Текст книги "Системный подход в управлении ассортиментом и качеством продукции"

Модифицированный метод экстракции и выделения дитерпеновых гликозидов по Комисаренко [61] заключается в экстракции бутанолом и количественном определении по глюкозе, эквивалентной массе дитерпеновых гликозидов, в водном растворе. Методика исследования изложена в [38, 54].

Содержание гликозидов с использованием калибровочного графика (рис. 3) рассчитывали по глюкозе.

В табл. 6 представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния продолжительности культивирования стевии на урожайность и накопление стевиозида. Экспериментальные данные по содержанию стевиозида в фазу вегетативного учета – образование флешей – показали, что через 17 сут. после всходов его содержание больше, чем через 14 сут. Результаты исследований, представленные в табл. 6, по влиянию времени уборки стевии в момент начала бутонизации (после 30 сут. с начала отрастания) на урожайность и накопление стевиозида показывают, что количество стевиозида в листьях более высокое, чем в стеблях. Биомасса листьев больше биомассы стеблей на 0,25 г. Урожайность листьев при начале бутонизации (после 30 сут. от всходов растения) больше урожайности в фазу образования флешей (после 14 сут. с начала отрастания) на 0,43 г с. в.

Следует отметить, что после 17 дней от всходов (образование флешей) урожайность незначительно отличается от значения биомассы листьев в период начала бутонизации – на 0,12 г. Данные урожайности в период 17–30 сут. показывают замедление ростовых процессов. Накопление основной биомассы приходится на первую половину исследуемого периода. Содержание стевиозида после 17 сут. и после 30 сут. (листья) имеет одинаковое значение в пересчете на сухое вещество и составляет 0,18 %. Происходит незначительное накопление его в стеблях.

Рис.3. Калибровочный график определения дитерпеновых гликозидов по глюкозе

Таблица 6

Влияние продолжительности культивирования стевии на урожайность и накопление стевиозида22
  Эксперимент проходил под лампами ДМ3-3000 при облученности 60 Вт/м2.


[Закрыть]

В табл. 7, 8 представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния спектрального состава света на накопление стевиозида в растении стевии.

Таблица 7

Влияние спектрального состава света на накопление биомассы и стевиозида в растении стевии33
  Возраст растений 15 сут., облученность 100 Вт/м2 ФАР, фотопериод 16 ч.


[Закрыть]

Таблица 8

Влияние спектрального состава света на накопление стевиозида в растении стевии44
  Продолжительность выращивания 26 сут., облученность 100 Вт/м2 ФАР, фотопериод 16 ч.


[Закрыть]

Из табл. 7 видна неоднозначность влияния излучения различного спектра на накопление биомассы стевии. Так, наибольший вес сухой биомассы отмечен в листьях стевии под воздействием белого света (2,8 г). Как известно, в области ФАР поглощение света для листьев различных растений весьма велико и имеет два четких максимума – в синей и красной областях спектра [56]. При облученности 100 Вт/м² ФАР следующим по эффективности воздействия было излучение красной области спектра, здесь листья стевии имеют вес 1,6 г.

По данным Протасовой [57], красная область спектра способствует интенсивному росту площади листьев растений и осевых органов.

Повышенный ростовой эффект стимулирован, вероятно, и фоторецептором красного света – фитохромом, что для синтеза биомассы растений и формирования урожая является более благоприятным. Наименее эффективным на накопление биомассы оказалось излучение синей области спектра (табл. 8).

Синяя область видимого спектра способствует задержке роста осевых органов и быстрому переходу растений от роста к репродукции, что предполагает накопление вторичных метаболитов. Природа и механизм действия фоторецептора синего света недостаточно изучены, но, вероятно, одним из действенных является комплекс флавопротеин-цитохром типа b.

