CC BY
65
СЫРЬЕ
и МАТЕРИАЛЫ
УДК 643.631
Использование экстрактов растительного сырья и вторичных ресурсов виноделия в технологии безалкогольных напитков
А. И. Ферзаули,
аспирант Северо-Кавказский ФНЦ садоводства, виноградарства, виноделия
Введение. Насыщенность продуктов питания промышленного производства различными красителями (синтетическими или идентичными натуральным), ароматизаторами, а сырья для их производства — консервантами, средствами химической защиты растений и появление ГМО заставляют потребителей обращать внимание на относительно экологически чистую продукцию. Сюда относятся биоорганика, функциональные продукты — причем предлагаются не только фармацевтические препараты, но и в широком ассортименте представлены безалкогольные, функциональные напитки, основные преимущества которых — легко изменяемый, контролируемый состав, востребованность на рынке всеми категориями населения, реальная польза [1]. Безалкогольный напиток по терминологии ГОСТ — готовый напиток, изготовленный с использованием питьевой или минеральной воды с общей минерализацией не более 1,0 г/дм3, объемной долей этилового спирта не более 0,5%, а для напитков на спиртосодержащем сырье не более 1,2% [2].
При создании новых рецептур безалкогольных напитков учитывают не только вкусовые свойства, но и биологическую ценность каждого ингредиента: отваров крапивы, чабреца, душицы, донника, мяты. К введению каждого компонента подходят индивидуально, изучая вкус и аромат каждого отвара, влияние друг на друга, а также их соотношения [3]. Рассматри-
ваются и модели коррекции дефицита микронутриентов, в частности селена, за счет создания функциональных напитков [4]. Возможность применения широкого разнообразия экстрактов, полученных из растительного сырья, вторичных ресурсов переработки плодов и винограда, позволяет улучшить качество многих безалкогольных напитков, способствует разработке новых рецептур. Для подготовки растительного сырья практикуются настои, отвары, экстракты. Виноградную выжимку, где биологически активные компоненты сконцентрированы в кожице и находятся главным образом в связанных формах, подвергают в основном экстрагированию с последующим выделением БАВ, анто-циановых концентратов, или индивидуальных химических веществ [5, 6]. Например, остающийся после углекис-лотной экстракции шрот может быть использован как быстро разлагаемое удобрение, а сам экстракт пригоден для применения в разных отраслях пищевой промышленности [7-9].
Цель работы — изучение химического состава экстрактов дикорастущего растительного сырья, виноградной выжимки красных сортов винограда и оценка возможности их использования в технологии безалкогольных напитков.
Объекты и методы исследования. В ходе выполнения работы исследовали безалкогольные напитки, выпускаемые ЗАО «Чеченские минеральные воды», с. Серноводск; ОАО «Пивоваренный
82 ПИВО и НАПИТКИ
3•2018
завод Зеленокумский», г. Зеленокумск; сухие сборы дикорастущего сырья: крапивы, душицы, чабреца, эхинацеи, клевера лугового, расторопши, папоротника Орляка; экстракты из сброженной и сладкой выжимки винограда красных сортов Шираз, Каберне Совиньон, Мерло, Гранатовый, Изабелла (Краснодарский край) в период 2016-2017 гг.
Для определения общего запаса БАВ в дикорастущем сырье проводили экстракцию 1%-й соляной кислотой. Влажность выжимки определяли гравиметрическим методом; содержание спирта в результате дистилляции экстракта — с помощью ареометра (АСП-0-10); суммарное содержание углеводов — методом титрования; железа, общего сернистого ангидрида — фотоколориметрическим методом (КФК-3); меди и цинка — методом атомной абсорбции; содержание хлорида, сульфата, органических кислот [9], катионов щелочных металлов, БАВ — методом капиллярного электрофореза (система капиллярного электрофореза «Капель-104Т», ООО НПФ «ЛЮМЭКС»).
