Пищевой продукт, обогащенный железом, и способ его получения - RU2266688C2
Код документа: RU2266688C2
Описание
Область применения изобретения
Настоящее изобретение касается обогащения пищевых продуктов и, в частности, обогащения пищевых продуктов железом.
Актуальность изобретения
Железо - это жизненно важный микроэлемент в питании человека и животных. Оно является компонентом гема в гемоглобине, компонентом миоглобина, цитохромов и некоторых ферментов. Основная роль железа заключается в его участии в процессах переноса, хранения и утилизации кислорода.
Дефицит железа был и остается общераспространенной проблемой питания не только в развивающихся, но и в промышленно развитых странах. Неадекватное. потребление железа с пищей служит причиной высокого числа случаев заболевания анемией, выявленных при обследованиях рационов питания среди детей, подростков и женщин. Человеческий организм не способен синтезировать минеральные вещества и полностью зависит от поступления железа извне вместе с пищей или дополнительными источниками. Организм человека нуждается в адекватном потреблении железа в течение всей жизни. Рекомендуемая суточная норма потребления железа составляет от 10 до 18 мг и зависит от возраста и пола человека. Дети, женщины в период климакса, беременные женщины и кормящие матери относятся к группе населения с повышенной потребностью в железе.
Железо в виде солей или комплексов можно добавлять в пищевые продукты и/или напитки для обеспечения суточной нормы его потребления. Основными проблемами, возникающими при добавлении источников железа в продукты и напитки, являются изменения цвета последних и появление в них посторонних привкусов, особенно в присутствии кислорода, при световом воздействии и при высокой температуре. Кроме того, добавление железа в напитки, такие как чай, шоколадное молоко или напитки, содержащие бананы, связано с многими трудностями. Если используются источники железа с высокой или низкой растворимостью, то могут иметь место взаимодействия железа с компонентами, чувствительными к его присутствию, такими как полифенолы. Поэтому добавление сульфата двухвалентного железа или других растворимых солей железа, таких как сульфат трехвалентного железа, лактат, глюконат и фумарат двухвалентного железа, цитрат трехвалентного железа, холин-цитрат трехвалентного железа, аммоний-цитрат трехвалентного железа и др., может стать причиной изменения цвета (цвет становится темно-серым) напитков, приготовляемых восстановлением сухой шоколадной основы или сухих готовых смесей водой или молоком.
Другая проблема, связанная с обогащением продуктов железом, заключается в способности железа активизировать реакции распада с высвобождением свободных радикалов, что может служить причиной появления посторонних привкусов в продуктах. Поэтому добавление источников растворимого железа в жиросодержащие продукты, преимущественно в продукты с высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот, приводит к изменениям вкуса вследствие окисления липидов. Способствуя окислению, железо отрицательно влияет не только на органолептические показатели продуктов и напитков, но и на их питательную ценность. Эти взаимодействия могут усиливаться при тепловой обработке - пастеризации или стерилизации.
Альтернативой растворимым источникам железа, которые отличаются высокой биодоступностью, но приводят к нежелательным изменениям вкуса и/или цвета, могут служить нерастворимые источники железа, такие как элементарное железо, пирофосфат трехвалентного железа и др. Эти источники железа не вызывают обесцвечивания продуктов или появления в них посторонних привкусов, однако они характеризуются низкой биодоступностью.
Общеизвестно, что соединения двухвалентного железа характеризуются большей биодоступностью, чем соединения трехвалентного железа, что коррелируется с более высокой растворимостью солей двухвалентного железа по сравнению с солями трехвалентного железа при физиологическом рН, а также с более низким сродством Fe(II) к образованию комплексов.
Патент США № 4020158 выдан на способ повышения уровня жизненно важных двухвалентных металлов в тканях животных, который включает скармливание животным металл-протеинатов, синтезированных путем растворения солей металлов в водных растворах белковых гидролизатов и доведения рН до 7,5-10 за счет добавления достаточного количества щелочи для осаждения металл-протеинатов. Согласно описанию к патенту, для получения белкового гидролизата (путем нагревания соевого белка в растворе соляной кислоты при 130°С в течение 4 часов) в качестве источника белка был использован только соевый белок. Использование комплекса, полученного запатентованным способом, приводило к изменению цвета напитка, приготовленного восстановлением сухой шоколадной основы в холодной/горячей воде или молоке, что свидетельствует о слабом или неполном комплексообразовании.
