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

2.3. Система управления ассортиментом и качеством при создании продуктов иммуностимулирующей направленности с использованием эхинацеи пурпурной

I. С и с т е м о п о р о ж д а ю щ и е ф а к т о р ы

Целевое состояние системы, направленной на поиск решений получения сырья эхинацеи пурпурной с оптимальным составом как пищевой добавки иммуностимулирующего действия, помимо государственных ориентиров, определялось литературными данными о влиянии экологических и других стресс-факторов на состояние здоровья населения [40, 44, 107]. Это особенно актуально для Сибирского региона и районов Крайнего Севера, где суровые климатические условия сочетаются с неблагоприятной экологической обстановкой (загязнение среды обитания промышленными выбросами и отходами) и условия труда сопряжены с воздействием вредных факторов, негативно влияющих на состояние и устойчивость организма человека. В этом же заложено и основное противоречие – между существующим уровнем состояния здоровья населения в регионе, его подверженностью внешним влияниям среды и отсутствием системы оздоровления населения через обогащение традиционных продуктов питания.

Процесс питания является функцией взаимосвязи человека с окружающей средой. В этом смысле пища должна способствовать адаптации организма человека к неблагоприятным внешним условиям и помимо своей основной функции – удовлетворение физиологических потребностей человека в пищевых веществах и энергии – выполнять профилактические и лечебные задачи.

Одним из условий поддержания здоровья и работоспособности является удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ. Анализ результатов различных исследований привел к появлению новых направлений в науке о питании, которые говорят о необходимости употребления пищевых продуктов, содержащих ингредиенты, повышающие сопротивляемость к заболеваниям, улучшающие физиологические процессы в организме и предназначенные для широкого круга потребителей [34, 36–38, 45].

В ряду таких пищевых добавок представляется перспективным использование эхинацеи пурпурной, обладающей уникальным комплексом БАВ и оказывающей влияние на ослабленную иммунную систему жителей северных районов. Продукты с использованием такого растительного сырья могут способствовать созданию оздоровительного и профилактического эффекта в организме человека, т. е. могут играть роль биокорректора, активно воздействуя на функционирование иммунной системы.

В более широком смысле для достижения этой цели требуется создание экономической, законодательной и материальной базы, обеспечивающей необходимые объемы производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, их доступность для всех слоев населения, высокое качество и безопасность, осуществляющей постоянный контроль за производством и потреблением продуктов здорового питания, а также обучение населения принципам здорового питания» [37, 38].

Приведенные здесь исследования системопорождающей целью ставили анализ влияния различных спектральных режимов облучения на накопление БАВ в биомассе Echinacea purpurea L. Moench и Rudbeckia hirta L. при выращивании в условиях светокультуры и возможности ее применения в качестве функциональной добавки.

II. С и с т е м о о б р а з у ю щ и е ф а к т о р ы

Поставленные для достижения целевого состояния системы задачи охватывают основные направления, которые можно отнести к группе системообразующих факторов, так как их анализ нацелен на количественные параметры сырья (свойства) во взаимосвзи и влиянии на них (структура) изменяемых внешних параметров (свойства).

Среди основных задач были обозначены следующие:

_● определить влияние спектральных режимов искусственного облучения на накопление биологически активных веществ в эхинацее пурпурной и рудбекии волосистой (структура);

_● провести сравнительный анализ растений эхинацеи пурпурной и рудбекии волосистой, выращенных при стационарном и переменном спектральных режимах облучения, по относительному содержанию и абсолютному выходу биологически активных веществ (свойства);

_● изучить возможности использования полученной в условиях светокультуры биомассы эхинацеи пурпурной в качестве физиологически активной добавки в безалкогольные напитки (структура).

Состав изучаемой системы управления качеством включает в себя три вектора исследовательского поиска:

1) изучение влияния условий выращивания на качественные и биологические свойства сырья;

2) разработка и апробация инновационных продуктов иммуностимулирующего назначения;

3) анализ структуры и потребностей рынка пищевой продукции иммуностимулирующего профиля.