Результаты исследований. Для оценки содержания БАВ был выполнен анализ промышленных образцов безалкогольных напитков, содержащих согласно рецептуре консервант бензоат натрия, регулятор кислотности лимонную кислоту, идентичные натуральным ароматизаторы, в отдельных случаях красители натуральные или синтетические. В исследуемых образцах безалкогольных напитков определяли содержание основных катионов, анионов и органических кислот (табл. 1).
На рис. 1 представлена электрофо-реграмма определения катионов, на рис. 2 — электрофореграмма определения сульфата и органических кислот в напитке «ЧИАССР Лимонад».
Полученные результаты свидетельствуют о наибольшей концентрации биологически активного катиона калия в напитке «ЧИАССР Барбариска», натрия и магния — в напитке «С ароматом груши», кальция — в напитке «Зеленая Груша». Из органических кислот обнаружена лимонная, применяемая в качестве регулятора кислотности (что соответствует информации на этикетке), в напитке «С ароматом груши» (г. Зеленокумск) также обнаружены яблочная кислота — 7 мг/дм3, янтарная кислота — 11 и уксусная кислота — 96 мг/дм3.
Для достижения определенного уровня содержания БАВ в новых разрабатываемых рецептурах безалко-
Образец Содержание, мг/дм3, Р = ( ,95
калия натрия магния кальция хлорида сульфата лимонной кислоты
«ЧИАССРЛимонад» 2,0 163,0 2,0 46,7 - 150 714
«ЧИАССР Дюшес» 5,6 92,8 6,6 81,8 26 73 540
«Зеленая груша» 11,3 8 , 25,7 236,0 28 200 550
«ЧИАССР Барбариска» 46,4 92,2 7,8 101,5 19 79 500
«Стом грушевый» 32,0 61,5 7,2 103,0 - 57 850
«Стом сицилийский оранж» 27,0 49,0 9,0 112,0 - 150 1110
«С ароматом груши» - 496,0 ,8 4 141,0 46 490 2500
35,4 тАи
1
7 6,8
10 11 12
5
9
1
2
3
1
2
3
4
5
6
7
8
Рис. 1. Электрофореграмма определения катионов в напитке «ЧИАССР Лимонад»
(ЗАО «Чеченские минеральные воды»): 3 - калий; 5 - натрий; 7 - магний; 9 - кальций
124 тАи
1 2 3 4 5 6 мин
Рис. 2. Электрофореграмма определения сульфата и органических кислот в напитке «ЧИАССР Лимонад» (ЗАО «Чеченские минеральные воды»): 1 - сульфат; 2 - лимонная кислота
гольных напитков изучали их общий запас в сборах сухого растительного сырья: чабреца, душицы, крапивы, эхинацеи, клевера лугового, расто-ропши, папоротника Орляка (табл. 2 и 3). На рис. 3 представлена электро-фореграмма определения анионов и органических кислот в экстракте из папоротника Орляка.
Установлено, что крапива, клевер, эхинацея содержали максимальное количество катиона калия, душица — натрия и кальция, чабрец — железа, эхи-нацея — магния, крапива — аммония. В папоротнике отмечено значительное содержание катионов калия, кальция, цинка, бария; калий и натрий содержатся в соотношении 20 : 1 [11]. Однако
по содержанию натрия, магния, кальция и железа экстракт из папоротника уступал экстрактам из остального исследуемого сырья, а соотношение катионов калия к натрию в них составило 10 : 1. Органические кислоты представлены во всех образцах растительного сырья, причем максимальное содержание было установлено для папоротника — в том числе по биологически ценной янтарной кислоте. Известны и бактерицидные свойства настоев папоротника, что позволяет предположить возможность его использования в качестве консерванта [12]. Исследование наличия тяжелых и токсичных металлов, их невысокое содержание, отсутствие пестицидов
3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 83
Таблица 2
Общий запас катионов в сборах сухого растительного сырья (экстракция с соляной кислотой)
Содержание, мг/кг, Р = 0,95
Таблица 3
Общий запас органических кислот в сборах из сухого растительного сырья (экстракция с соляной кислотой)
Содержание, г/кг, Р = 0,95
аммония калия натрия магния кальция железа винная яблочная янтарная лимонная ацетат молочная
Чабрец 174 17 690 2531 2034 9692 140 Чабрец 0,15 1,27 0,16 1,57 0,04 0,03
Душица 151 4168 10 740 1879 14 000 40 Душица 0,02 1,14 0,03 1,42 0,02 0,05
Крапива 1247 26 520 1656 4178 11 430 52 Крапива 0,13 1,81 0,30 0,87 0,037 0,055
Эхинацея 77 41 710 1707 7318 6584 44 Эхинацея 0,71 1,88 0,33 0,56 0,12 -
Клевер луговой 112 22 090 1607 3065 4944 45 Клевер луговой - 0,96 0,077 1,20 0,018 0,019
Расторопша 1072 6780 2121 3854 3796 32 Расторопша 0,019 0,73 0,09 0,89 0,022 0,014
Папоротник Орляк - 5650 635 300 514 13 Папоротник Орляк 0,25 2,15 0,60 0,85 - -
Рис. 3. Электрофореграмма определения анионов и органических кислот в экстракте из папоротника Орляка: 1 - сульфат; 6 - винная кислота; 7 - яблочная кислота; 8 - янтарная кислота; 9 - лимонная кислота
свидетельствуют об экологической чистоте представленных образцов сырья.
