный метод является одним из наиболее простых способов визуального определения разделения эмульсий. Для проведения анализа полученную эмульсию помещали в прозрачную пробирку и выдерживали в климатической камере с регистрацией доли отслоившейся жидкости в контрольных точках: 0, 2, 4 и 8 суток. Долю отслоившейся жидкости (Creaming index) рассчитывали с помощью следующей формулы: (1) где HE – общая высота эмульсии; HS – высота слоя отделившейся фазы. Экстракцию масла из эмульсий для исследований окислительной стабильности осуществляли с использованием системы растворителей гексан: изопропиловый спирт (3:2) согласно методике, описанной в работе [32]. Перекисное число определяли в соответствии с методом, описанным в работе [33], но с некоторыми изменениями. К навеске экстрагированного масла массой 1,00 ± 0,01 г приливали 7 мл хлороформа и 13 мл ледяной уксусной кислоты. Затем вносили 1 мл свежеприготовленного 50 %-го раствора йодида калия. Смесь тщательно перемешивали, закрывали пробкой и оставляли в темном месте при температуре 15–25 °С. Спустя 20 мин в колбу вливали 50 мл дистиллированной воды, затем добавляли 1 мл 1 %-го раствора крахмала до появления фиолетово-синей окраски с последующим титрованием раствором тиосульфата натрия. Каждый образец исследовали в двух повторностях. Результаты представлены как средние значения со стандартными отклонениями. Конъюгированные диены измеряли с использованием метода, описанного в работе [34], но с некоторыми изменениями. Навеску экстрагированного масла (5–10 мг) помещали в мерную колбу на 25 мл, после чего содержимое колбы доводили до метки изооктаном. Полученный раствор переносили в кварцевую кювету и измеряли оптическую плотность с помощью спектрофотометра Unico 2800 (UNITED PRODUCTS & INSTRUMENTS, США) при 232 нм. Образцы анализировали в двух повторностях. Статистика. Экспериментально полученные данные обрабатывали с помощью пакета программ SPSS Statistics 23. Для оценки корреляции между изучаемыми показателями применяли коэффициент корреляции Пирсона. Для сравнения значений изучаемых параметров между образцами был использован однофакторный дисперсионный анализ ANOVA c последующим использованием теста Фишера для попарного сравнения вариаций между группами. Критический уровень значимости нулевой статистической гипотезы (P) принимали равным 0,05. 36 Frolova Yu.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2022, vol. 52, no. 1, pp. 32–45 Результаты и их обсуждение Современные пищевые продукты характеризуются поддержанием высоких потребительских характеристик на протяжении всего периода хранения. В пищевой промышленности значимой характеристикой жировых эмульсионных систем является их устойчивость. Седиментационная и окислительная устойчивость эмульсионной продукции может достигаться путем применения веществ полисахаридной природы и их комбинаций. Для достижения поставленной цели исследования были получены 9 видов эмульсий, состоящих из масляной (20 %) и водной (79,5 %) фаз. Их полисахаридный состав представлен в таблице 1. Эмульсии представляют собой термодинамически нестабильную коллоидную систему. Они дестабилизируются со временем, что приводит к их расслоению [35]. Анализ седиментационной устойчивости полученных эмульсий осуществляли по микропараметрам (фрактальная размерность, лакунарность, средний размер) и доле отслоившейся жидкости (Creaming index). Микрофотографии свежеизготовленных эмульсий и этих же эмульсий через 8 суток хранения при температуре 60° С (рис. 1) демонстрируют различия в распределении капель жировой фазы в объеме в зависимости от стабилизатора. Для более детального анализа полученных микрофотографий проводили расчет фрактальной размерности (Df ), лакунарности (A) и среднего размера капель эмульсии. Эти показатели представляют собой морфометрические параметры, которые могут быть применены для определения изменений, происходящих при хранении прямых эмульсий на основе полисахаридов различной природы. Полученные данные представлены в таблице 2. Фрактальная размерность (Df ) – это параметр, который применяется для объяснения морфологических изменений, измеряемых как неравномерность структуры объекта [36]. Диапазон значений фрактальной размерности варьируется от 1 до 3 [37]. В дополнение к Df при описании некоторых свойств эмульсии может выступать лакунарность, поскольку дает подробные сведения о распределении и однородности полостей. Они могут быть ответственны за макроскопические свойства системы, например, за способность к удерживанию воды [38]. Размер