CC BY
93
Функциональные напитки антиоксидантного действия
Е.В. Шигина, Л.А. Маюрникова, Г.А. Гореликова, А.В. Пермякова
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности В.И. Дерябина
Томский политехнический университет
В настоящее время отмечается устойчивая тенденция повышения интереса потребителей к пищевым продуктам на основе натурального сырья. Один из наиболее перспективных видов сырья — лекарственное растительное (ЛРС). Растения можно отнести к одним из наиболее доступных источников биологически активных веществ (БАВ), способных оказывать защитное и оздоровительное действие на организм человека [1]. Особенно важно наличие в ЛРС не только действующих веществ, обусловливающих направленное фармакологическое действие как на отдельные органы, так и на системы (что важно с точки зрения использования в медицине), но и сопутствующих, которые придают лекарственному сырью мягкое, постепенное, комплексное воздействие на организм человека.
На фоне неблагополучной экологической ситуации во многих регионах нашей страны большой интерес вызывает присутствие в лекарственных растениях биоантиоксидантов (флавоноидов, провитаминов, витаминоподобных веществ, органических кислот, дубильных веществ), способных подавлять процессы перекисно-го окисления в организме человека и тем самым снижать риск возникновения ряда патологических изменений, в том числе злокачественных новообразований [2].
Одно из новых направлений — использование ЛРС в качестве источника эссенциальных микроэлементов (МЭ) — цинка, йода, магния, селена, марганца, молибдена и др. Поступая в растения из почвы, последние способны образовывать органические высокоактивные соединения, наиболее физиологичные для организма человека по сравнению с их неорганическими формами. МЭ выполняют в организме ряд важнейших функций, в том числе и антиоксидантные. Таким образом, растения, способные концентрировать высокие количества МЭ, целесообразно включать в состав продуктов питания для профилактики микроэлементозов, а также повышения антиоксидантного статуса организма.
Наряду с приданием пищевому продукту определенных лечебно-профилактических свойств включение ЛРС в рецептуру позволяет снижать и даже полностью из-
бегать внесения синтетических пищевых добавок (красителей, ароматизаторов, консервантов) за счет натуральных веществ, содержащихся в растениях. Это особенно важно при разработке продуктов специального назначения, особенно детского и лечебного питания.
На наш взгляд, идеальная среда для обогащения БАВ растений — безалкогольные напитки, широко употребляемые всеми группами населения. Такие напитки, наряду с прямым назначением (способности утолять жажду и приносить удовольствие) могут приносить дополнительную пользу для здоровья человека — оказывать тонизирующее, антистрессовое, антиоксидантное действия, обусловливать определенные профилактические и лечебные свойства [3].
Цель исследований — получение растительной основы (экстракта) для безалкогольных напитков, обладающих анти-оксидантным действием. Среди основных пищевых веществ таким свойством обладает ряд витаминов и микроэлементов; сюда же можно отнести такие БАВ растительного сырья, как флавоноиды, дубильные вещества и т.д. В данной работе наш интерес в большей степени был акцентирован на микроэлементе селене в связи с тем, что он, с одной стороны, обладает антиоксидантной активностью, с другой — повышает селеновый статус в составе продуктов.
Одним из наиболее перспективных концентраторов селена из известных видов лекарственных растений служит донник. Донник лекарственный (Melilo-tus officinalis L.) — растение семейства бобовых, широко распространен по всей территории России, не содержит сильнодействующих и ядовитых веществ, обладает выраженным медовым ароматом. В пищевой промышленности донник используется для ароматизации сыров, а также в ликероводочной промышленности. Исследования химического состава донника лекарственного выявили наличие ряда БАВ, в том числе и антиоксидантов: дубильных веществ, флавоноидов, витаминов и некоторых органических кислот. Комплекс действующих и сопутствующих веществ растения обусловливает седатив-ное, диуретическое, противовоспалитель-
ное свойства. Донник способен улучшать реологические свойства крови, проявлять антигипоксантное действие [4, 5].
