” księgowy musi być świadomy danych dotyczących stabilności, aby ustalić i uzasadnić wydatki na potencjalne modyfikacje technologii przetwarzania, koszt premiksów odżywczych itp.
” dietetyk musi być świadomy danych dotyczących stabilności, aby ocenić wybory i ostatecznie dostawy składników odżywczych dla konsumentów.Na stabilność składników odżywczych wpływają czynniki fizyczne i chemiczne. Na rysunku 1 można zobaczyć szeroki wachlarz czynników fizycznych i chemicznych wpływających na stabilność składników odżywczych. Chociaż wiele czynników może powodować poważną degradację składników odżywczych, można opracować środki w celu zminimalizowania strat poprzez zastosowanie odpowiedniej technologii, która obejmuje nakładanie powłoki ochronnej dla poszczególnych składników odżywczych; dodanie przeciwutleniaczy; kontrolę temperatury, wilgoci i pH; oraz ochronę przed powietrzem, światłem i niekompatybilnymi metalami podczas przetwarzania i przechowywania. W niniejszym artykule omówione zostanie kilka sposobów zmniejszenia skali degradacji, zwłaszcza w odniesieniu do witaminy A, jodu i żelaza.
witamina A
witamina A jest krytycznym mikroelementem, niezbędnym do widzenia w nocy i utrzymania integralności skóry i błon śluzowych. Wczesnym objawem niedoboru vitaminy jest ślepota nocna. Poważny niedobór witaminy A może skutkować trwałą ślepotą. Niedobór witaminy A jest nadal głównym problemem żywieniowym w Indonezji, a także w wielu innych częściach świata. Główne programy interwencyjne przeciwko niedoborowi witaminy A podawane przez rząd Indonezji to edukacja żywieniowa, Dystrybucja kapsułek witaminy A oraz oznaczanie wybranych, powszechnie spożywanych produktów spożywczych.
wzbogacanie żywności witaminą A okazało się bardzo obiecującą strategią. Projekt pilotażowy dotyczący wzbogacania witaminy A w monosodiumglutamate (MSG) w trzech prowincjach doprowadził do zmniejszenia rozpowszechnienia niedoboru witaminy A. Dalszy rozwój uzależniony jest od przezwyciężenia zmian barwy spowodowanych wzmocnieniem MSG witaminą A. Inne produkty spożywcze, takie jak olej palmowy i makaron, zostały również uznane za nośniki witaminy A.
witamina A występuje w wielu formach, takich jak retinol (alkohol), siatkówka(aldehyd), octan retinylu lub palmitynian retinylu (estry) i akarotenoidy prowitaminy (b-karoten, a-karoten itp.). Witamina A jest relatywnieniestabilna w normalnych warunkach przechowywania, szczególnie w trudnych warunkach.Niestabilność wynika głównie z jego struktury chemicznej, która zawiera wiele podwójnych wiązań podatnych na degradację (rys. 2).
aby zminimalizować degradację witaminy A, wprowadzono kilka podejść. Ponieważ witamina A jest wrażliwa na tlen atmosferyczny (forma alkoholowa witaminy A jest mniej stabilna niż estry), jest zwykle dostępna komercyjnie jako preparat chroniony powłoką, która zawiera antyoksydant(s). Według Murphy ’ ego był tylko jeden główny dostawca witaminy A (jako palmitynian retinylu lub octan) do wzmacniania żywności,Hoffman-La Roche ze Szwajcarii. Tabela 1 wymienia główne preparaty, które są lub były dostępne.
przeciwutleniaczami, które mogą być dodawane do premiksów witaminy A, są butylowany hydroksyanizol (BHA), butylowany hydroksytoluen (BHT) i a-tokoferole(witamina E). Zastosowanie witaminy E jako przeciwutleniacza zyskuje na popularności. Tracemetale (zwłaszcza żelazo i miedź) i światło ultrafioletowe przyspieszają degradację witaminy A. na stabilność witaminy A wpływa również kwasowość. Poniżej pH 5,0 witamina A jest bardzo niestabilna.