При этом предполагается, что восстановление синим светом цитохрома опосредуется первым восстановлением флавопротеинового фрагмента молекулы рецептора. Подобный восстанавливаемый при облучении синим светом фоторецептор был обнаружен в плазмолемме клеток высших растений [62]. Следует отметить, что синий свет (420–480 нм) способен активировать также и фитохром. Таким образом, накопление вегетативной массы стевии зависит от излучения отдельных областей ФАР. Так, наиболее эффективным при облученности 100 Вт/м² ФАР было излучение красной области спектра по сравнению с синей.

Из табл. 7 видно, что исследуемые спектральные варианты имеют ряд существенных различий по накоплению стевиозида. Так, наибольшее количество стевиозида в листьях накапливается на синем свету – 0,63 % с. в.; наименьшее на красном – 0,27 % с. в. Известно, что спектральный состав света оказывает влияние на синтез гормонов растений, алкалоидов, эфирных масел и т. д. [63]. Различия по биомассе и содержанию стевиозида становятся еще более контрастными при дальнейшем выращивании стевии в лучах исследуемых спектральных диапазонов ФАР.

Из табл. 8 видно, что растение стевии после 26 сут. вегетации имеет максимальный вес листьев при выращивании под воздействием белого света, а самое низкое значение урожайности получено под воздействием синего спектра ФАР. Промежуточное значение имеет биомасса листьев стевии, выращенная под влиянием красного спектра ФАР. Результаты исследований по содержанию стевиозида при излучении синей области спектра показывают наибольшие значения. Синяя область спектра оказалась наиболее физиологически активной в отношении накопления биологически активных веществ (БАВ). Таким образом, синий свет целесообразнее использовать в сравнении с красным для получения с целого растения более высокого выхода стевиозида. Однако в количественном отношении для получения более высокого абсолютного выхода стевиозида режим с использованием белого света является предпочтительным.

Итак, результаты эксперимента показали, что излучение красной и белой областей спектра в отличие от синей обеспечивает накопление большей биомассы на протяжении периода вегетации. Однако при получении растительного лекарственного сырья содержание в нем продукта вторичного обмена может быть важнее общей биомассы. Таким образом, спектральный состав света в сочетании с необходимой интенсивностью облучения можно рассматривать как один из факторов управления и количественной, и качественной стороной продукционного процесса у растений. Для обоснования сроков уборки стевии в условиях светокультуры был проведен фракционный анализ накопления стевиозида в разных по ярусности листьях и участках стеблей растения в фазу образования семян. Растения выращивали при облучении лампами ДМ3-3000, 60 Вт/м² ФАР. В качестве выборки сплошного посева было взято 20 растений примерно одинаковых по морфологическим признакам. Результаты проведенного анализа представлены в табл. 9, 11, 12.

Сухой вес листьев стевии в зависимости от номера междоузлия колебался в пределах от 0,40 г (листья 1-го междоузлия) до 1,50 г (10-го междоузлия) (табл.9).

Графически представлены зависимости биомассы листьев стевии и абсолютного выхода стевиозида из них (рис. 4); биомассы стеблей и абсолютного выхода стевиозида из них (рис. 7); биомассы боковых побегов и абсолютного выхода стевиозида из них (рис. 10) от номера междоузлия. На рис 4, 7, 10 видно, что между сухим весом изучаемых органов растения стевии и номером междоузлия, между абсолютным выходом стевиозида из листьев, стеблей, боковых побегов и номером междоузлия существует нелинейная корреляционная зависимость, которая может быть аппроксимирована гауссовой функцией:

Из этих зависимостей, используя метод наименьших квадратов, получим зависимости, показанные на рис. 4.

Таблица 9

Содержание стевиозида в листьях стевии55
  Выращена под лампами ДМ3-3000, облученность 60 ВТ/м2 ФАР (в расчете на одно растение).


[Закрыть]

Таблица 10

Параметры гауссовой функции

На вероятностных графиках (рис. 5, 6) отклонения достаточно близко ложатся на прямую, характеризующую нормальное распределение.

Наибольшие значения абсолютного выхода стевиозида из листьев, отдельных участков стеблей и боковых побегов приходятся на среднюю часть растения, а наименьшие – на нижнюю (рис. 4, 7, 10). Здесь можно отметить, что между сухим весом изучаемых органов растения и абсолютным выходом стевиозида существует умеренная корреляционная зависимость. Коэффициенты корреляции представлены в табл.12.