частиц в эмульсиях играет важную роль, т. к. может влиять на седиментационную устойчивость и окислительную стабильность эмульсий [39, 40]. Поэтому важно следить за этими параметрами во время выработки. На основании полученных данных выявлено, что Df для свежеприготовленных эмульсий (образцы № 1, 2, 5 и 6) имеет самые низкие значения, а лакунарность – самые высокие. Это свидетельствует о разряженном распределении капель жировой фазы в объеме дисперсионной среды и подтверждается микрофотографиями (рис. 1). При этом данные эмульсии отличались меньшей стабильностью во времени. Разделение их на две фазы (отделение водной фазы (рис. 2)) происходило в течение часа после изготовления. После 2-х суток хранения при 60° С процент отслоившейся жидкости не изменялся (рис. 2 и 3). Для анализа размера частиц в стабильной части эмульсии их перемешивание перед микроскопией на 8-е сутки хранения не проводили (рис. 1). Значение лакунарности для эмульсий с высокими показателями в исходной точке снижаются (образцы № 1, 2, 5 и 6), а для остальных сохраняются стабильными. Таблица 1. Полисахаридный состав исследуемых эмульсий Table 1. Polysaccharide composition of the emulsions Образцы эмульсий Композиции полисахаридов Полисахариды, % Пектин низкоэтерифицированный Пектин высокоэтерифицированный Камедь рожкового дерева Ксантановая камедь № 1 Пектин низкоэтерифицированный 0,50 – – – № 2 Пектин высокоэтерифицированный – 0,50 – – № 3 Камедь рожкового дерева – – 0,50 – № 4 Ксантановая камедь – – – 0,50 № 5 Камедь рожкового дерева + пектин низкоэтерифицированный 0,25 – 0,25 – № 6 Камедь рожкового дерева + пектин высокоэтерифицированный – 0,25 0,25 – № 7 Камедь рожкового дерева + ксантановая камедь – – 0,25 0,25 № 8 Ксантановая камедь + пектин низкоэтерифицированный 0,25 – – 0,25 № 9 Ксантановая камедь + пектин высокоэтерифицированный – 0,25 – 0,25 37 Фролова Ю.В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 1 С. 32–45 Рисунок 1. Микрофотографии полученных образцов свежеприготовленных эмульсий (a) и эмульсий через 8 суток (b) хранения: (A) – на основе низкоэтерифицированного пектина; (B) – на основе высокоэтерифицированного пектина; (C) – на основе ксантановой камеди; (D) – на основе камеди рожкового дерева; (E) – на основе камедь рожкового дерева + ксантановая камедь; (F) – на основе камедь рожкового дерева + пектин низкоэтерифицированный; (G) – на основе камедь рожкового дерева + пектин высокоэтерифицированный; (H) – на основе ксантановая камедь + пектин низкоэтерифицированный; (I) – на основе ксантановая камедь + пектин высокоэтерифицированный. Увеличение 20× Figure 1. Micrographs of fresh emulsions (a) and on day 8 (b): (A) – low esterified pectin; (B) – high esterified pectin; (C) – xanthan gum; (D) – locust bean gum emulsion; (E) – locust bean gum + xanthan gum; (F) – locust bean gum + low esterified pectin; (G) – locust bean gum+ high esterified pectin; (H) – xanthan gum + low esterified pectin; (I) – xanthan gum + high esterified pectin. Magnification 20× Образец 0 суток 8 суток Df A Средний размер, мкм Df A Средний размер, мкм № 1 2,703 ± 0,003 0,534 ± 0,002 12,07 ± 6,22 2,856 ± 0,001 0,192 ± 0,002 12,67 ± 6,53 № 2 2,725 ± 0,003 0,434 ± 0,003 11,22 ± 5,12 2,858 ± 0,002 0,188 ± 0,002 9,70 ± 5,02 № 3 2,843 ± 0,007 0,234 ± 0,005 6,78 ± 2,50 2,858 ± 0,002 0,189 ± 0,008 7,03 ± 2,27 № 4 2,858 ± 0,005 0,204 ± 0,007 7,80 ± 3,24 2,853 ± 0,009 0,189 ± 0,003 7,50 ± 2,40 № 5 2,784 ± 0,002 0,336 ± 0,001 9,27 ± 3,73 2,861 ± 0,001 0,184 ± 0,002 8,35 ± 3,47 № 6 2,755 ± 0,001 0,367 ± 0,001 7,96 ± 3,07 2,861 ± 0,001 0,184 ± 0,001 7,96 ± 3,89 № 7 2,854 ± 0,001 0,191 ± 0,006 9,35 ± 3,55 2,859 ± 0,003 0,192 ± 0,001 9,20 ± 2,98 № 8 2,859 ± 0,006 0,191 ± 0,008 8,00 ± 3,29 2,819 ± 0,007 0,216 ± 0,009 8,35 ± 2,58 № 9 2,857 ± 0,006 0,199 ± 0,005 7,97 ± 2,80 2,863 ± 0,001 0,18 ± 0,001 8,89 ± 2,81 Для каждого показателя в отдельности градиентом выделено увеличение значений от красного до зеленого. The color gradient shows the increase in values from red to green for each indicator. Таблица 2. Показатели фрактальной размерности (Df ), лакунарности (A) и среднего размера прямых эмульсий в процессе хранения Table 2. Indicators of fractal dimension (Df ), lacunarity (A), and average size of direct emulsions during storage a b 38 Frolova Yu.