CC BY
105.18.00 - ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ
Р.С. Омаров, канд. техн. наук, e-mail: doooctor@yandex.ru Ставропольский государственный аграрный университет, г. Ставрополь Л.В. Антипова, д-р техн. наук, проф. e-mail: antipova.l54@yandex.ru
Воронежский государственный университет инженерных технологий, г. Воронеж
УДК 663.88+637.661
ПОЛУЧЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИ ЦЕННЫХ ЭКСТРАКТОВ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Разработка напитков функциональной направленности с применением экстрактов из сырья растительного происхождения, содержащего множество биологически активных компонентов, остается одним из перспективных направлений при создании продуктов здорового питания. Особый интерес представляет производство белоксодержащих напитков, при этом наряду с традиционными молочными напитками отдельного внимания заслуживают продукты с использованием плазмы крови убойных животных. Данная статья содержит результаты исследования возможности использования гидролизованной плазмы крови в качестве экстрагента при получении основ для производства функциональных напитков. Уточнены режимы проведения экстрагирования и количества сухих веществ, переходящих из растительного сырья в экстракт. Изучены органолептические показатели получаемых основ для производства напитков, их аминокислотный, витаминный и минеральный состав, а также дана оценка относительной биологической ценности.
Ключевые слова: плазма крови, функциональные напитки, растительные экстракты, экстрагирование.
R.S. Omarov, Cand. Sc. Engineering L.V. Antipova, Dr. Sc. Engineering, Prof.
OBTAINING BIOLOGICALLY VALUABLE EXTRACTS BASED ON SECONDARY RAW
MATERIAL OF ANIMAL ORIGIN
The development of beverages of functional orientation with the use of extracts from plant raw materials containing a wide range of biologically active components remains the most promising direction for the creation of healthy food products. Ofparticular interest is the production ofprotein-containing beverages, while along with traditional milk drinks, products based on blood plasma from slaughter animals deserve special attention. This article contains the results of a study of the possibility of using hydrolyzed blood plasma as an extractant in the preparation of bases for the functional drinks production. The regimes for extracting and the amount of dry matter transferredfrom plant material to the extract are specified. The organoleptic characteristics of the obtained bases for the production of beverages, their amino acid, vitamin and mineral compositions were studied, and the relative biological value was estimated.
Key words: blood plasma, functional drinks, plant extracts, extraction.
Введение
Напитки являются отличными объектами для обогащения биологически активными компонентами, оказывая эффективное профилактическое и оздоровительное воздействие на человеческий организм.
Разработка напитков функциональной направленности с применением экстрактов из сырья растительного происхождения, содержащего множество биологически активных компонентов, остается одним из перспективных направлений при создании продуктов здорового питания. Включение в состав напитков растительных экстрактов с антиоксидантными свой-
ствами оказывает тонизирующий эффект на организм, повышает адаптивность нервной системы и устойчивость организма к неблагоприятным внешним факторам. Технологические приемы обработки растительного сырья позволяют получать экстракты и концентрированные основы, содержащие белковые компоненты, продукты гидролиза некрахмалистых полисахаридов.
Особый интерес представляет производство белоксодержащих напитков, при этом наряду с традиционными молочными напитками отдельного внимания заслуживают напитки на основе плазмы крови убойных животных. Данное вторичное сырье животного происхождения, характеризующееся полноценностью и высокой усвояемостью белков, входящих в ее состав, находит свое применение в производстве пищевой, лечебной, кормовой и технической продукции. Напитки на основе плазмы крови не содержат каких-либо неусвояемых или трудноусвояемых пищевых веществ, имеют низкую калорийность и могут использоваться при нарушениях белкового обмена, пищеварительных функций, быть рекомендованы послеоперационным больным, детям, людям пожилого возраста [2, 3, 5].
К тому же глубокая переработка вторичного белкового сырья мясной промышленности позволит не только изыскать дополнительный источник качественного животного белка, но и снизить сброс боенной крови в канализационные системы, снижая тем самым экологическую нагрузку на окружающую среду [6].
Цель работы - изучить целесообразность использования плазмы крови убойных животных для получения растительных экстрактов как основы при производстве напитков функциональной направленности.
Материал и методы исследований
Исследования проводились в условиях лабораторий кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Ставропольского ГАУ.
В качестве объектов исследования использовались мята перечная, каркаде, чечевица, нут, гидролизованная плазма крови и экстракты, полученные на ее основе.