Таблица 11

Содержание стевиозида в различных участках стеблей стевии66
  Выращена под лампами ДМ3-3000 с облученностью 60 Вт/м2 ФАР (в расчете на одно растение).


[Закрыть]

Можно отметить, что между сухим весом стеблей и абсолютным выходом стевиозида существует слабая корреляционная зависимость (коэффициент корреляции в данном случае равен 0,28).

Поскольку биомасса листьев, стеблей, боковых побегов стевии в ходе ее роста имеет распределение по вертикальному профилю с максимумом в основном в центральной части ценоза, то и абсолютный выход стевиозида также концентрируется в центральной части растения.

В табл. 13 представлены результаты экспериментальных исследований по содержанию стевиозида в боковых побегах стевии.

Рис. 4. Зависимость от номера междоузлия: а – биомассы участков листьев; б – абсолютного выхода стевиозида из листьев; – экспериментальные данные; – расчетная кривая

Рис. 5. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Листья, биомасса, г

Рис. 6. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Листья, абсолютный выход стевиозида, г

Рис. 7. Зависимость от номера междоузлия: а – биомассы участков стеблей; б – абсолютного выхода стевиозида из стеблей; –экспериментальные данные; –расчетная кривая

Рис. 8. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Стебли, биомасса, г

Рис. 9. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Стебли, абсолютный выход стевиозида, г

Таблица 12

Зависимость между фитоэлементами ценоза стевии и абсолютным выходом стевиозида

П р и м е ч а н и е. R – коэффициент детерминации; r – коэффициент корреляции между биомассой и абсолютным выходом стевиозида.

Таблица 13

Содержание стевиозида в боковых побегах стевии77
  Выращена под лампами ДМ3-3000 с облученностью 60 Вт/м2 ФАР (в расчете на одно растение).


[Закрыть]

Следует отметить, что сухой вес боковых побегов стевии в зависимости от номера междоузлия находится в пределах от 0,2 г (побеги 19-го междоузлия) до 1,40 г (побеги 13-го и 14-го междоузлий).

Коэффициенты детерминации для полученных линий регрессии представлены в табл. 10. Поскольку они достаточно близки к единице, можно считать, что гауссова функция в целом хорошо описывает полученные в работе (табл. 9, 11, 12) эмпирические данные. Это также видно из того, что отклонения эмпирических данных от предполагаемой функциональной зависимости на вероятностных графиках (рис. 5, 6, 8, 9, 11, 12) достаточно хорошо описываются нормальным распределением. Поэтому можно полагать, что гауссова функция в целом достоверно описывает получаемые зависимости.

Рис. 10. Зависимость от номера междоузлия: а – биомассы участков боковых побегов; б – абсолютного выхода стевиозида из боковых побегов; – экспериментальные данные; – расчетная кривая

Рис. 11. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Боковые побеги, биомасса, г

Рассмотрим распределение стевиозида в пересчете на сухое вещество.

Из рис. 13 видно, что зависимость между выходом стевиозида в пересчете на сухое вещество и номером междоузлия носит довольно случайный характер, а линия регрессии имеет скорее всего вид прямой, незначительно возрастающей при увеличении номера междоузлия.

Рис. 12. Вероятностный график отклонений на нормальной плоскости. Боковые побеги, абсолютный выход стевиозида, г

Рис. 13. Зависимость от номера междоузлия выхода стевиозида (в пересчете на с. в.): а – из листьев; б – из стеблей; в – из боковых побегов; – экспериментальные данные; – расчетная кривая