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2022, vol. 52, no. 1, pp. 32–45 Рисунок 3. График доли отслоившейся жидкости из исследуемых эмульсий Figure 3. Fraction of liquid exfoliated from the emulsions она достигла 74,2 ± 1,2 % и осталась постоянной до конца эксперимента. Значения долей отслоившейся жидкости между образцами № 1, 5 и 6 на протяжении всего эксперимента не имели статистически значимых различий (P > 0,05). При этом данные образцы имели более высокую седиментационную устойчивость по сравнению с образцом № 2. Стоит отметить, что образец, содержащий только камедь рожкового дерева, был более стабильным по сравнению с образцами на основе его комбинаций с пектинами. Схожая тенденция наблюдается для эмульсий, структурированных ксантановой камедью. При ее сочетании с высокоэтерифицированным пектином отмечается повышение (P < 0,01) доли отслоившейся жидкости до 27,1 ± 0,4 % на 8-е сутки относительно эмульсии, структурированной только ксантановой камедью. Параллельно исследованиям седиментационной устойчивости проводили оценку окислительной стабильности полученных эмульсий по показателям накопления конъюгированных диенов и перекисей (рис. 4 и 5). Для всех исследуемых образцов были определены значения удельной экстинкции, отражающие образование конъюгированных диенов в процессе хранения. Результаты измерений приведены на рисунке 4. На каждой последующей контрольной точке (вторые, четвертые, восьмые сутки) было отмечено повышение значения удельной экстинкции для всех образцов, что свидетельствует о накоплении конъюгированных диенов (преимущественно из линолевой кислоты). Образец № 6 в промежутке между 4-ми и 8-ми сутками показал резкий рост и к концу эксперимента обладал наибольшим содержанием конъюгированных диенов – 11,0 ± 0,2. Это выше (P < 0,01) относительно остальных образцов Это связано с перераспределением капель жировой фазы в объеме, т. к. увеличения (Р ˃ 0,05) среднего размера жировых капель не наблюдалось (табл. 2). Расслоение эмульсий при постоянном размере частиц может также говорить об отсутствии или о минимальном слипании масляных капель. Данный факт отражает агрегативную устойчивость эмульсий. Расслоение происходит из-за процесса криминга, в результате которого эмульсия всплывает наверх, а водная фаза остается внизу (рис. 2). Эмульсии на основе ксантановой камеди и ее комбинаций с низкоэтерифицированным пектином, а также камедью рожкового дерева характеризовались наименьшими значениями доли отслоившейся жидкости (рис. 3). На протяжении 4-х суток хранения между данными образцами не было статистически значимых отличий (P > 0,05). На 8-е сутки отличия между ними были статистически значимыми (P < 0,01). Наименьшую долю отслоившейся жидкости имел образец № 4, наибольшую – № 8 (5,3 ± 0,5 %). Полученные данные связаны со способностью ксантановой камеди увеличивать вязкость водной фазы и ограничивать подвижность масляных капель при малых концентрациях (0,5 %) за счет своей молекулярной массы и образования межмолекулярных ассоциаций [41]. Образец № 2 имел наибольшую долю отслоившейся жидкости. Ко вторым суткам A B C D E F G H I Рисунок 2. Внешний вид эмульсий на 8-е сутки хранения: (A) – на основе низкоэтерифицированного пектина; (B) – на основе высокоэтерифицированного пектина; (C) – на основе ксантановой камеди; (D) – на основе камеди рожкового дерева; (E) – на основе камедь рожкового дерева + ксантановая камедь; (F) – на основе камедь рожкового дерева + пектин низкоэтерифицированный; (G) – на основе камедь рожкового дерева + пектин высокоэтерифицированный; (H) – на основе ксантановая камедь + пектин низкоэтерифицированный; (I) – на основе ксантановая камедь + пектин высокоэтерифицированный Figure 2. Appearance of emulsions on day 8: (A) – low esterified pectin; (B) – high esterified pectin; (C) – xanthan gum; (D) – locust bean gum emulsion; (E) – locust bean gum + xanthan gum; (F) – locust bean gum + low esterified pectin; (G) – locust bean gum + high esterified pectin; (H) – xanthan gum + low esterified pectin; (I) – xanthan gum + high esterified pectin 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 Удельная экстинкция, ед Продолжительность хранения, сут Образец № 1 Образец № 2 Образец № 4 Образец № 3 Образец № 7 Образец № 6 Образец № 5 Образец № 8 Образец № 9 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 Удельная экстинкция, ед. Продолжительность хранения, сут Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Образец № 4 Образец № 5 Образец № 6 Образец № 7 Образец № 8 Образец № 9 39 Фролова Ю.