żelazo i jod
niedobór żelaza jest najbardziej rozpowszechnionym problemem żywieniowym na świecie. W Indonezji częstość występowania niedokrwistości wśród kobiet w ciąży, dzieci poniżej piątego roku życia i kobiet pracujących wynosi odpowiednio 64%, 55% i 30%.Niedobór żelaza ma niekorzystny wpływ na odporność na infekcje, zachorowalność i śmiertelność z powodu chorób zakaźnych, procesy uczenia się, zachowanie, stan fizyczny i produktywność.
ważnym czynnikiem, który należy dokładnie ocenić przy przygotowywaniu premiksów mineralnych (jako składników do wzmacniania żywności), jest rodzaj soli, która ma być wzmocniona. Żelazo jest zwykle dostarczane w postaci fosforanu żelaza, pirofosforanu żelaza, pirofosforanu sodu żelaza, glukonianu żelaza, mleczanu żelaza, siarczanu żelaza lub zredukowanego żelaza (tabela 2), podczas gdy jod jest zwykle dostarczany w postaci jodku potasu lub jodanu.
FIG. 1. Czynniki wpływające na odporność składników odżywczych
FIG. 2. Struktura chemiczna alkoholu vitaminA i b-karotenu
tabela 1. Komercyjne preparaty witaminy A dostępne od producenta-La Roche
|
Typ |
składniki |
zastosowanie żywności |
|
palmitynian retinylu, akacja, cukier, modyfikowana skrobia spożywcza, BHT, BHA, benzoesan sodu, a-tokoferol |
suche mleko beztłuszczowe, odwodnione pokarmy, suche płatki zbożowe, napoje proszkowe do odtworzenia przed użyciem |
|
|
250 S |
palmitynian retinylu, żelatyna, modyfikowany sorbitolem food starch, sodiumcitrate, corn syrup, ascorbic acid, coconut oil, BHT, a-tocopherol, silicondioxide, BHA |
Dry mix and fluid milk products |
|
Retinyl palmitate, acacia, lactose, coconut oil, BHT, sodiumbenzoate, sorbic acid, silicon dioxide, BHA |
Foods and baked products, dehydrated potato flakes, drymilk |
|
|
500 |
Retinyl palmitate, gelatin, invert sugar, tricalcium phosphate,BHT, BHA, sodium benzoate, sorbic acid, sodium bisulphite |
Dry mix and fluid milk products |
|
Sucrose – retinyl palmitate emulsion in water |
||
|
Oil |
Retinyl palmitate, BHA, BHT |
None |
TABLE 2. Wybrane źródła żelaza stosowane obecnie w przemyśle spożywczym
|
związek |
Inne nazwy zwyczajowe |
wzór |
zawartość żelaza (g / kg) |
RBVa |
|
ortofosforan żelaza |
FePO4×xH2Ob |
3-46 |
||
|
Pirofosforan żelaza |
żelazo pyrophosphate |
Fe4(P2O7)3×9H2O |
45 |
|
|
Ferric sodium pyrophosphate |
Sodium iron pyrophosphate |
FeNaP2O3×2H2O |
14 |
|
|
Ferric ammonium citrate |
FexNH3(C6H8O7)x |
107 |
||
|
Ferrous fumarate |
Fe(C4H2O4) |
330 |
95 |
|
|
Ferrous gluconate |
Fe(C6H12O7)Xc |
120 |
97 |
|
|
Ferrous lactate |
Fe(C3H5O3)2×3H2O |
– |
||
|
Ferrous sulphate |
FeSO4×7H2O |
320 |
100C |
|
|
Iron |
Elemental iron, ferrum reductum, metallic iron |
1,000 |
||
|
Reduced iron, H2 or CO process |
Fe |
960 |
34 |
|
|
Reduced iron, electrolytic |
Fe |
970 |
50 |
|
|
żelazo zredukowane, karbonyl |
Fe |
980 |
67 |
źródło: Nr ref. 4.
a. RBV oznacza względną wartość biologiczną. Niedobory żelaza wylecza się z niedoboru żelaza poprzez podawanie im badanej próbki żelaza lub dawki siarczanu żelazawego. Lek jest mierzony przez zmniejszenie objętości hemoglobiny lub komórek w komórkach zapakowanych we krwi szczurów, a biodostępność tych próbek jest zgłaszana w stosunku do wartości 100 dla siarczanu żelazawego. Tak więc każda próbka żelaza, która jest mniej dostępna niż siarczan żelaza, będzie miała RBV mniej niż 100.