Гидролизованную плазму крови сельскохозяйственных животных получали путем предварительной обработки ферментным препаратом коллагеназой в соответствии с разработанными рекомендациями: концентрация белка в системе - 4,0-4,5%, концентрация ферментного препарата в системе - 0,37% (при активности 900 едПА/г), температура проведения гидролиза - 37-42 °С, pH системы - 6,6-7,1, продолжительность гидролиза - 2,5 ч, степень гидролиза белков плазмы крови составляет около 82%. Данная обработка позволила увеличить температуру экстрагирования, обеспечив более полное извлечение экстрактивных веществ и повысить перевариваемость экстракта - основы для производства напитков [3].
Растительное сырье использовали в количестве 2,5 г на 100 мл гидролизованной плазмы крови животных.
В ходе проведения исследований основные показатели определяли следующими методами: содержание белка - методом Кьельдаля; жира - методом Сокслета; углеводов - методом Бертрана; минеральный состав - спектрофотометрически по ГОСТ Р 55484-13; витаминный состав - на жидкостном хроматографе LCMS-10EV согласно инструкции; аминокислотный состав - на аминокислотном анализаторе ААА-400 по стандартным методикам; аминокислотный скор и биологическую ценность - расчетным методом по Н.Н. Липатову [1].
Исследования проводились в трехкратной повторности с последующей обработкой полученных результатов стандартными статистическими методами в программе Microsoft Office Ехсе1 2007.
Результаты исследования и их обсуждение
Известно, что количество экстрагированных веществ непосредственно связано со степенью измельчения материала и температурных режимов. В связи с этим было решено измель-
чать каркаде и мяту перечную до частиц размерами 1 -3 мм с характерной пластинчатой формой. Обозначенная степень измельчения обеспечивает минимальное количество пылевых частиц и является лучшей для проведения экстракции. Диапазон температур экстрагирования находился в пределах 60-70 °С ввиду того, что смещение температуры гидролизированной плазмы в область более высоких значений приводило к помутнению системы и выпадению хлопьевидного осадка в следствии денатурации белков. Эффективность факторов эксперимента оценивалась по количественному изменению массовой доли сухих веществ в экстракционной системе.
8
0х
Продолжительность, мин
Рисунок 1 - Динамика экстрагирования сухих веществ мяты перечной, гидролизованной плазмой крови в диапазоне температур 60-70 °С
График на рисунке 1 показывает, что массовая доля сухих веществ в экстракте находится в прямой зависимости от времени экстрагирования и наибольшее значение достигается при выдержке от 120 мин.
В качестве контрольного эксперимента параллельно проводили экстракцию водой при температуре 70 °С. В результате было установлено, что при идентичных условиях биомоди-фицированная плазма крови является существенно лучшим экстрагентом.
Минимальная концентрация экстрактивных сухих веществ в гидролизованной плазме при 60 °С составляет 4,6 %, что примерно в 10 раз превосходит результат водной системы (0,5%). Увеличение температуры системы «гидролизованная плазма крови - мята перечная» до 65 °С приводило к увеличению экстрагируемых из сырья сухих веществ до 5,3 %, что в 11 раз превосходит этот показатель при использовании воды. Дальнейшее повышение температуры экстрагирования до 70 °С характеризовалось увеличением содержания сухих веществ до 7,0 %, что в 14 раз выше аналогичного показателя системы «вода - мята перечная».
Таким образом, наибольшее содержание экстрактивных веществ в системе «гидролизованная плазма крови - мята перечная» отмечается при выдержке в течение 120 мин при температуре 70 °С. При этом использование воды в качестве экстрагента не смогло обеспечить содержания сухих веществ выше 0,6% даже при увеличении выдержки до 140 мин.
Далее по аналогии были проведены исследования условий экстрагирования сухих веществ каркаде (рис. 2).
Рисунок 2 - Динамика экстрагирования сухих веществ каркаде гидролизованной плазмой крови
в диапазоне температур 60-70 °С
Экспериментальные данные, представленные на рисунке 2, подтверждают справедливость установленной зависимости эффективности экстрагирования сухих веществ от времени выдержки как для водной системы, так и для гидролизованной плазмы. Особенности химического состава и свойств каркаде как сырья обусловили несколько лучшую эффективность водной экстракции в сравнении с мятой и несколько меньшую в опытах с гидролизованной плазмой.
Минимальная доля экстрактивных веществ для гидролизованной плазмы крови при 60 °С составляет 2,4 %, что в 3 раза превышает этот показатель при использовании воды. При этом, как и в предыдущем эксперименте, лучшие результаты экстрагирования гидролизован-ной плазмой крови достигнуты при температуре 70 °С и продолжительности выдержки 120 мин, при которых массовая доли сухих веществ составила 4,6 %.