В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 1 С. 32–45 эмульсий. Наиболее устойчивым к накоплению конъюгированных диенов оказался образец № 5 с удельным коэффициентом экстинкции 7,1 ± 0,2. В связи с тем, что во всех образцах эмульсий использовался один и тот же тип масла, наблюдаемое различие в изменении удельного коэффициента экстинкции связано с влиянием полисахаридов. Конъюгирование является первой стадией, предшествующей накоплению перекисных соединений. В связи с этим должна наблюдаться схожая тенденция в повышении значения перекисного числа в исследуемых образцах [42]. Изменение скорости протекания процессов перекисного окисления масла в прямых эмульсиях в условиях данного эксперимента (при одинаковом составе жировой фазы во всех образцах) возможно за счет влияния молекул полисахаридов на границе раздела фаз. Наибольшую антиокислительную активность проявила комбинация камеди рожкового дерева и низкоэтерифицированного пектина. К концу эксперимента значение перекисного числа для образца № 5 равнялось 9,85 ± 0,45 мЭкв/кг. Это выше (P < 0,01) относительно образцов, структурированных ксантановой камедью. Наименьшую окислительную стабильность в условиях эксперимента проявил образец № 6. Значение перекисного числа к концу эксперимента для образца № 6 было 15,44 ± 0,85 мЭкв/кг, что больше (P < 0,01), чем у эмульсий, содержащих камедь рожкового дерева. Наблюдаемый эффект соответствует результатам изучения накопления конъюгированных диенов. Согласно литературным данным возможным механизмом антиоксидантного действия низкоэтерифицированного пектина может быть связывание аминогрупп пектина с продуктами окисления липидов аналогично другим аминосодержащим соединениям. Например, фосфатидилэтаноламин [43]. Как показано в работе J. Goritschnig и др., посредством реакции между аминогруппой и вторичными продуктами окисления липидов образуются гетероциклические азотсодержащие соединения (пиридинового ряда), являющиеся перехватчиком свободных радикалов [44]. Данный механизм действия может объяснять причину повышенной стабильности к окислению всех исследуемых образцов эмульсий с низкоэтерифицированным пектином по сравнению с образцами, стабилизированными другими полисахаридами. Камедь рожкового дерева является нейтральным полисахаридом. В связи с этим его антиоксидантные свойства связаны с входящими в его состав биологически активных веществ, в том числе полифенольной природы [45]. Несмотря на то, что эмульсии, полученные с использованием ксантановой камеди, обладали наибольшей седиментационой стабильностью, окислительная стабильность этих эмульсий оказалась низкой. Имеются публикации, свидетельствующие о наличии антиоксидантных свойств у ксантановой камеди [46]. В качестве возможного механизма антиоксидантного действия можно использовать способность хелатирования ксантановой камедью поливалентных металлов из раствора за счет анионных пируватных групп. Использование дистиллированной воды (с низкой концентрацией поливалентных ионов) в проведенном эксперименте не позволило проявить данное свойство ксантановой Рисунок 5. График изменения содержания перекисного числа во время хранения эмульсий при 60 °С Figure 5. Changes in the content of peroxide value during storage at 60°C Рисунок 4. График изменения содержания конъюгированных диенов во время хранения эмульсий при 60 °С Figure 4. Changes in the content of conjugated dienes during storage at 60°C 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 Удельная экстинкция, ед. Продолжительность хранения, сут Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Образец № 4 Образец № 5 Образец № 6 Образец № 7 Образец № 8 Образец № 9 ––– 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 2 4 6 8 Перекисное число, мЭкв/кг Продолжительность хранения, сут Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Образец № 4 Образец № 5 Образец № 6 Образец № 7 Образец № 8 Образец № 9 0 2 4 6 8 10 12 0 2 4 6 8 Удельная экстинкция, ед. Продолжительность хранения, сут Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Образец № 4 Образец № 5 Образец № 6 Образец № 7 Образец № 8 Образец № 9 40 Frolova Yu.