В патенте США № 4216144 описано комплексное соединение железа с протеинатом, в котором лигандами являются по меньшей мере три белковых гидролизата из группы полипептидов, пептидов и природных аминокислот. Анализ показал, что указанный комплекс по меньшей мере на 70-80% является хелатным соединением. Следовательно, из-за присутствия 20-30% свободного железа запатентованное хелатное соединение не может предотвратить обесцвечивание или появление посторонних привкусов в продуктах, особенно если оно используется для обогащения содержащих полифенолы продуктов или жиросодержащих продуктов, таких как какао, кофе, чай, банановый напиток и др. Поэтому совершенствование запатентованного комплекса является актуальной задачей.
Краткое описание изобретения
Разработана система обогащения железом, которая не оказывает отрицательного влияния на органолептические показатели продуктов и которая особенно полезна для продуктов, содержащих полифенолы (какао, чай и др.) или имеющих высокое содержание жира. Эта система обогащения железом включает соединения, полученные из источников двух- или трехвалентного железа, фосфата и аммония. Такие соединения, с одной стороны, обладают прочными связями между железом и лигандами, что препятствует реакционноспособности свободного железа, а с другой стороны, диссоциируют в кислой желудочной среде, обеспечивая высокую биодоступность железа.
Следовательно, настоящее изобретение касается обогащенного пищевого продукта, содержащего обогащающее количество неорганического соединения, полученного из источников двух- или трехвалентного железа, фосфата и аммония.
Подробное описание изобретения
Согласно изобретению продукт, подлежащий обогащению железом, представляет собой пищевой продукт или напиток, в частности пищевой продукт или напиток, чувствительный в присутствии свободного железа к окислению, появлению посторонних привкусов или обесцвечиванию.
Это может быть продукт на молочной основе, например молочный напиток с добавлением какао, жидкий питательный продукт или другие напитки, такие как соки, или это могут быть сухие порошкообразные продукты, например растворимый кофе, жидкие смеси, содержащие какао (например, "MILO", "NESQUIK" и др.) и т.п.
Заявленное соединение двух- или трехвалентного железа хорошо работает также в обогащенных продуктах, содержащих чувствительные к наличию свободного железа компоненты, такие как полифенолы, ненасыщенные жирные кислоты и др.
Количество железа, добавляемое в пищевой продукт или напиток, может варьировать от 1 до 200 частей на миллион частей (мг/кг), предпочтительно от 5 до 100, более предпочтительно от 10 до 75 частей на миллион частей (мг/кг).
Источником двухвалентного железа, который можно использовать для получения вышеуказанного соединения, может служить любая пищевая соль двухвалентного железа, например сульфат, аммонийсульфат, хлорид, малат, ацетат, глюконат, нитрат, лактат, фумарат или сукцинат двухвалентного железа, оксид или гидроксид двухвалентного железа, а также их смеси. Наиболее предпочтительно использовать сульфат двухвалентного железа.
Источником трехвалентного железа, который можно использовать для получения вышеуказанного соединения, может служить любая пищевая соль трехвалентного железа, например сульфат, хлорид, нитрат, ацетат, малат, аммонийацетат, формиат трехвалентного железа, оксид, гидроксид трехвалентного железа или их смеси. Наиболее предпочтительно использовать для этих целей сульфат трехвалентного железа.
Элементарное железо также может использоваться в качестве источника железа для получения вышеуказанного соединения.
Источником фосфатов для получения вышеуказанного соединения может служить любая пищевая соль ортофосфатов, например моно-, ди- или тринатрий, калий, аммоний, магний или кальцийфосфаты, равно как и фосфорная кислота, или их смеси. Предпочтительнее использовать фосфорную кислоту.
Источником аммония для получения вышеуказанного соединения может служить любой пищевой источник аммония, например аммиачная вода, гидроксид аммония, ацетат аммония, бикарбонат аммония, карбамат аммония, карбонат аммония, хлорид аммония, лактат аммония, сульфат аммония, аммонийсульфат двухвалентного железа, аммонийсульфат трехвалентного железа, нитрат аммония, моно- и ди-основные фосфаты аммония или их смеси. Предпочтительнее использовать гидроксид аммония.