Таким образом, приведенные результаты показывают, что выход стевиозида на единицу сухого вещества распределен довольно хаотично в листьях, участках стеблей и боковых побегах растения. При этом в среднем условия выработки стевиозида для верхних ярусов несколько выше, чем для нижних. Отметим, что между выходом стевиозида в листьях на единицу сухого веса, абсолютным выходом стевиозида и сухим весом листьев имеется корреляционная зависимость. Причем частный коэффициент корреляции между выходом стевиозида на единицу сухого веса и абсолютным выходом стевиозида равен 0,93, т. е. выход стевиозида на единицу сухого веса находится в прямой сильной корреляционной зависимости от абсолютного выхода стевиозида и наоборот. Это естественно, поскольку «производительность» стевиозида будет выше в тех случаях, где выше его абсолютный выход. Следует отметить отсутствие зависимости между выходом стевиозида в листьях на единицу сухого веса и сухим весом листьев.

В этом случае парный коэффициент корреляции равен 0,088, т. е. между выходом стевиозида на единицу сухого веса и сухим весом листьев практически нет корреляционной зависимости. Однако частный коэффициент корреляции между выходом стевиозида на единицу сухого веса и сухим весом листьев (при удалении корреляционной зависимости между выходом стевиозида на единицу сухого веса и абсолютным выходом стевиозида) равен 0,84, т. е. чем больше биомасса листьев, тем меньше «производительность» стевиозида. Следовательно, можно предположить, что «производительность» стевиозида (выход стевиозида на единицу сухого веса) выше для молодых листьев верхнего яруса. С ростом листьев выход стевиозида на единицу сухого веса понижается, хотя абсолютный выход стевиозида для листьев центрального яруса повышается за счет увеличения биомассы листьев.

Отметим, что частный коэффициент корреляции между выходом стевиозида из участков стеблей в пересчете на сухое вещество и абсолютным выходом стевиозида равен 0,91, т. е. выход стевиозида на единицу сухого веса находится в прямой сильной корреляционной зависимости от абсолютного выхода стевиозида и наоборот. Отметим, что частный коэффициент корреляции между выходом стевиозида из участков стеблей на единицу сухого веса и сухим весом стеблей равен 0,97, т. е. между выходом стевиозида на единицу сухого веса и сухим весом стеблей имеется сильная отрицательная корреляционная зависимость. Таким образом, в период сбора лекарственно-ценной биомассы стевии следует обращать внимание на то, что накопление стевиозида и биомасса растений имеют нормальное распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева.

Среди рассмотренных световых режимов культивирования стевии наибольший вес биомассы отмечается при облученности 60 Вт/м² ФАР и непрерывном облучении.

Данные экспериментов по влиянию площади питания на морфологические характеристики растений стевии показывают прямую зависимость накопления биомассы от выбранной густоты посева. Для выбранных условий культивирования оптимальной оказалась густота посева 133 раст/м².

Опыт использования искусственной ФАР различного спектрального состава для выращивания растений показал неоднозначность влияния спектра на накопление биомассы. Белый и красный свет в отличие от синего обеспечивает накопление большей биомассы [64]. Биомасса и концентрация стевиозида в биомассе имеют распределение по вертикальному профилю с максимумом в средней части ценоза стевии. Суммарный выход стевиозида обеспечивается в основном за счет листьев (78 %), тогда как выход стевиозида боковых побегов составляет 17 %, а стеблей 5 %.

Таким образом, продукционные и биохимические характеристики стевии при различных условиях культивирования показывают возможность использования данного метода выращивания Stevia rebaudiana Bertoni для создания технологического процесса переработки биомассы стевии в регионах с тяжелыми климатическими условиями [65, 54].

Для определения потенциального потребителя стевии как элемента специализированного питания были проведены маркетинговые исследования на наличие в продаже данной продукции по видовому ассортиментау на рынке хлебобулочных изделий и безалкогольных напитков Красноярска.

Анализ ассортимента хлебобулочных изделий показал, что наряду с традиционными появились изделия с наполнителями, такими как орехоплодные (арахис, кедровый орех и т. д.), семя подсолнечника, чернослив, изюм, пряности (кориандр, тмин и др.). Эти наполнители повышают физиологическую ценность данной продукции. Однако с позиции назначения для определенной категории покупателей, например больных сахарным диабетом, такая продукция отсутствует. Поэтому использование стевии в качестве сахарозаменителя при изготовлении хлебобулочных изделий является целесообразным [65–69]. Следует отметить, что исследуемый сахарозаменитель является природным.