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2022, vol. 52, no. 1, pp. 32–45 камеди. Также авторы указывают на прооксидантные свойства высокоэтерифицированного пектина в прямых эмульсиях, объясняющиеся присутствием эндогенных переходных металлов, что согласуется с полученными нами данными. Помимо ксантана, эмульсия на основе высокоэтерифицированного пектина обладала также низкой антиоксидантной активностью. Средние значения антиоксидантной активности были продемонстрированы образцами № 1 и 3, где образец с низкоэтерифицированным пектином проявляет свои свойства за счет реакции описанной выше аминогруппы, а образец камеди рожкового дерева за счет веществ полифенольной природы. При сочетании ряда полисахаридов друг с другом некоторые комбинации проявляли более высокую окислительную стабильность, чем по отдельности. Например, в образце № 9 улучшенную окислительную стабильность, по сравнению с их индивидуальными полисахаридами, можно объяснить за счет хелатирования металлов из высокоэтерифицированного пектина ксантаном. Отрицательный эффект сочетания полисахаридов камеди рожкового дерева и высокоэтерифицированного пектина объясняется одновременным присутствием полифенолов в камеди рожкового дерева и эндогенными переходными металлами в высокоэтерифицированном пектине, дающих прооксидантный эффект при их совместном использовании. Комбинирование низкоэтерифицированного пектина и камеди рожкового дерева приводило к повышению окислительной стабильности за счет сочетанного действия обоих полисахаридов. Принимая во внимание, что полисахариды в эмульсии находятся на границе раздела фаз, эффективность их межфазного распределения также может повлиять на ее окислительную стабильность. Характеристики микроструктуры эмульсий на основе индивидуальных полисахаридов в данном эксперименте по параметрам размера частиц и степени гомогенности сходятся с имеющимися научными данными, опубликованными в работе [47]. Опираясь на полученные данные окислительной стабильности и средние размеры частиц, можно сделать вывод об отсутствии корреляции между этими параметрами (r = – 0,096). Это отличается от выводов работы [40], в которой содержание гидроперекисей в эмульсиях было значительно ниже в образцах с более мелкими размерами частиц. Согласно публикации [48] это может происходить за счет того, что площадь поверхности капель увеличивается с уменьшением их диаметра. Однако в работе M. Costa и др. сообщалось, что размер никак не повлиял на окислительную стабильность эмульсий типа масло в воде [49]. Отсутствие закономерности может быть связано с тем, что отдельные полисахариды способны обладать антиоксидантными свойствами [45]. При этом размер частиц эмульсий, приготовленных на их основе, может быть больше. Образец № 3 отличался наименьшими размерами частиц, но его окислительная стабильность была достаточно низкой относительно других исследуемых образцов. Образец № 5 имел большие размеры частиц, но лучшую окислительную стабильность. Значения фрактальной размерности и лакунарности на примере образцов № 5 и 6 на 8-е сутки не имели достоверных отличий. Их показатели окисления были противоположны, поэтому можно сделать вывод об отсутствии тесной корреляции между ними. Исходя из вышеизложенного, можно предположить, что антиоксидантные свойства полисахаридов являются более значимым фактором, влияющим на окислительную стабильность масел, чем размер частиц эмульсий, фрактальная размерность и лакунарность. Выводы В работе определены макро- и микропараметры седиментационной устойчивости прямых эмульсий при хранении, а именно доля отслоившейся жидкости, средний размер частиц, фрактальная размерность и лакунарность. Определены показатели перекисного числа и конъюгированных диенов, отражающие развитие окислительных процессов в изучаемых образцах. Выявлено отсутствие корреляции между макро- и микропараметрами и окислительной устойчивостью среди исследуемых образцов. В связи с этим предположено, что в данных системах большую роль играет природа самих полисахаридов. Сделаны предположения о возможных механизмах действия полисахаридов, ответственных за проили антиоксидантные свойства в составе пищевых эмульсий прямого типа. В результате проведенных исследований установлено, что эмульсии на основе ксантановой камеди и ее комбинаций с другими полисахаридами обладают лучшей седиментационной устойчивостью. Сочетание камеди рожкового дерева и низкоэтерифицированного пектина приводит к получению эмульсий с более устойчивыми показателями к окислению. Сочетание камеди рожкового дерева и ксантановой камеди обеспечивает удовлетворительную седиментационную и окислительную устойчивость эмульсии. Применение полученных результатов при разработке новых видов эмульсионных жировых продуктов позволит повысить их стабильность. Критерии авторства Ю. В. Фролова – проведение эксперимента и написание рукописи. Р. В. Соболев – проведение эксперимента и обработка экспериментальных данных. В. А. Саркисян – организация и проведение эксперимента. А. А. Кочеткова – руководство научной работой и написание рукописи. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