Неорганические соединения, которые являются предметом настоящего изобретения, могут быть получены взаимодействием соответствующего источника железа (II или III) с соответствующим источником фосфатов (фосфорная кислота или фосфорнокислая соль любой из вышеперечисленных кислот) и с соответствующим источником аммония. Например, неорганические соединения могут быть получены взаимодействием соответствующего источника железа (II или III) с соответствующим источником фосфатов при кислотном рН с последующим регулированием рН соединений путем добавления соответствующего источника аммония. Спектр кислот, которые могут быть использованы для получения указанных соединений, не ограничен: это может быть любая кислота из пищевых неорганических или органических кислот, например фосфорная, соляная, серная, уксусная, молочная, яблочная, азотная, фумаровая, глюконовая, янтарная, аскорбиновая или их смеси. Наиболее предпочтительной кислотой является фосфорная кислота.
Наиболее предпочтительно получать вышеуказанные соединения путем смешивания сульфата двух- или трехвалентного железа с фосфорной кислотой при непрерывном перемешивании с последующим доведением рН до 5,5-9 с помощью гидроксида аммония. Предпочтительный диапазон рН - 6-7,5, наиболее предпочтительный - 6,5-7. Массовое соотношение между источниками железа, аммония и фосфатов составляет: - 1:(0,8-1,75):(3,5-5).
В присутствии эффективного количества аммония можно использовать любой щелочной агент пищевого качества для регулирования рН, включая (но не ограничивая только этими агентами) гидроксид натрия, гидроксид калия, гидроксид аммония, гидроксид магния, карбонат натрия, бикарбонат натрия, карбонат калия, бикарбонат калия или их смеси.
Согласно изобретению железосодержащее соединение можно добавлять в пищевой продукт в виде водной дисперсии или сухого порошка.
Неорганическое соединение, полученное из источников двух- или трехвалентного железа, фосфата и аммония, может использоваться для обогащения напитков и пищевых продуктов; оно улучшает их вкусовые свойства без ухудшения качества продуктов.
Предпочтительным соединением железа является соединение двухвалентного железа, которое обладает не только сильно выраженными функциональными свойствами, аналогично соединению трехвалентного железа, предупреждающему реакционноспособность железа, но и высокой способностью к высвобождению свободного железа при рН желудка (т.е. близкой к способности сульфата двухвалентного железа), благодаря чему достигается его высокая биодоступность. Соединение двухвалентного железа обладает высокой функциональностью в предупреждении обесцвечивания продукта, появления в нем посторонних привкусов, окисления жира, наряду с высокой способностью к высвобождению железа при рН желудка.
На основе данных элементного (Fe, N, Р) анализа и ионной жидкостной хроматографии высокого разрешения установлена химическая формула неорганического соединения двухвалентного железа, полученного взаимодействием источников двухвалентного железа, фосфатов и аммония, - FeNH4PO4. Определен уровень содержания железа в соединении, который оказался очень высоким (30-32%). Эти соединения можно высушивать любыми известными способами сушки - фильтрацией, сублимацией или распылительной сушкой. Высушенные продукты легко диспергируются в воде.
Обогащенный пищевой продукт, содержащий обогащающее количество аммонийфосфата двухвалентного железа, может быть приготовлен путем получения указанного неорганического соединения и добавлением его в пищевой продукт. Пищевой продукт может быть подвергнут затем тепловой обработке традиционным способом без ухудшения его качественных показателей, т.е. без потери цвета (обесцвечивания), окисления липидов или засорения технологического оборудования. Готовый обогащенный пищевой продукт по своим органолептическим показателям (вкус, запах, цвет, текстура, вязкость или послевкусие) подобен своему необогащенному аналогу.
Настоящее изобретение дает следующие преимущества.
1) Соединения аммонийфосфата двух- или трехвалентного железа очень эффективны для обогащения пищевых продуктов и напитков, особенно тех, которые содержат полифенолы и/или ненасыщенные жиры и которые чувствительны к потере цвета и появлению посторонних привкусов в присутствии свободного железа.
2) Легкость и простота получения соединений.
3) Уровень содержания железа в соединениях очень высокий, например 30-32% в аммонийфосфате двухвалентного железа.