Многочисленные исследования отечественного рынка напитков показывают, что наибольшим спросом у покупателей пользуются прозрачные газированные напитки. На втором месте по популярности – бутилированная вода, затем соки и нектары. Такие виды, как лечебно-профилактические, особенно на натуральном сырье, практически не представлены на отечественном рынке. Большинство так называемых коммерческих напитков производится с использованием сахарозаменителей, синтетических красителей и ароматизаторов, имеющих в лучшем случае статус идентичных натуральным. Отсутствуют напитки, приготовленные с использованием природных сахарозаменителей [66].

Авторами были изучены предприятия розничной торговли разных групп специализации, осуществляющие реализацию безалкогольных напитков.

Анализ наличия в продаже безалкогольной продукции по видовому ассортименту показал, что наибольшее число магазинов реализует лишь 10–15 наименований продукции. Иногда встречаются в продаже напитки серии «Напитки из Черноголовки». Витаминизированные безалкогольные напитки представлены продукцией компании «Тагарская». В ходе проведенного исследования была выявлена группа тонизирующих безалкогольных напитков, которая представлена следующими наименованиями: «Тархун», «Саяны», «Байкал», «Пепси», «Крейзи-кола», «Флеш», «Пепси лайт», «Кока-кола», «Кока-кола лайт», тониками «Эверес» и «Кинли» [70–72]. Безалкогольные напитки с использованием природных сахарозаменителей в продаже отсутствуют [66].

Было выявлено, что увеличилась доля выпуска питьевой газированной воды, дешевых газированных напитков на синтетических основах. Следует отметить, что от выпуска ряда тонизирующих напитков производители отказались («Саяны», «Бахмаро» и др.) по причине недоступности, в том числе и ценовой, растительного сырья, входившего в их состав, а также нежелания продвигать на рынке продукцию с традиционными наименованиями, устраняя тем самым возможную конкуренцию. Другие напитки, наиболее популярные среди потребителей в силу специфических вкусо-ароматических достоинств, производители заменили синтетическими аналогами, полностью исключив из рецептур натуральное растительное сырье («Тархун», «Байкал»).

Тоники, не являющиеся полностью самостоятельным продуктом и используемые в основном для смешивания с алкогольными напитками, составляют среди тонизирующих немалую долю. В целом исследование наличия в продаже безалкогольных газированных напитков в Красноярске показало достаточность товарного предложения напитков на синтетических эссенциях, среди которых имеются витаминизированные, тонизирующие и отсутствие напитков с использованием сахарозаменителей на натуральном сырье [66].

Авторами в качестве сахарозаменителя, определяющего функциональные свойства создаваемого продукта, использовалась стевия, выращенная в условиях светокультуры [65–69]. Выбор дозировки подслащивающего вещества и составление рецептуры проводили с учетом коэффициента сладости стевиозида, физиологической безопасности и необходимости корректировки дозировок в конкретных продуктах.

В условиях малого предприятия производили батоны «Докторский», булочки «Диабетическая» и «Необыкновенная».

В батоны «Докторский» вместо сахара добавляли измельченные листья стевии в количестве 0,001; 0,01; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 % к массе муки. В табл. 14, 15 представлены результаты органолептических и физико-химических показателей качества экспериментальных образцов хлебобулочных изделий [38, 54].

Таблица 14

Органолептические показатели качества экспериментальных образцов батонов «Докторский»

В рецептуру экспериментальных изделий вошли следующие ингредиенты: мука пшеничная 2-го сорта, стевия, дрожжи хлебопекарные, соль поваренная, маргарин. Тесто замешивали вручную, брожение теста длилось 2,5 ч при температуре 30 ^ºС. Расстойку проводили при температуре 35 ^ºС и относительной влажности воздуха 75 %. Выпекали батоны при температуре 220 ^ºС. Качество хлебобулочных изделий оценивали после остывания через 12 ч по органолептическим и физико-химическим показателям: влажности, кислотности, пористости – по общепринятым методам [38, 54].