1. Kouhi M., Prabhakaran M. P., Ramakrishna S. Edible polymers: An insight into its application in food, biomedicine and cosmetics // Trends in Food Science and Technology. 2020. Vol. 103. P. 248–263. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.05.025

2. Jindal N., Khattar J. S. Microbial polysaccharides in food industry // Biopolymers for food design / editors A. M. Grumezescu, A. M. Holban. Academic Press, 2018. P. 95–123. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811449-0.00004-9

3. Muthukumar J., Chidambaram R., Sukumaran S. Sulfated polysaccharides and its commercial applications in food industries – A review // Journal of Food Science and Technology. 2021. Vol. 58. № 7. P. 2453–2466. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04837-0

4. Delgado L. L., Masuelli M. A. Polysaccharides: concepts and classification // Evolution in Polymer Technology Journal. 2019. Vol. 2. № 2.

5. An overview of classifications, properties of food polysaccharides and their links to applications in improving food textures / X. Yang [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2020. Vol. 102. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2020.05.020

6. Polysaccharides-based bio-nanostructures and their potential food applications / M. Bilal [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. Vol. 176. P. 540–557. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.02.107

7. Srivastava N., Richa, Choudhury A. R. Recent advances in composite hydrogels prepared solely from polysaccharides // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2021. Vol. 205. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2021.111891

8. Applications of mixed polysaccharide-protein systems in fabricating multi-structures of binary food gels – A review / X. Yang [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2021. Vol. 109. P. 197–210. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.002

9. Li X., de Vries R. Interfacial stabilization using complexes of plant proteins and polysaccharides // Current Opinion in Food Science. 2018. Vol. 21. P. 51–56. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2018.05.012

10. Wang Y., Ghosh S., Nickerson M. T. Effect of pH on the formation of electrostatic complexes between lentil protein isolate and a range of anionic polysaccharides, and their resulting emulsifying properties // Food Chemistry. 2019. Vol. 298. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125023

11. Formation and characterization of oil-in-water emulsions stabilized by polyphenol-polysaccharide complexes: Tannic acid and β-glucan / R. Li [et al.] // Food Research International. 2019. Vol. 123. P. 266–275. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.05.005

12. Petitjean M., Isasi J. R. Chitosan, xanthan and locust bean gum matrices crosslinked with β-cyclodextrin as green sorbents of aromatic compounds // International Journal of Biological Macromolecules. 2021. Vol. 180. P. 570–577. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.03.098