III. С и с т е м о о б у с л о в л и в а ю щ и е ф а к т о р ы

К третьей группе факторов (см. п. 2.2), кроме определяемых государственными интересами [34–37], могут быть отнесены как указанные в задачах исследования, так и формирующиеся на уровне производственного или торгового предприятия при определении основных ориентиров товарной политики.

Загрязнение окружающей среды и как следствие этого снижение уровня иммунитета наблюдается у значительной части населения. За рубежом для поддержания иммунной системы широко применяют препараты и продукты, в состав которых входят природные растительные иммуно-стимуляторы.

В этой связи многие специалисты проявляют повышенный интерес к изучению и использованию представителей рода эхинацеи (Echinacea Moench). По данным Г.Ф.Моисеевой и Н.С.Гуриной [73], среди известных природных иммуностимуляторов выделяют растения семейства астровых рода эхинацея [74, 75]. Исследователи отмечают значительную активизацию клеточного звена иммунитета, нормализацию иммунопатологических процессов, улучшение общего состояния пациентов. Все растительные иммуностимуляторы, полученные из растений эхинацеи, обладают противовоспалительным, иммуностимулирующим эффектом. В настоящее время установлено, что эхинацея стимулирует неспецифический иммунитет и фагоцитоз, деятельность макрофагов, а также бактерицидную функцию клеток.

Эхинацея – многолетнее травянистое растение семейства астровых (Asteraceae). B естественных условиях эхинацея пурпурная произрастает в субтропических и умеренных зонах Северной Америки в смешанных и лиственных лесах, а также по песчаным берегам рек [76]. Растение имеет высоту от 50 до 150 см со слабоветвистыми прямостоячими стеблями. Листья довольно крупные: нижние широколанцентные на длинных черешках, по краю городчато-зубчатые, серединные ланцентные или узколанцентные, сидячие. Соцветия – корзинки, на верхушках стеблей одиночные, до 10 см в диаметре. Все представители рода эхинацеи имеют множество полезных свойств, являются декоративными, лекарственными, медоносными, кормовыми и эфиромасличными растениями. Три вида эхинацеи (бледная, пурпурная, узколистная) давно используются в Северной Америке для нужд медицины [77].

Эхинацея активизирует и усиливает неспецифичную иммунную систему. Как эксперименты на животных, так и многочисленные клинические исследования доказали, что свежий экстракт из этого растения (надземной части) и его корня повышает активность белых кровяных телец. Благодаря этому удается полностью предотвратить начало ряда заболеваний или, по крайней мере, сократить их продолжительность и ослабить симптомы [78]. Это растение является естественным иммуностимулятором, повышает сопротивляемость организма.

По мнению Куркина и Авдеева [79], методика количественного определения суммы гидроксикоричных кислот (ВФС 42-2371–94) не является объективной. Авторами проведены работы по совершенствованию методов стандартизации лекарственного сырья – травы эхинацеи пурпурной: изучены стадии экстракции и возможность использования прямой спектрофотометрии (аналитическая длина волны 330 нм) без предварительного хроматографического отделения суммы фенилпропаноидов, как это предусмотрено в ВФС 42-2371–94 «Трава эхинацеи пурпурной». Экстракцию проводили 40%-ным этиловым спиртом в течение 45 мин. Содержание суммы гидроксикоричных кислот (в пересчете на цикориевую кислоту) было определено по изложенной методике в Самарской области и Краснодарском крае, их содержание составило для эхинацеи пурпурной 3,7–4,6 % [79].

По литературным данным, цикориевая кислота и полисахариды обладают антимикробным и иммуностимулирующим действием, что необходимо учитывать при создании препаратов на основе травы эхинацеи.