4) Вследствие быстрого высвобождения высокого количества свободного железа при рН желудка (в диапазоне от 2 до 3,5) можно предположить, что биодоступность аммонийфосфата двухвалентного железа достаточно высока.
5) Исходя из неорганической природы соединений на основе аммонийфосфата двух- или трехвалентного железа, можно предположить, что они не вызывают аллергии.
ПРИМЕРЫ
Сущность настоящего изобретения подробно раскрывается в следующих примерах. Количество указано в единицах массы или мас.%.
Пример 1. Получение неорганического соединения железа
58 граммов фосфорной кислоты (85%) растворяли в 1 литре дистиллированной воды. Добавляли гептагидрат сульфата двухвалентного железа (56 граммов) и доводили рН до 6,8 путем добавления гидроксида аммония (28%). Осадок, образовавшийся при нейтрализации, отделяли фильтрацией через бумажный фильтр (Ватман, 42), после чего тщательно промывали деионизированной водой и сушили на воздухе при комнатной температуре.
Пример 2. Получение неорганического соединения железа при различном порядке добавления ингредиентов
58 граммов фосфорной кислоты (85%) растворяли в 1 литре дистиллированной воды. Добавляли гептагидрат сульфата двухвалентного железа (56 граммов) и доводили рН до 6,8 путем добавления гидроксида аммония (28%). Осадок, образовавшийся при нейтрализации, отделяли фильтрацией через бумажный фильтр (Ватман, 42), после чего тщательно промывали деионизированной водой и сушили на воздухе при комнатной температуре.
Пример 3. Получение неорганического соединения железа в виде порошка распылительной сушки
58 граммов фосфорной кислоты (85%) растворяли в 1 литре дистиллированной воды. Добавляли гептагидрат сульфата двухвалентного железа (56 граммов) и доводили рН до 6,8 путем добавления гидроксида аммония (28%). Жидкость сушили в распылительной сушилке, оснащенной вращающимся распылительным диском (Тна входе=145°С, Тна выходе=80°С).
Пример 4. Обогащение сухих смесей "MILO" и "NESQUIK"
Соединения железа (аммонийфосфат двухвалентного железа) из примеров 1, 2 и 3 добавляли к 22,0 граммам порошка "MILO" (торговая марка продукта, реализуемого фирмой Nestle и содержащего сахар, сухое обезжиренное молоко, глюкозный сироп, пальмовое масло, какао и допущенную к применению в пищевой промышленности добавку) или порошка "NESQUIK" (торговая марка сухого шоколадного ароматизатора, реализуемого фирмой Nestle и содержащего сахар, какао, соевый лецитин, соль, искусственный и натуральный ароматизаторы), после чего их восстанавливали в 180 мл кипящей воды или молока, соответственно (концентрация железа в обогащенном порошке составляла 15,0 частей на миллион частей = 15,0 мг/кг). Продукты тщательно перемешивали и оставляли в покое на 15 минут при комнатной температуре. Спустя 15 минут их представляли на дегустацию экспертной комиссии из 10 человек.
Результаты влияния обогащения железом представлены в таблице 1. Установлено, что соединение двухвалентного железа снижало степень обесцвечивания какао при восстановлении обогащенного железом (15 частей на миллион частей = 15 мг/кг) порошка "NESQUIK" в кипящей воде или молоке. Изменения цвета, выраженные в виде разницы между общими показателями цвета, DE, представлены в таблице 1, где DE рассчитывается по уравнению Хантера (Hunter):
ΔЕ=(Lнач.-Lконтроля)2+(анач.-аконтроля)2 +(bнач.-bконтроля)2.
Таким образом, как видно из табл.1, в порошках "MILO" и "NESQUIK", обогащенных новым соединением железа, изменения цвета были незначительными по сравнению с продуктами, обогащенными сульфатом двухвалентного железа, который приводил к значительным изменениям цвета. Значительно меньше были различия в цвете продуктов при восстановлении их холодной водой или молоком. Оценку восстановленного в горячем молоке обогащенного железом порошка "NESQUIK" и восстановленного в кипящей воде обогащенного железом порошка "MILO" проводила комиссия из 10 экспертов. Не было установлено посторонних привкусов и визуального ухудшения цвета в образцах "NESQUIK" и "MILO", обогащенных новым неорганическим соединением двух- или трехвалентного железа, по сравнению с контролем (без обогащения железом).