Экстракты растительного сырья были слабо окрашенные или бесцветные. С целью корректировки окраски, регулирования кислотности и содержания БАВ может быть использован натуральный экстракт из выжимки красных сортов винограда. Для получения экстракта в кислой среде из виноградных выжимок красных сортов был выбран гидромодуль 1: 2 при температуре 30 °С с последующим отжимом на центрифуге. С целью оптимизации
процесса проводили экстракционную подготовку подогретой до 35 °С водой, длительность процесса составляла 12 ч. Влажность выжимки, взятой на испытания, находилась в пределах 22-29 % (табл. 4).
В образцах в процессе экстрагирования, в качестве показателя для контроля, определяли содержание сухих веществ. Предварительный анализ готового экстракта показал наличие в нем в значимых концентрациях свободных аминокислот; пептидов; винной, яблочной, лимонной кислот; катионов калия,
натрия, магния, кальция; антоцианов; полисахаридов. В результате сравнения процессов экстракции установлено, что применение теплой воды в качестве экстрагента не позволяет достаточно полно извлечь весь запас БАВ из выжимки независимо от ее характера, сброженная или сладкая. Установлено преимущество в применении 0,5%-го раствора соляной кислоты. Экстракция в этих условиях обеспечивает извлечение высоких концентраций винной, янтарной кислот и катиона калия. Для уменьшения влияния свободной соляной кислоты на последующий анализ ее удаляли проветриванием в потоке воздуха, кислотность среды фиксировали рН-метром. Проведенные эксперименты позволили установить, что более высокое содержание БАВ, в том числе антоцианов, обнаружено при экстракции сброженной выжимки. Именно антоцианы представляют интерес для промышленного применения экстрактов винограда в технологии безалкогольных напитков.