В корнях были обнаружены белки: от 6,54 до 6,96 % у узколистной эхинацеи и от 5,17 до 5,31 % – у пурпурной. В надземной части растения белка больше. Химический состав растений рода эхинацеи в отечественной и зарубежной литературе освещен достаточно полно [80]. Однако сведения о наличии лектинов отсутствуют. В работе Поспелова [81] установлено, что лектины в эхинацее пурпурной главным образом сосредоточены в глобулиновой фракции белков во всех исследуемых частях растения [82]. Двухлетние растения характеризуются более высокой активностью лектинов, чем однолетние. Отмечено, что белок является легкорастворимым и сбалансированным по аминокислотному составу [73]. Для эхинацеи пурпурной отмечено наличие сапонинов, обладающих вирусонейтрализующей активностью, зависящей от концентрации и дозы вируса, а также иммуностимулирующей [80].

Наряду с широко известным в настоящее время растением эхинацеи пурпурной в литературе имеются сведения о растении семейства астровых рода рудбекия, наиболее близком к эхинацее пурпурной [83–84]. Растения рода рудбекия содержат ценные БАВ [85], поэтому целесообразно провести сравнительные исследования этих видов растений, выращенных в условиях светокультуры. Это позволит оценить растения с точки зрения содержания в них активных компонентов, предназначенных для обогащения пищевой продукции.

С позиций технологии создания инновационных продуктов специального назначения оптимальным видом являются напитки, для которых требуются минимальные изменения производственного процесса, а вводимые компоненты не подвергаются изменяющим структуру жестким воздействиям.

Классификация потребительных свойств напитков, определяющих их фукнциональную направленность, приведена в табл. 18 [71, 86]. В зависимости от вводимого комплекса веществ и их концентрации одни напитки находят массовое применение для оздоровления населения, другие применяются только в качестве элемента диеты в лечебно-профилактических учреждениях.

Безалкогольные газированные напитки функционального действия могут применяться в качестве жаждоутоляющих и поддерживающих здоровье на заводах с тяжелыми условиями труда, они обладают как общим воздействием на организм, так и специфическим, что определяется составом исходного сырья и, в первую очередь, соотношением натуральных и синтетических компонентов [71].

Таблица 18

Потребительские свойства напитков функционального действия

Одним из перспективных направлений расширения ассортимента продуктов иммуностимулирующего профиля является использование фитонутриентов повышенной биологической ценности, источником которых служит эхинацея пурпурная. Функциональные ингредиенты в продуктах, содержащих компоненты, полученные на основе эхинацеи, оказывают биологическое действие на здоровый организм и могут предупредить болезни у населения, проживающего в экологически неблагополучных регионах.

Для получения продуктов повышенной биологической ценности сегодня особенно актуально использование инновационных методов получения растительных пищевых добавок из лекарственных растений, выращенных в регулируемых условиях светокультуры, позволяющих круглогодично, независимо от климатических условий, получать растительную биомассу и регулировать содержание биологически активных веществ в ней [87].

Развитие и активное внедрение таких методов в практику производства обогащенных продуктов сдерживается отсутствием научных работ по оптимизации выращивания эхинацеи пурпурной в условиях светокультуры и стимулированию накопления в ней активного начала.

Получение ценной растительной биомассы с повышенным содержанием комплекса активных веществ в условиях светокультуры и ее использование в регионах с трудной экологической и климатической обстановкой позволит создать единую технологическую цепочку [87].

Целью и задачами исследования, проведенного авторами, явилось создание единого процесса: от получения в контролируемых условиях среды экологически чистой растительной биомассы с гарантированно высокой лекарственной ценностью до ее использования в безалкогольных напитках, что, в свою очередь, направлено на максимальное приближение сырьевой базы к производству и потребителю иммуностимулирующих продуктов [38, 87].