13. Functional polysaccharides of carob fruit: a review / B.-J. Zhu [et al.] // Chinese Medicine. 2019. Vol. 14. № 1. https://doi.org/10.1186/s13020-019-0261-x

14. Concentrated O/W emulsions formulated by binary and ternary mixtures of sodium caseinate, xanthan and guar gums: rheological properties, microstructure, and stability / K. Abdolmaleki [et al.] // Food Science and Biotechnology. 2020. Vol. 29. № 12. P. 1685–1693. https://doi.org/10.1007/s10068-020-00836-1

15. Creaming and oxidative stability of fish oil-in-water emulsions stabilized by whey protein-xanthan-locust bean complexes: Impact of pH / C. Owens [et al.] // Food Chemistry. 2018. Vol. 239. P. 314–322.https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.06.096

16. Zdunek A., Pieczywek P. M., Cybulska J. The primary, secondary, and structures of higher levels of pectin polysaccharides // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2021. Vol. 20. № 1. P. 1101–1117. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12689

17. Protocols for isolating and characterizing polysaccharides from plant cell walls: a case study using rhamnogalacturonan-II / W. J. Barnes [et al.] // Biotechnology for Biofuels. 2021. Vol. 14. № 1. https://doi.org/10.1186/s13068-021-01992-0

18. Pectins from fruits: Relationships between extraction methods, structural characteristics, and functional properties / J. Cui [et al.] // Trends in Food Science and Technology. 2021. Vol. 110. P. 39–54. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.01.077

19. Muñoz-Almagro N., Montilla A., Villamiel M. Role of pectin in the current trends towards low-glycaemic food consumption // Food Research International. 2021. Vol. 140. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109851

20. Optimization of xanthan and locust bean gum in a gluten-free infant biscuit based on rice-chickpea flour using response surface methodology / S. Benkadri [et al.] // Foods. 2021. Vol. 10. № 1. https://doi.org/10.3390/foods10010012

21. Prajapati V. D., Maheriya P. M., Roy S. D. Locust bean gum-derived hydrogels // Plant and algal hydrogels for drug delivery and regenerative medicine / editors T. K. Giri, B. Ghosh. Woodhead Publishing, 2021. P. 217–260. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821649-1.00016-7

22. Sworn G. Xanthan gum // Handbook of hydrocolloids. Third Edition / editors G. O. Phillips, P. A. Williams. Woodhead Publishing, 2021. P. 833–853. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820104-6.00004-8

23. Recent advances in improving stability of food emulsion by plant polysaccharides / P. Shao [et al.] // Food Research International. 2020. Vol. 137. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109376

24. Emulsion structure design for improving the oxidative stability of polyunsaturated fatty acids / C. Wang [et al.] // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2020. Vol. 19. № 6. P. 2955–2971. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12621

25. Oxidative stability of sunflower oil flavored by essential oil from Coriandrum sativum L. during accelerated storage / D. Wang [et al.] // LWT. 2018. Vol. 98. P. 268–275. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2018.08.055

26. Addition of anionic polysaccharides to improve the stability of rice bran protein hydrolysate-stabilized emulsions / X. Zang [et al.] // LWT. 2019. Vol. 111. P. 573–581. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.04.020

27. Kishk Y. F. M., Al-Sayed H. M. A. Free-radical scavenging and antioxidative activities of some polysaccharides in emulsions // LWT – Food Science and Technology. 2007. Vol. 40. № 2. P. 270–277. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2005.11.004

28. Physical and oxidative stability of fish oil-in-water emulsions stabilized with β-lactoglobulin and pectin / M. S. Katsuda [et al.] // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2008. Vol. 56. № 14. P. 5926–5931. https://doi.org/10.1021/jf800574s

29. Effects of inulin on the gel properties and molecular structure of porcine myosin: A underlying mechanisms study / Y. Zhang [et al.] // Food Hydrocolloids. 2020. Vol. 108. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105974

30. Preparation of surfactant-free emulsions using amaranth starch modified by reactive extrusion / E. García-Armenta [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. Vol. 608. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125550

31. Mcclements D. J. Critical review of techniques and methodologies for characterization of emulsion stability // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2007. Vol. 47. № 7. P. 611–649. https://doi.org/10.1080/10408390701289292.