Выводы. Изучен общий запас БАВ в сборах сухого дикорастущего сырья: чабреца, душицы, крапивы, эхинацеи, клевера лугового, расторопши, папоротника Орляка. В полученных экстрактах обнаружено высокое содержание катионов калия, натрия, кальция, железа, магния, аммония. Максимальное содержание органических кислот было отмечено в экстракте из папоротника Орляка. Изучены условия получения экстрактов из виноградной выжимки красных сортов винограда. Применение кислой среды для проведения экстракции увеличивало извлечение экстрактивных веществ — катионов щелочных металлов, винной кислоты, антоцианов независимо от состояния виноградной выжимки, сладкая или сброженная. Полученный экстракт красных сортов винограда обладает интенсивной красной окраской в слабокислой среде и может быть использован в качестве
Таблица 4
Содержание
Образец выжимки, экстрагент Влажность выжимки, % масс. сухих веществ в экстракте выжимки, % масс. спирта, % об. железа, мг/кг меди, мг/кг цинка, мг/кг
Каберне Совиньон, сладкая, вода 29 10,4 0 2,6 0,6 0,5
Каберне Совиньон, сладкая, 0,5%-ная соляная кислота 28 15,3 0 0,4 0,8 0,6
Каберне Совиньон, сброженная, 0,5%-ная соляная кислота 24 6,1 3,8 1,8 1,2 0,9
Шираз, сладкая, вода 27 8,7 0 2,1 0,7 0,6
Шираз, сладкая, 0,5%-ная соляная кислота 28 7,5 0 0,4 0,8 0,6
Шираз, сброженная, 0,5%-ная соляная кислота 27 5,8 3,3 0,8 0,7
Гранатовый, сброженная, 0,5%-ная соляная кислота 22 5,2 3,1 4,2 1,0 0,9
Изабелла, сброженная, 0,5%-ная соляная кислота 28 4,4 3,4 1,2 0,7 0,8
Антарес, сброженная, 0,5%-ная соляная кислота 23 6,9 3,6 2,4 0,6 1,0
84 ПИВО и НАПИТКИ 3•2018
натурального красителя в технологии функциональных или безалкогольных напитков, в состав которых наряду с традиционными компонентами могут быть включены и экстракты из дикорастущего сырья.
Статья опубликована в рамках выполнения мероприятия 1.2 Федеральной целевой программы «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме: «Разработка технологий производства качественных и безопасных напитков функционального назначения с использованием биологически активных компонентов нетрадиционного растительного сырья Северо-Кавказского региона», соглашение № 14.574.21.0174.
ЛИТЕРАТУРА
1. Воробьева, Т.Н. Обогащение виноградного сырья биологически активными веществами, повышающими пищевую ценность винодельческой продукции / Т. Н. Воробьева, А. В. Прах, Л. П. Трошин // Научный журнал КубГАУ. — 2015. — № 109. — С. 1-12.
2. ГОСТ28188-2014. Напитки безалкогольные. Общие технические условия. — Введ. 201601-01. — М.: Стандартинформ, 2015. — 8 с.
3. Патент 2532927 РФ, MnKA23L 2/00 (2006.01). Напиток безалкогольный / Р. В. Донцой. — № 2013109156/13; заявл. 02.03.2013; опубл. 20.11.2014, Бюл. №32. — 25 с.
4. Гореликова, Г.А. Научное обоснование и практические аспекты разработки и оценки потребительских свойств функциональных безалкогольных напитков: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.18.15 / Г.А. Гореликова. — Кемерово, 2008. — 45 с.
5. Dallas, C. Effect of SO2 on the extraction of individual anthocyanins and colored matter of three Portuguese grape varieties during winemaking / C. Dallas, O. Laureano //Vitis. — 1994. — Vol. 33. — P. 41-47.
6. Панасюк, А. Л. Глубокая переработка отходов виноделия с применением экстракции диоксидом углерода / А. Л. Панасюк [и др.] // Пищевая промышленность. — 2014. — № 8. — С. 17-19.
7. Панасюк, А.Л. Использование виноградных СО2-экстрактов в качестве природной биологически активной добавки при получении маргариновых эмульсий / А. Л. Пана-
сюк [и др.] // Пищевая промышленность. — 2015. — № 3. — С. 12-13.
8. Кондратьев, Д.В. Способы получения экстракта виноградных выжимок и возможности его использования в пищевой промышленности / Д. В. Кондратьев, Н. Г. Щеглов // Известия вузов. Пищевая технология. — 2009. — № 1. — С. 62-64.
9. Salaun, M. Rapid analysis of organic and amino acids by capillary electrophoresis: application to glutamine and arginine contents in an ornamental shrub / M. Salaun, S. Charpentier // J. Plant Physiol. — 2001. — Vol. 158. — P. 1381-1386.
10. Piermattei, B. Preliminary studies on the use of dried grape stems in red winemaking / B. Piermattei [et al.] // Vitis: Viticult. — 2000. — Vol. 39. — № 1-2. — P. 4-46.
11. Федько, И.В. Характеристика элементного состава папоротников, произрастающих на территории Западной Сибири / И. В. Федько [и др.] // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 5-6. — С. 1193-1195.