Важнейшая особенность донника лекарственного — способность поглощать из почвы и накапливать селен [6]. Селен поступает в организм по пищевой цепи, где может находиться как в органической, так и в неорганической формах. Неорганические соли селена (чаще всего селениты и селенаты) широко применяют для обогащения продуктов питания. Однако рядом исследований доказано, что наилучшим биологическим действием в организме человека обладают органические соединения селена, которые наряду с этим проявляют выраженное антиканцерогенное действие. При поступлении в организм человека селенита или селената натрия не происходит образования так называемого «селенового депо», что характерно для органических соединений селена (се-ленометионина, селеноцистеина) [7]. При использовании неорганических соединений селена не достигается должного профилактического эффекта. Существенный недостаток селенита натрия — сильный вяжущий вкус со специфически неприятным запахом, что отрицательно влияет на органолептические показатели обогащаемых продуктов питания, особенно напитков. Также известно свойство селенита натрия взаимодействовать с аскорбиновой кислотой, переходя при этом с Se4+ в Se0, последний в организме не проявляет биологической активности [7]. В отличие от селенита натрия органический селен в составе растительного сырья не оказывает отрицательного влияния на продукт, не реагирует с аскорбиновой кислотой, является более физиологичной и безопасной формой селена.
В связи с тем что растения — накопители селена, к которым относится и донник лекарственный, способны мета-болизировать неорганический почвенный селен до селеноорганических форм — се-ленобелков, селеноаминокислот, селено-эфиров [8], мы предложили новое, научно обоснованное решение в области повышения содержания данного элемента в растительных основах для напитков путем внесения водных растворов селена непосредственно в почву.
Экспериментальные исследования проводили в Республике Хакасия с мая по август 2004 и 2005 гг. Водный раствор селенита натрия (разные концентрации) вносили в почву под корень донника лекарственного в начале цветения. Через 10 дней растение скосили. В процессе экспериментальных исследований был выбран оптимальный вариант внесения добавки, позволивший получить донник лекарственный, содержащий до 1,89 мг/кг селена в сухой массе сырья (влажность сырья не превышала 14 %). Анализ отдельных частей растения позволил уста-
4 • 2006
41
Неорганический селен, 11 %
Нерастворимый селен (осадок), 15 %
-/1
Таблица 1
Селен, содержащийся в белках, 12 %
Растворимые селеноаминокислоты, 2 %
Показатель Вода Водно-этанольный раствор
20 %-ный 40 %-ный
Продолжительность, ч
2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8
Содержание сухих веществ, % 2,5 2,6 2,8 2,8 9,5 9,8 9,2 9,8 16,3 16,7 17,3 17,3
Таблица 2
Распределение форм селена в сухой смеси травы донника лекарственного (общее содержание селена в траве — 1,89 мг/кг сухого сырья)
новить, что наибольшее количество селена накапливается в цветах и листьях, затем в семенах, стебель же в 5 раз уступал по содержанию селена в смеси листьев и цветов донника. С помощью методов инверсионной вольтамперометрии [9] и ионного обмена было установлено, что большая часть селена в растении находилась в органической форме (см. рисунок).
Результаты проведенных анализов показали, что использованная нами технология обогащения позволила получить сырье с содержанием селена в виде растворимых органических соединений более 70 % от общего его содержания в растении.
Немаловажный фактор в решении поставленной задачи — выбор способа максимального извлечения селена, накопленного в растении. Наиболее доступный и распространенный в пищевой промышленности способ получения БАВ из ЛРС — экстрагирование. С целью определения оптимальных параметров экстрагирования установлены следующие критерии: максимальное извлечение органического селена; высокие органо-лептические показатели полученного экстракта, в том числе высокий выход ароматических веществ; доступность и простота технологии выбранного способа экстрагирования.
На эффективность процесса экстрагирования влияют следующие факторы: природа экстрагента; степень измельчения растительного материала; температура и продолжительность экстракции; разность концентраций веществ в системе и гидродинамические условия; анатомическое строение растительного материала; соотношение сырье — экстрагент [10].
Любой экстрагент должен максимально извлекать необходимые вещества, быть безопасным и доступным. С целью выбора экстрагента изучали способность к извлечению БАВ, в том числе селена, воды, 20 и 40%-ных водно-эта-нольных растворов, водно-ферментных растворов.