B. Ortofosforan żelaza zawiera od jednej do czterech cząsteczek uwodnienia.
C. dokładne struktury soli żelaza są niepewne.
w preparacie do wzbogacania żywności należy dokładnie sprawdzić następujące czynniki chemiczne i fizyczne, zwłaszcza żelazo:
” Rozpuszczalność: sole żelaza są bardziej rozpuszczalne niż sole żelaza.
” Stan oksydacyjny: sole żelazowe mogą być wykorzystywane bardziej efektywnie niż sole żelazowe; jednak sole żelazowe są również bardziej reaktywnymi systemami infood.
” zdolność do tworzenia kompleksów: żelazo na ogół ma większą tendencję do tworzenia kompleksów niż żelazo; tworzenie kompleksów znacznie zmniejszy biodostępność żelaza.
przygotowując żelazo jako składnik żywności, należy zbadać możliwość, że żelazo zareaguje lub połączy się z innymi składnikami odżywczymi. Obecność jonów metali (takich jak żelazo) może mieć szkodliwy wpływ na jakość, jeśli środki nie zostaną właściwie podjęte. Wykazano, że żelazo przyspiesza degradację witamin (zwłaszcza witamin A I C oraz tiaminy), katalizuje jełczenie oksydacyjne olejów i tłuszczów, a także powoduje pewne zmiany (kolor, smak itp.)
wpływ przetwarzania na stabilność dodanych składników odżywczych
na stabilność składników odżywczych wpływa wiele czynników chemicznych i fizycznych (rys. 1). W związku z tym parametry przetwarzania muszą być dobierane i kontrolowane podczas przetwarzania wzbogaconej żywności, aby zminimalizować straty żywieniowe.
w porównaniu z witaminami, minerały (żelazo i jod) są bardzo stabilne w ekstremalnych warunkach przetwarzania. Podstawowy mechanizm utraty minerałów poprzez wymywanie materiałów rozpuszczalnych w wodzie . Z drugiej strony witamina A jest bardzo niestabilna w środowisku przetwarzania. Rysunek 3 ilustruje możliwości degradacji witaminy a (zwłaszcza w jej prowitaminowej formie b-karotenu). Witamina A jest wrażliwa zarówno na tlen, jak i temperaturę.Borenstain i Ottaway donoszą, że witamina A (a także karoten) dodawana do żywności jest wrażliwa na uszkodzenia oksydacyjne. W postaci estru witamina A jest bardziej niestabilna niż jej forma estrowa; z tego powodu estry witaminowe są zwykle używane do wzmacniania żywności, co ilustruje lista intable 1.
Tabela 3 pokazuje stabilność witaminy A w pasteryzowanym,uzupełnionym multiwitaminami soku pomarańczowym. Witamina A została nieznacznie zdegradowana podczas pierwszych dwóch miesięcy przechowywania. Aktywność witaminy A była znacznie bardziej stabilna, gdywitamina została dodana jako B-karoten.
na stabilność witaminy A silnie wpływa również pH. przy apH poniżej 5 witamina A jest podatna na utlenianie. Przy niskim pH witamina przechodzi do izomeryzacji z konfiguracji trans do cis, co ma niższą aktywność witaminową. Problem niskiego pH występuje szczególnie podczas przetwarzania soku. Soki owocowe mają zwykle niskie pH (około 3,0). Aby ustabilizować witaminę A.