12. Latorre, A. O. Selenium reverses Pteridium aquilinum-induced immunotoxic effects / A. O. Latorre [et al.] // Food and Chemical Toxicology. — 2011. — Vol. 49 (2). — P. 464-470. <S
Использование экстрактов растительного сырья и вторичных ресурсов виноделия в технологии безалкогольных напитков
Ключевые слова
анализ; антоцианы; выжимка; катионы; кислоты; состав; экстракт. Реферат
Проблема натуральности и улучшения качественных показателей актуальна для многих пищевых продуктов, в том числе безалкогольных напитков, что показано в проведенном исследовании, Цель работы - изучение химического состава экстрактов дикорастущего растительного сырья, виноградной выжимки красных сортов винограда и оценка возможности их использования в технологии безалкогольных напитков, Работы выполняли в ЦКП Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия. Методы исследования применяли традиционные, капиллярный электрофорез, атомную абсорбцию, Изучен общий запас биологически активных компонентов в сборах сухого дикорастущего сырья чабреца, душицы, крапивы, эхинацеи, клевера лугового, расторопши, папоротника Орляка, Определены массовые концентрации катионов калия, натрия, кальция, железа, магния, аммония в полученных экстрактах. Максимальное содержание органических кислот было обнаружено в экстракте из папоротника. Проведено исследование влияния условий получения экстрактов из виноградной выжимки красных сортов винограда, контролем процесса служило накопление сухих веществ, Установлено, что применение кислой среды для проведения экстракции увеличивает извлечение следующих экстрактивных веществ - катионов щелочных металлов, винной кислоты, антоцианов независимо от используемой выжимки, сладкой или сброженной. Полученный экстракт красных сортов винограда обладает яркой красной окраской в слабокислой среде и может быть использован в качестве натурального корректирующего красителя в рецептурах функциональных или безалкогольных напитков. Для повышения содержания биологически активных веществ в состав безалкогольных напитков наряду с традиционными компонентами могут быть включены экстракты из дикорастущего сырья.
Автор
Ферзаули Асет Исаевна, аспирант
Северо-Кавказский ФНЦ садоводства, виноградарства, виноделия, 350901, Россия, г. Краснодар, ул. 40-летия Победы, д. 39, [email protected]
Using Extracts of Plant Raw Materials and Secondary Resources of Winemaking in the Technology of Non-alcoholic Beverages
Key words
analysis; anthocyanins; pomace; cations; acids; composition; extract. Abstract
The problem of naturalness and improvement of quality indicators is relevant for many foods, including non-alcoholic beverages, as shown in the study. The purpose of the work is to study the chemical composition of extracts of wild plant material, grape pomace red grape varieties and assess the possibility of their use in the technology of non-alcoholic beverages. The works were carried out in the Central Scientific Center of the North-Caucasian Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture and Wine-making. Methods of research used traditional, capillary electrophoresis, atomic absorption. The general stock of biologically active components in the collections of dry wild-growing raw materials of thyme, oregano, nettle, echinacea, clover meadow, milk thistle, fern Orlyak. Mass concentrations of potassium, sodium, calcium, iron, magnesium, and ammonium cations in the extracts were determined. The maximum content of organic acids was found in the extract from the fern. A study was made of the influence of the conditions for obtaining extracts from grape pomace of red grape varieties, and the control of the process was the accumulation of dry substances. It has been found that the use of an acidic medium for the extraction increases the extraction of the following extractive substances - alkali metal cations, tartaric acid, anthocyanins, regardless of the used pomace - sweet or fermented. The obtained extract of red grape varieties had a bright red color in a slightly acidic medium and can be used as a natural corrective dye in the formulations of functional or non-alcoholic beverages. The author believes that extracts from wild-growing raw materials can be used along with traditional ingredients to increase the content of biologically active substances of non-alcoholic beverages.
Author
Ferzauli Aset Isaevna. Postgraduate
North Caucasian Federal Research Center of Horticulture, Viticulture, Winemaking,
39, 40-let Pobedy Str., Krasnodar, 350901, Russia, [email protected]
3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 85