Пример 5. Обогащение напитка, приготовленного из порошка "MILO"
Соединение железа из примеров 1, 2 и 3 добавляли в шоколадное молоко (8,5% порошка "MILO", общее содержание железа 15 частей на миллион частей =15 мг/кг). Обогащенное железом шоколадное молоко "MILO" подвергали тепловой обработке в стеклянных банках емкостью 125 мл в автоклаве при 121°С, 5 мин, после чего банки закрывали и охлаждали продукт до комнатной температуры. Спустя 1 месяц хранения при температуре окружающей среды проводили оценку цвета и вкуса стерилизованных обработкой в автоклаве или ультравысокотемпературной (УВТ) обработкой образцов. Сравнительная оценка последних с контрольными образцами (без добавления железа) не выявила каких-либо существенных изменений цвета или наличия посторонних привкусов и запахов в продуктах, в то время как образцы, обогащенные сульфатом двухвалентного железа, приобретали темно-серый цвет и посторонний привкус.
Пример 6. Окисление липидов
Рыбий жир содержит значительное количество полиненасыщенных жирных кислот, которые делают его высокочувствительным к окислению. Известно, что связывание свободного железа снижает прооксидантную активность железа. Для подтверждения этого измеряли степень окисления липидов и время его индуцирования по изменениям удельной проводимости с использованием прибора Metrohm Rancimat, модель 617.
К образцу рыбьего жира добавляли аммонийфосфат двухвалентного железа. Ко второму образцу рыбьего жира добавляли такое же количество железа, но в виде сульфата двухвалентного железа. Оба образца, наряду с контролем (без добавления железа), нагревали до 100°С и с помощью вышеуказанного прибора определяли время индуцирования окисления. Не установлено сколь-либо существенных различий во времени индуцирования окисления между образцом рыбьего жира, обогащенного аммонийфосфатом двухвалентного железа, и контролем (без добавления железа). Однако время индуцирования окисления рыбьего жира, обогащенного сульфатом двухвалентного железа, было на 50-60% меньше, чем в двух других образцах. Результаты теста на прогорклость жира (см. таблицу 2) показали, что присутствие аммонийсульфата двухвалентного железа FeNH4PO4 в количестве 50 частей на миллион частей (мг/кг) предупреждало окисление рыбьего жира, вызываемое железом.
Для сравнения: время индуцирования окисления рыбьего жира, обогащенного сульфатом трехвалентного железа, было на 60% меньше, чем контроля (т.е. без добавления железа). Результаты, аналогичные результатам с аммонийфосфатом двухвалентного железа, были получены и в случае добавления аммонийфосфата трехвалентного железа.
Не установлено окисления липидов по сравнению с контролем (т.е. без добавления железа) по результатам измерения уровня гексанала в свободной газовой фазе над поверхностью образца быстрорастворимой жидкой смеси, обогащенной аммонийсульфатом двухвалентного железа (50 частей на миллион частей = 50 мг/кг), после 3 суток инкубирования при 60°С. Однако высокий уровень гексанала (3,5 частей на миллион частей = 3,5 мг/кг) был обнаружен в образце продукта, содержащем сульфат двухвалентного железа, с признаками окисления липидов (см. табл. 2).
Пример 7. Для оценки биодоступности аммонийсульфата двухвалентного железа (FeNH4PO4) определяли уровень высвобождения железа в условиях, близких к условиям желудочного тракта взрослых и детей (37°С, рН = 2,0 и 3,5 с применением соляной кислоты, соответственно). Высокий уровень быстрого высвобождения железа (90-100% общего железа) был отмечен как при рН 2, так и при рН 3,5.
Реферат
Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно, к обогащению пищевых продуктов железом. Пищевой продукт, представляющий собой продукт или напиток, содержит обогащающее количество неорганического соединения, полученного из источников двух- и трехвалентного железа, аммония и фосфата. При этом массовое соотношение между источником железа, аммония и фосфата составляет 1:(0,8-1, 75):(3,5-5). Способ получения обогащенного железом продукта предусматривает добавление вышеописанного соединения к пищевому продукту в виде водной суспензии или в виде сухого порошка. Изобретение позволяет получить продукт без посторонних привкусов, обладающий высокой биодоступностью, в частности, железа. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 2 табл.