Таблица 15

Физико-химические показатели качества экспериментальных образцов батонов «Докторский»

Внесение стевии в оптимальных дозировках (0,05 и 0,07 %) позволяет полностью заменить сахар в батонах «Докторский» с сохранением качества.

Напитки являются не только технологически удобным продуктом для создания новых видов функционального питания, но и одной из наиболее усваиваемых форм поступления питательных веществ в организм человека.

В табл. 16 представлены результаты анализа органолептических и физико-химических показателей качества напитков «Здоровье» [38, 54]. В табл. 17 представлены критерии определения степени новизны безалкогольных напитков «Здоровье». Для каждого из параметров: назначение, сырье, вкус и аромат – определен свой ранг новизны.

Таблица 16

Органолептические и физико-химические показатели качества напитков «Здоровье»

Оценка спроса и анализ потребительских предпочтений на хлебобулочную и безалкогольную продукцию показывают, что современный потребитель при выборе продуктов стал более требователен к их полезности и натуральности [38, 54].

Таблица 17

Критерии для определения степени новизны безалкогольных напитков «Здоровье»

Анализ показал, что на рынке Красноярска отсутствуют хлебобулочные изделия лечебно-профилактического назначения и напитки с использованием природных сахарозаменителей для определенных групп населения (например, больных сахарным диабетом) на натуральном растительном сырье, имеется лишь незначительная доля витаминизированных продуктов [38, 54]. Результаты исследований послужили обоснованием необходимости разработки рецептур продуктов, где в качестве функциональной добавки используется стевия в качестве сахарозаменителя. В связи с этим были разработаны хлебобулочные изделия и напитки с использованием экологически чистой биомассы стевии, выращенной в условиях светокультуры. Все исследованные образцы по органолептическим показателям соответствуют требованиям нормативной документации, имеют высокие дегустационные характеристики. Функциональные свойства этих изделий проверялись в Институте медицинских проблем Севера СО РАМН. Получено заключение о возможности их использования в пищевой промышленности [38, 54].

Впервые в Красноярском крае были проведены экспериментальные исследования по использованию стевии, полученной в условиях светокультуры в качестве природного сахарозаменителя в хлебобулочных изделиях и безалкогольных напитках. Апробация технологических разработок хлебоулочных изделий осуществлялась в ИП «Е. П. Тиманова» и ООО «Эверест», а безалкогольного напитка «Здоровье» в лаборатории ООО «Пикра». Безопасность и целесообразность использования стевии при изготовлении хлебобулочных изделий диабетического и лечебно-профилактического назначения для массового питания особенно актуальны в тяжелых экологических и климатических условиях Сибирского региона, что подтверждается соответствующими медицинскими заключениями [38, 54].

Таким образом, для стевии, культивируемой в условиях светокультуры, накопление стевиозида и биомасса растений имеют нормальное распределение с максимумом в центральной части по вертикальному профилю посева. Выход стевиозида на единицу сухого веса выше для молодых листьев, с увеличением возраста листьев его концентрация на единицу сухого веса понижается, а абсолютный выход для листьев центрального яруса повышается за счет увеличения биомассы листьев.

Излучение красной и белой областей спектра в отличие от синей обеспечивает накопление большей биомассы на протяжении всего периода вегетации. Однако при получении растительного лекарственного сырья содержание в нем продукта вторичного обмена может быть важнее общей биомассы. Синий свет целесообразнее использовать для получения с целого растения более высокого выхода стевиозида, однако в количественном отношении для получения более высокого его абсолютного выхода режим с использованием белого света является предпочтительнее.

Стевия, выращенная в условиях светокультуры и используемая в дальнейшем для проведения испытаний в качестве сахарозаменителя при изготовлении хлебобулочных изделий и безалкогольных напитков, является совместимой с выбранными ингредиентами, что подтверждено экспериментально.