32. Hara A., Radin N. S. Lipid extraction of tissues with a low-toxicity solvent // Analytical Biochemistry. 1978. Vol. 90. № 1. P. 420–426. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90046-5

33. Nieto-Calvache J. E., Gerschenson L. N., de Escalada Pla M. F. Papaya by-products for providing stability and antioxidant activity to oil in water emulsions // Journal of Food Science and Technology. 2021. Vol. 58. № 5. P. 1693–1702. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04679-w

34. Oxidation of fish oil oleogels formed by natural waxes in comparison with bulk oil / H.-S. Hwang [et al.] // European Journal of Lipid Science and Technology. 2018. Vol. 120. № 5. https://doi.org/10.1002/ejlt.201700378

35. Delineating the inherent functional descriptors and biofunctionalities of pectic polysaccharides / M. Kumar [et al.] // Carbohydrate Polymers. 2021. Vol. 269. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118319

36. Evelson L., Lukuttsova N. Some practical aspects of fractal simulation of structure of nano-modified concrete // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10. № 19. P. 40454–40456.

37. Nanoscale morphological analysis of soft matter aggregates with fractal dimension ranging from 1 to 3 / F. Valle [et al.] // Micron. 2017. Vol. 100. P. 60–72. https://doi.org/10.1016/j.micron.2017.04.013

38. Dàvila E., Parés D. Structure of heat-induced plasma protein gels studied by fractal and lacunarity analysis // Food Hydrocolloids. 2007. Vol. 21. № 2. P. 147–153. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2006.02.004

39. Goodarzi F., Zendehboudi S. A comprehensive review on emulsions and emulsion stability in chemical and energy industries // Canadian Journal of Chemical Engineering. 2019. Vol. 97. № 1. P. 281–309. https://doi.org/10.1002/cjce.23336

40. Effects of droplet size on the oxidative stability of oil-in-water emulsions / K. Nakaya [et al.] // Lipids. 2005. Vol. 40. № 5. P. 501–507. https://doi.org/10.1007/s11745-005-1410-4

41. Influence of whey protein-xanthan gum stabilized emulsion on stability and in vitro digestibility of encapsulated astaxanthin / N. Boonlao [et al.] // Journal of Food Engineering. 2020. Vol. 272. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2019.109859

42. Продукты вторичного окисления пищевых масел и жиров. Оценка рисков для здоровья человека (сообщение 1) / М. А. Макаренко [и др.] // Вопросы питания. 2018. Т. 87. № 6. С. 125–138. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10074

43. Impact of phosphatidylcholine and phosphatidylethanolamine on the oxidative stability of stripped peanut oil and bulk peanut oil / Q. Zhao [et al.] // Food Chemistry. 2020. Vol. 311. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125962

44. Free radical scavenging activity of carbonyl-amine adducts formed in soybean oil fortified with phosphatidylethanolamine / J. Goritschnig [et al.] // Molecules. 2020. Vol. 25. № 2. https://doi.org/10.3390/molecules25020373

45. Hamdani A. M., Wani I. A. Guar and Locust bean gum: Composition, total phenolic content, antioxidant and antinutritional characterization // Bioactive Carbohydrates and Dietary Fibre. 2017. Vol. 11. P. 53–59. https://doi.org/10.1016/j.bcdf.2017.07.004

46. Influence of anionic dietary fibers (xanthan gum and pectin) on oxidative stability and lipid digestibility of wheat protein-stabilized fish oil-in-water emulsion / C. Qiu [et al.] // Food Research International. 2015. Vol. 74. P. 131–139. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2015.04.022

47. Effect of xanthan gum or pectin addition on Sacha Inchi oil-in-water emulsions stabilized by ovalbumin or tween 80: Droplet size distribution, rheological behavior and stability / J. Vicente [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. 2018. Vol. 120. P. 339–345. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.08.041

48. Friberg S. E. Emulsion stability // Food Emulsions, 3rd edn. / editors S. E. Friberg, K. Larsson. New York: Marcel Dekker, 1997. P. 1–55.

49. Effects of droplet size on the interfacial concentrations of antioxidants in fish and olive oil-in-water emulsions and nanoemulsions and on their oxidative stability / M. Costa [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. 2020. Vol. 562. P. 352–362. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.12.01