Перспективным направлением выращивания растительной биомассы в регионах с суровыми климатическими условиями и неблагоприятной экологической обстановкой является использование метода выращивания при досветке растений искусственным светом либо полностью на искусственном свету [75, 87, 88]. Основным фактором управления жизнедеятельностью растений в условиях светокультуры является световой, остальные параметры (минеральное питание, газовый состав атмосферы, температура, водный режим и т. д.) выводятся на уровни, не лимитирующие жизненные процессы.

Фотосинтез является одной из важнейших составляющих продукционного процесса. Оптимизация спектрального состава света для фотосинтеза сказывается на ходе продукционного процесса. Фотосинтетически активная радиация (ФАР) – основной источник энергии для фотосинтеза, поэтому понятно, что с увеличением облученности до определенной величины пропорционально будет возрастать и интенсивность фотосинтеза. В условиях светокультуры растения могут постоянно получать необходимую суточную дозу радиации для обеспечения максимального коэффициента полезного действия (КПД) фотосинтеза и, в отличие от полевых условий, высокий уровень фотосинтеза может поддерживаться в течение всего светового дня без резких спадов и полуденных депрессий. Таким образом, в оптимальных условиях светокультуры можно за единицу времени с единицы площади получать намного больше продукции, чем в природной обстановке [75, 87, 88].

Исследование спектральной эффективности фотосинтеза – один из путей к решению проблемы оптимизации световых условий для протекания продукционного процесса в контролируемых условиях среды. По современным представлениям, диапазон оптического излучения, имеющий для растений основное физиологическое значение, имеет примерные границы 280–750 нм. Внутри этих границ выделены спектральные диапазоны, имеющие следующее функциональное значение [55, 56]:

_● 280–320 нм – оказывает, как правило, вредное воздействие на рост и развитие растений. Однако для некоторых растений требуется небольшое количество (≈ 3 Вт/м²) излучения этого спектрального диапазона для нормального развития;

_● 320–400 нм – играет регуляторную роль в развитии растений. Поэтому целесообразно присутствие этого излучения в небольших количествах (несколько процентов) в общем лучистом потоке;

_● 400–500 нм («синий») – обладает как субстратным, так и регуляторным воздействием, должен входить в состав спектра излучения фотосинтетически активной радиации для выращивания растений;

_● 500–600 нм («зеленый») – не является абсолютно необходимым для обеспечения фотосинтеза растений, но благодаря своей высокой проникающей способности полезен для обеспечения фотосинтеза оптически плотных листьев и густых посевов растений;

_● 600–700 нм («красный») – обладает ярко выраженным субстратным и регуляторным воздействием. Должен входить в состав общего излучения для обеспечения высокого фотосинтеза. Но монохроматический красный свет может приводить к аномальному росту и развитию, а в ряде случаев и гибели некоторых видов растений;

_● 700–750 нм («дальний красный») – обладает ярко выраженным регуляторным действием. В небольших количествах (несколько процентов) должен входить в состав общего излучения.

Спектральный диапазон 400–700 нм, являющийся основным для обеспечения процесса фотосинтеза, получил название фотосинтетически активной радиации (ФАР). В области ФАР поглощение света для листьев различных растений весьма велико и имеет два четких максимума – в синей (400–500 нм) и красной (600–700 нм) областях. В среднем в синей и красной областях спектра поглощается около 80–90 % падающего излучения ФАР [141]. Зеленые лучи, обладая высокой проникающей способностью, обеспечивают световой энергией листья более низко расположенных ярусов оптически плотных фитоценозов, куда синие и красные лучи слабо проникают.

На практике при оценке длительного воздействия света определенного спектрального состава на растения исследователи в первую очередь выделяют три физиологически значимые спектральные области: синюю, зеленую и красную, спектральные границы которых четко не определены и у разных исследователей могут значительно варьировать. Наибольшую физиологическую активность, по мнению ряда авторов, имеют синяя и красная области спектра. Поэтому считается, что выявление реакций растений на спектр излучения ФАР должно включать оценки действия на них в первую очередь излучений этих областей [55, 56].