Водная обработка растительного сырья позволяет переходить в раствор та-
Экстрагент Содержание общего селена, мг/л
Вода 0,076 ± 0,023
Водно-этанольный раствор:
20%-ный 0,013±0,004
40%-ный 0,007±0,002
Водно-ферментный раствор:
Целловиридина Г3х (0,5%-ный) 0,111 ± 0,033
Протосубтилина Г3х (0,5%-ный) 0,325 ± 0,098
смеси Протосубтилина и Целловиридина (по 0,5 % от массы сырья каждого) 1,300 ± 0,390
ким вкусоароматическим соединениям, как моно-, ди- и полисахариды, пигменты, дубильные вещества, циклические спирты, органические кислоты, а также антиоксидантам — некоторым флавоно-идам, дубильным веществам, микроэлементам, витаминам.
Водно-этанольной экстракцией извлекают флавоноиды, эфирные масла, смолы, сапонины, кумарины, гликозиды, алкалоиды, углеводы.
Особое значение имеет обработка сырья ферментными препаратами. Вещества, формирующие вкус и аромат, а также обусловливающие функциональные свойства растительных экстрактов, находятся в клеточном соке растения и бывают связаны с различными структурными элементами клеток и их оболочек. Ферментные препараты позволяют разрушить клеточные стенки, за счет чего увеличивается выход всех БАВ, в том числе селена [11, 12].
С целью исследования влияния ферментной обработки на выход селена мы выбрали два типа ферментов: цел-люлолитического и протеолитического действий. С этой целью использовали широко применяемые в пищевой промышленности Целловиридин Г3х — комплексный препарат целлюлолитических ферментов и гемицеллюлаз, а также Протосубтилин Г3х. Экстрагирование проводили с использованием каждого фермента в отдельности и в смеси. При определении количества вводимых в смесь ферментов руководствовались дозами, рекомендуемыми для данного вида сырья [1 1].
При определении температурного режима при всех видах экстрагирования учитывали способность селена к образованию летучих соединений. При температуре выше 55...60 °С теряется до 40 % элемента [7, 8]. В то же время при низкой температуре (менее 45 °С) существенно
снижается выход БАВ сырья, что также нежелательно. Установленная температура экстрагирования 45 °С.
Степень измельчения сырья влияет на площадь поверхности соприкосновения фаз, сопутствует более эффективному выходу веществ из растительной клетки за счет разрыва тканей, ускоряет проникновение экстрагента и растворение веществ [9]. Сырье измельчали до классических размеров 0,5-1,0 см, а также до размера частиц не более 0,3 см.
Соотношение твердой и жидкой фаз, которое зависит от способности сырья к поглощению жидкого экстрагента, определяли по методу «зеркала» [9], и оно составило 1:12.
Продолжительность экстрагирования существенно зависит от температуры и используемого экстрагента. Была исследована продолжительность настаивания сырья 2, 4, 6 и 8 ч.
В процессе экстрагирования осуществляли периодическое перемешивание смеси — каждые 30 мин.
В полученных экстрактах определяли содержание сухих веществ (табл. 1), ор-ганолептические показатели и содержание селена (табл. 2, п = 3, Р = 0,95).
Наиболее оптимальная продолжительность экстрагирования (по выходу сухих веществ) с использованием водной экстракции составила 6 ч; для 20%-ной водно-этанольной экстракции — 4 ч; для 40%-ной водно-эта-нольной экстракции — 6 ч. При водно-ферментной экстракции выход сухих веществ был сравним со значениями, полученными при водной экстракции, однако максимальные величины выхода сухих веществ были получены гораздо раньше — на 3-4-й час экстрагирования.
Водный экстракт донника представлял собой прозрачную жидкость фисташкового цвета с выраженным медовым арома-
4•2006
42
том. В результате сравнительной оценки было обнаружено, что органолептические показатели водных и водно-ферментных экстрактов не имели существенных различий. Водно-этанольные экстракты выделялись чуть более насыщенным цветом и резким ароматом с явным преобладанием спирта.