tabela 3. Degradacja witaminy A podczas przetwarzania i przechowywania pasteryzowanego, uzupełnionego multiwitaminami soku pomarańczowego
FIG. 3. Ścieżka degradacji ofb-karoten
wpływ obróbki wysokotemperaturowej na stabilność składników odżywczych (witamin)
ponieważ w produkcji żywności poddanej obróbce termicznej mogą być stosowane wysokie temperatury, należy podjąć środki w celu zminimalizowania strat spowodowanych degradacją termiczną. Suszenie jest metodą przetwarzania wykorzystującą wysokie temperatury i ma wiele zastosowań w produkcji żywności wzbogaconej. Suszenie odbywa się zwykle przy użyciu kilku kombinacji czasu i temperatury, takich jak 9 do 12 godzin w temperaturze 50°C, 2 do 3 godzin w temperaturze 95 ° C lub 2 do 5 sekund w temperaturze 140°C.To Minimalizuj straty składników odżywczych, stosowanie niższych kombinacji czasu iemperatura jest pożądana, co można osiągnąć poprzez zwiększenie powierzchni lub zmniejszenie ciśnienia podczas procesu suszenia.
suszenie w piekarniku jest najczęstszą metodą. Na przykład produkty z makaronu można suszyć w piekarniku przez 9-12 godzin w temperaturze 50°C lub przez 2-3 godziny w temperaturze 95 ° C. O ’ Brien i Roberton poinformowali, że b-karoten był bardziej stabilny niż estrowa forma witaminy A podczas suszenia w piecu. Podczas przetwarzania makaronu suszenie w piecu przez 9-12 godzin w temperaturze 50°C spowodowało utratę witaminy A14%. jednak ta sama obróbka spowodowała utratę tylko około 5% b-karotenu. Ponadto suszenie przez 3 do 5 godzin w temperaturze 95°C spowodowało zniszczenie 23% witaminy A, ale tylko 8% B-karotenu.
suszenie bębna jest często używane do produkcji wzmocnionej żywności w postaci proszkowej. Zaletą suszenia bębnowego w porównaniu z konwencjonalnym suszeniem piecowym jest to, że można stosować wyższe temperatury z czasem przetwarzania wynoszącym tylko 2 do 30 sekund. Połączenie wysokiej temperatury i krótkiego czasu (HTST) maksymalizuje retencję składników odżywczych.
ponadto suszarka bębnowa jest zwykle używana do płynnych produktów spożywczych. W związku z tym materiał może osiągnąć bardzo wysoką temperaturę, ponieważ tworzy film na powierzchni bębna. Tworzenie tego filmu podczas suszenia może oferować pewną ochronę składników odżywczych przed uszkodzeniem oksydacyjnym, zwłaszcza w porównaniu z podobnymi procesami HTST, takimi jak proces wytłaczania. Tabela 4 pokazuje, że zatrzymywanie składników odżywczych jest znacznie lepsze podczas suszenia bębna / wałka niż przetwarzanie wytłaczane ze względu na tworzenie filmu .
suszenie rozpyłowe to kolejna technika, którą można wykorzystać do wytwarzania wzbogaconej żywności. Oprócz kombinacji czas-temperatura, inne środki termiczne zapobiegające lub minimalizujące kontakt spryskanych produktów spożywczych z tlenem, które mają być stosowane. Podczas suszenia rozpyłowego drobny spray żywności jest wprowadzany do komory suszenia, w której napotyka strumień gorącego powietrza, co powoduje szybkie wysychanie. Proces opryskiwania znacznie zwiększa kontakt żywności ztoksygen, przyspieszając w ten sposób uszkodzenia oksydacyjne.
wprowadzono kilka sposobów minimalizacji uszkodzeń oksydacyjnych, w tym dodanie przeciwutleniaczy i zastosowanie materiałów powłokowych i kapsulacji. Materiał powłokowy można nakładać przy użyciu sacharozy w postaci surowca. Johnson et al. wykazano, że powłoka zawierająca co najmniej 10% sacharozy była potrzebna, aby zapewnić dobrą ochronę przed atakiem oksydacyjnym podczas suszenia rozpyłowego. Zauważono również, że w miarę możliwości pożądane jest dodanie 15-20% sacharozy do składu surowca, ponieważ zapewnia on większą ochronę przed utlenianiem.