Коэффициент энергетической эффективности сформированного ценоза (КПД фотосинтеза) максимален при облученности 100–170 Вт/м² ФАР. Для увеличения общей продуктивности при интенсивном облучении у длиннодневных видов предпочтительнее удлинение светового дня вплоть до непрерывного [55, 56].

По степени важности после фотосинтеза для жизнедеятельности растений являются ростовые процессы. Под ними понимают увеличение размеров растений, скорость накопления биомассы. Поэтому координирование фотосинтеза и роста растений – одно из условий получения хорошего урожая. В этой связи интенсивность света играет ключевую роль.

Согласно данным Шаина [60] продуктивность лекарственных культур следует рассматривать как функцию двух переменных: урожайности и содержания (концентрации) биологически активных веществ. Под урожайностью в данном случае подразумевается не вся суммарная масса накопленного надземными органами и корневой системой органического вещества, а только масса тех органов растения, которая служит сырьем для получения целевых продуктов – специфических биологически активных веществ (БАВ).

В естественных условиях в период вегетации растения редко испытывают острый недостаток солнечной радиации, который приводил бы к их гибели. В условиях защищенного грунта ФАР имеет особую значимость, поскольку из-за низкой облученности и короткой длины дня в осенне-зимние месяцы выращивание полноценных растений возможно только с применением источников искусственного света. Однако нет однозначного подхода в выборе интенсивности света для выращивания растений в условиях светокультуры. Он зависит от вида растений, целей их выращивания, а также других факторов, среди которых важную роль играют оптические свойства растений.

Опыт использования искусственной ФАР различного спектрального состава для растений показал неоднозначность влияния спектра на накопление общей биомассы и формирование хозяйственно полезного урожая. Известно, что спектральный состав света может оказывать влияние на направленный синтез многих биохимических продуктов. В первую очередь это относится к широко распространенным фенольным соединениям, таким как оксикоричные кислоты, катехины, флавоны и флавонолы. Свое воздействие на синтез вторичных соединений свет может оказывать различными путями. Здесь следует иметь в виду два основных типа воздействия: фотосинтетическое и нефотосинтетическое [89].

В исследованиях [60] показано, что на увеличение накопления вторичных метаболитов в лекарственном сырье влияют стрессовые экологические факторы. Напряженность любого внешнего фактора, выходящая за пределы нормы реакции генотипа, создает условия экологического стресса. На его фоне проявляются такие взаимосвязи роста и процессов первичного и вторичного метаболизма, которые сложно наблюдать, когда растения находятся в оптимальных условиях среды обитания. Теоретически растение в состоянии стресса может отвечать на избыток продуктов первичного метаболизма сокращением ресурсов на рост и развитие при продолжающемся синтезе вторичных метаболитов на предстрессовом или даже более высоком уровне. Разработка специальных технологических приемов формирования максимальной продуктивности позволит по-новому оценить комплексные технологии возделывания лекарственных культур и внести в них необходимые усовершенствования.

Для управления формированием максимальной продуктивности лекарственных культур необходимо исследовать сложные зависимости между процессами биосинтеза органического вещества в результате накопления метаболитов первичного происхождения и процессами накопления БАВ, представляющих собой продукты вторичного метаболизма в растениях [88].

В настоящее время получение экологически чистого лекарственного сырья в условиях светокультуры может быть экономически оправдано преимущественно для районов Сибири и Крайнего Севера. Данные условия позволяют круглогодично получать лекарственное сырье и регулировать содержание БАВ в нем. Управление этими процессами возможно за счет использования различных спектральных режимов облучения. Для оптимизации этих процессов необходимо исследовать зависимости между спектральным составом света и процессами накопления БАВ.

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. В связи с этим представляет интерес выбор видов лекарственных растений и определение оптимальных режимов их выращивания в условиях светокультуры, а также оценка влияния искусственного облучения на концентрацию БАВ в таких растениях [88, 89].