Анализ данных показал, что в меньшей степени селен извлекается водно-этанольными растворами. Это свидетельствует об отсутствии прямой зависимости содержания селена в экстракте от выхода сухих веществ из растительного сырья.
Вода (экстрагент) также извлекает незначительное количество селена (не более 10 %). Видимо, это объясняется тем, что извлеченный при водной экстракции селен в большей степени представлен его неорганическими соединениями, растворимыми в воде.
Наибольший выход селена был достигнут при использовании водно-ферментного гидролиза (смесь ферментных препаратов по 0,5 % каждого от массы сухого растительного сырья). Этому способствует то, что в результате гидролиза клеточных стенок растительного сырья целловиридином, а также белковых селеновых соединений протосубтилином селенсодержащие вещества наиболее полно переходят в жидкую фазу. Однако при увеличении количества вносимых ферментов (более 1 % от массы сухого сырья) выход селена существенно снижался (при внесении ферментного препарата в количестве 2 % от массы сырья выход селена снижался вдвое). Предположительно, при этом изменяются химические формы селена, а именно: образуются неорганические формы МЭ, которые, как было установлено, задерживаются на бумажном фильтре при фильтровании смеси.
В результате исследований также установлено, что при измельчении донника лекарственного с размера частиц от 5-8 мм до 1 -2 мм выход селена увеличивается в 2 раза.
Таким образом, предложенный нами новый способ повышения содержания селена в основах для напитков путем внесения селенита натрия непосредственно в почву доступен и перспективен. Исследования в данном направлении нами продолжаются с целью отработки методики внесения селенсодержащих препаратов в виде селенового удобрения, оптимального способа сушки и переработки сырья, адаптирования собственных результатов исследований на другие виды селенсодер-жащего сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Филонова Г.Л., СтрелковВ.Н. Разработка технологий концентратов для напитков здоровья из растительного сырья//Пиво и напитки. 2001. № 1.
2. Арзамасцев А.П., ШкаринаЕ.И., Максимова Т.В.
и др. Оценка показателей антиоксидантной активности препаратов на основе лекарственного растительного сырья//Химико-фарма-цевтический журнал. 1999. № 11.
3. Зуев Е. Т. Функциональные напитки: их место в концепции здорового питания//Пищевая промышленность. 2004. № 7.
4. Телятьев В.В. Полезные растения Центральной Сибири. — Иркутск: Восточносибирское книжное издательство, 1987.
5. АртюковН.В. Донник. — М.: Колос, 1973.
6. Казьмин В.Д. Селен при вашей болезни. — Ростов-на-Дону: Баро-прис, 2003.
7. Тутельян В.А., КняжевВ.А., Хотимченко С.А., Голубкина Н.А., Кушлинский Н.Е., Соколов Я.А. Селен в организме человека. Метаболизм. Анти-
оксидангные свойства. Роль в канцерогенезе. — М.: Изд-во РАМН, 2002.
8. Ермаков В.В., Ковальский В.В. Биологическое значение селена. — М.: Наука, 1974.
9. МУ08—47/132 Продовольственное сырье и пищевые продукты. Вольтамперометрический метод измерения массовой концентрации селена. — Томск: ООО ВНПФ «ЮМХ».
10. Муравьев И.А. Технология лекарств. — М.: Медицина, 1980. Т. 1.
11. Кислухина О.В. Ферменты в производстве пищи и кормов. — М.: ДеЛи, 2002.
12. Capelo J.L., Ximenes-Embun P., Madrid-Albarrdn Y., Cdmara C. Enzymatic probe sonication: enhancement of protease-catalyzed hydrolysis of selenium bound to proteins in yeast//Anal. Chem. 2004. V. 76. &
fttiiSfn
A
ИЖ ■ ЛиЮТ
Ответственность за оборудование и за продукт
В качестве полнокомплектного поставщика мы, на фирме КРОНЕС, имеем в виду не отдельные машины. Мы постоянно держим в поле зрения всю Вашу цепь технологических процессов.
■ Технология процессов
■ Технология розлива и упаковки
■ Внутренняя логистика
BRAU Bevlale 2006, Нюрнберг 15.-17.11., павильон 7, стенд 608
www.krones.com