Tabela 4. Straty witamin: wytłaczanie a suszenie wałkiem
źródło: ref. 8.
aby zminimalizować pogorszenie spowodowane utlenianiem podczas suszenia,po wysuszeniu można dodać składniki odżywcze. Dokonano tego w wzbogacaniu mleka,w którym zastosowano suche Premiksy zawierające składniki odżywcze na pożądanym poziomie.Proces ten (rys. 4) jest stosunkowo prosty i wydajny, ale wymaga sprzętu extramixing.
kolejną operacją przetwarzania żywności, która wykorzystuje wysokie temperatury, jest proces wytłaczania. Wytłaczanie jest bardzo popularne w produkcji przekąsek i gotowych płatków śniadaniowych. Wytłaczanie ma kilka zalet w stosunku do innych metod, ponieważ jest to bardzo wszechstronny proces, który obejmuje kilka operacji: mieszanie, gotowanie i formowanie. Ważne jest kilka parametrów określających jakość produktu końcowego, w tym temperaturę (100°do 140°C lub wyższą), zawartość wilgoci, system powlekania i tlen, a także inne parametry charakterystyczne dla procesu wytłaczania, takie jak ciśnienie, przepustowość,prędkość (rpm) śruby i średnica matrycy . Jeśli jest to możliwe, fortyfikacja powinna być wykonana podczas końcowego procesu, aby zmaksymalizować retencję składników odżywczych. Na tym etapie wzmacnianie może być prowadzone przez zastosowanie smaku.
FIG. 4. Wzbogacenie mleka suszonego w sprayu witaminami
stabilność składników odżywczych i właściwe etykietowanie
zwiększona świadomość konsumentów na temat zdrowego odżywiania zmusiła producentów żywności do ujawnienia informacji o składzie swoich produktów na etykiecie. W przypadku żywności wzbogaconej ilość dodanego składnika odżywczego zadeklarowana na etykiecie jest bardzo ważna.
aby spełnić wymagania dotyczące etykiet w realistycznym okresie przydatności do spożycia, producenci muszą dokładnie zbadać zachowanie i kinetykę degradacji składników odżywczych. Aby uzyskać poprawne oświadczenia dotyczące zawartości składników odżywczych w produkcie na jego etykiecie, ilość dodanego składnika odżywczego powinna być większa niż ilość podana na etykiecie. Różnica między sformułowanymi i deklarowanymi poziomami jest znana jako nadmiar. Nadmiar = (ilość składników odżywczych obecnych w produkcie – ilość zadeklarowana na etykiecie)/ilość zadeklarowana na etykiecie × 100.
nadwyżka będzie się różnić w zależności od wewnętrznej stabilności składników odżywczych, warunków, w których żywność jest przygotowywana i pakowana, oraz przewidywanego okresu trwałości produktu. Tak więc, bardziej niestabilne lub niestablenoweskładniki odżywcze, takie jak witamina A, na ogół wymagają wysokiego nadmiaru. Tabela 5 pokazuje przykłady nadmiaru witaminy A stosowanego w trzech różnych produktach. Nadmiar 25% oznacza, że jeśli deklarowana ilość witaminy A wynosi na przykład 20 mg na gram produktu, wówczas poziom wejściowy lub ilość składników odżywczych w preparacie powinna wynosić 25 mg na gram produktu.
okres trwałości i deklarowaną ilość składnika odżywczego na etykiecie(w oparciu o ilość składnika odżywczego pozostałego na końcu okresu trwałości produktu) można określić za pomocą kilku metod, z których jedną jest metoda Arrheniusa opisana przez Labuzę i Riboh .
kinetykę rozkładu składników odżywczych można modelować jako kinetykę zerową lub pierwszego rzędu . Korzystając z prostego modelu kinetycznego, możemy przewidzieć okres przydatności do spożycia i nadmiar określonego składnika odżywczego. Tabela 6 porównuje straty odżywcze przewidywane przez model Arrheniusa z rzeczywistymi stratami.
innym aspektem etykietowania żywności wzbogaconej jest roszczenie o składniki odżywcze. Na przykład w Zjednoczonym Królestwie, jeśli na etykiecie znajduje się oświadczenie, że żywność jest „bogatym” lub „doskonałym” źródłem określonej witaminy lub minerału, dzienna porcja żywności (opisana jako „ilość żywności, której można się spodziewać w ciągu jednego dnia”) musi zawierać co najmniej połowę zalecanego dodatku dietetycznego (RDA) dla tego składnika odżywczego . W odniesieniu do wymogów innych krajów należy stosować określone przepisy i regulacje dotyczące żywności.
Tabela 5. Nadmiar witaminy A w trzech produktach
|
produkt |
okres trwałości (mo) |
nadmiar (%) |
|
napój wzbogacony na bazie mleka w proszku |
12 |
25 |
|
wzbogacony posiłek zastępczy bar |
12 |
45 |
|
tabletki multiwitaminowe |
30 |
60 |
wniosek
wzbogacanie żywności jest programem interwencji żywieniowej ze specyficznie zdefiniowaną populacją docelową, a jego skuteczność jest mierzona przez to, czy wzbogacona żywność jest przyjmowana, kupowana i spożywana przez populację. Powodzenie programu wzbogacania żywności jest mierzone tym, czy nie poprawiono odżywiania i stanu zdrowia docelowej populacji. W związku z tym należy dokładnie ocenić kilka ważnych aspektów w rozwoju programu wzbogacania żywności, takich jak określenie trwałości odżywczej w normalnych warunkach przechowywania i stosowania. Z technicznego punktu widzenia stabilność odżywcza podczas formułowania, przygotowywania i przetwarzania jest kluczowa dla skutecznej produkcji żywności wzbogaconej.
wiele czynników może powodować poważną degradację składników odżywczych. W związku z tym należy wdrożyć odpowiednią technologię, aby zminimalizować straty. Niektóre strategie stabilizacji zawartości składników odżywczych obejmują nakładanie ochronnej powłoki dla poszczególnych składników odżywczych; dodawanie przeciwutleniaczy; kontrolę temperatury, wilgotności i pH; oraz ochronę przed powietrzem, światłem i niekompatybilnymi metalami podczas przetwarzania i przechowywania.
trwałość składników odżywczych oraz warunki, w jakich przygotowywana, produkowana i pakowana jest żywność, wpływają na trwałość produktu i jednocześnie na nadmiar składników odżywczych. Stopień degradacji składników odżywczych w żywności i długość okresu przydatności do spożycia będą regulować poziom nadmiaru. Stopień degradacji składników odżywczych można określić za pomocą kilku metod, z których jedną jest stosunkowo prosta metoda Arrheniusa, która może być stosowana do przewidywania okresu przydatności do spożycia i nadmiaru danego składnika odżywczego.
Tabela 6. Straty witamin ( % ) po sześciu miesiącach przechowywania w temperaturze 20°C i 75% wilgotności względnej
|
witamina |
przewidywane z modelu Arrheniusa |
analizowane po przechowywaniu |
|
24.0 |
23.0 |
|
|
preparat witaminowy A |
15.0 |
10.0 |
|
kwas foliowy |
8.1 |
7.4 |
|
Witamina B12 |
9.2 |
7.7 |
źródło: Nr ref.11.
3. Murphy PA. Technologia witamina A fortyfikacji żywnościrozwinięte kraje. Food Technol 1996;50( 9): 69-74.
4. Richardson DP. Żelazna fortyfikacja w żywności i napojach. Chem Ind1983;13: 498-501.
5. Archer MC, Tannenbaum SR. W: Tannenbaum SR, ed.Aspekty żywieniowe i bezpieczeństwa przetwarzania żywności. Nowy Jork: Marcel Dekker,1979.
6. Borenstain B. Technologia fortyfikacji. W: Tannenbaum SR, ed. Aspekty żywieniowe i bezpieczeństwa przetwarzania żywności. 1979:217-31.
9. Johnson LE, Gordon HT, Borenstain B. Technology of breakfastcereal fortification. Cereal World 1988;33: 278-330.
10. Schlude M. stabilność witamin w kuchni ekstruzyjnej. W:O ’ Connor C, ed. Technologia wytłaczania dla przemysłu spożywczego. London: ElsevierApplied Science, 1987.
11. Labuza TP, Riboh D. Theory and application of Arrhenius ’ Kinetics to the prediction of nutrient losses in food. Technol Żywności1982; 36(2):66-74.
12. Labuza TP. Otwarte datowanie trwałości żywności. Westport, Conn, USA: Food and Nutrition Press, 1982.