Гидролизат плазмы крови более чем на 90% состоит из воды, однако присутствие в нем значительного количества белковых компонентов, являющихся поверхностно активными веществами, существенно изменяет его свойства как растворителя. Присутствующие поверхностно активные вещества активируют экстрагируемость сухих веществ, ускоряя их переход в жидкую фазу системы, и в то же время влияют на проницаемость твердой фазы. Вероятно, этим и можно объяснить существенно более высокую экстрагирующую способность гидроли-зата плазмы крови убойных животных в сравнении с водой.
Дальнейшие исследования были связаны с изучением эффективности экстракции гидролизованной плазмой крови компонентов белкового растительного сырья - нута и чечевицы. Во избежание денатурации белков сырья температурный фактор изучался в диапазоне 4555 °С. Экстраполируя закономерность предыдущих экспериментов и на основании предварительных исследований в конечном счете для изучения выбрали максимально допустимую температуру экстрагирования - 55 °С. Интервал фактора экспозиции системы варьировался от 20 до 120 мин. Проведенные исследования позволили установить, что наибольшая степень извлечения сухих веществ достигается при времени экстрагирования 100-120 мин (рис. 3).
5
0 20 40 60 80 100 120
Продолжительность, мин
0х «
Н О
<и
<и «
«
о
о £
■Экстрагирование нута
Экстрагирование чечевицы
0 20 40 60 80 100 120 Продолжительность, мин
Рисунок 3 - Динамика экстрагирования сухих веществ нута и чечевицы, гидролизованной плазмой крови сельскохозяйственных животных, при 55 °С
4
2
0
Результаты эксперимента позволили установить, что при 55 °С и времени выдержки не менее 100 мин массовая доля экстрагируемых сухих веществ составила 10,4% для нута и 12,0% для чечевицы. Это превышает аналогичный показатель при температуре 45 °С на 12 и 5% соответственно.
Использование такого нетрадиционного экстрагента, как гидролизованная плазма крови, безусловно, требует изучения органолептических показателей, получаемых для производства напитков экстрактов (табл. 1).
Таблица 1
Результаты оценки органолептических показателей экстрактов на основе гидролизованной плазмы крови убойных животных
Показатели Экстракт мяты перечной Экстракт каркаде Экстракт нута Экстракт чечевицы
Вкус Холодящий, освежающий Кисло-сладкий Сладкий
Внешний вид Присутствуют несущественные количества осадка или взвеси, свойственные продукту
Аромат Мятный Слабый цветочный Легкий бобовый аромат, характерный для используемого сырья
Оценка органолептических показателей показала, что полученные экстракты могут быть использованы для приготовления напитков, однако вкусовые характеристики потребуют некоторой корректировки за счет внесения дополнительных вкусовых ингредиентов.
Полученные экстракты из соображений повышения удобства их использования и храни-моспособности в дальнейшем подвергались сушке на распылительной сушилке. Растворимость полученного сухого продукта составляет не менее 97%.
Полученные сухие экстракты были подвергнуты тщательному качественному и количественному изучению состава. Сложно переоценить роль витаминов в протекании обменных процессов в организме человека, обеспечении нормального обмена веществ и поддержании гомеостаза. Авитаминоз неизбежно приводит к нарушениям всех процессов и функций организма, подрывая здоровье человека. В связи с этим исследовался не только химический состав, но и содержание витаминов и минеральных веществ в экстрактах (табл. 2).
Таблица 2
Результаты изучения состава сухих растительных экстрактов на основе гидролизата плазмы крови
Показатели Чечевицы Нута Каркаде Мяты
Белок, % 20,01 19,72 7,01 6,83
Липиды, % 0,50 1,02 - -
Углеводы, % 18,23 15,03 11,25 15,05
Минеральные вещества и витамины, мг%
Натрий (№) 23,82 25,81 18,23 32,05
Калий (К) 504,34 752,06 7,31 3,14
Кальций (Са) 56,83 80,40 25,11 40,67
Фосфор (Р) 212,84 276,30 94,48 72,18
Железо (Бе) 11,34 1,89 1,12 1,25
Магний (М£) 72,65 86,37 34,00 29,60
Ретинол (А) 0,004 0,007 0,013 0,042
Тиамин (В1) 0,053 0,062 0,053 0,361
Рибофлавин (В2) 0,041 0,057 0,289 0,236
Пиридоксин (Вб) 0,008 0,012 0,009 0,005
Цианокобаламин (В 12) 0,011 0,023 0,023 0,013
Аскорбиновая кислота (С) 2,781 2,067 23,346 7,832
Токоферол (Е) 6,257 7,812 5,786 4,739
Кальциферол (Б) 0,008 - - -
Ниацин (РР) 0,058 0,065 0,052 0,065
Результаты исследований показали, что в сухом продукте содержится существенное количество белков, витаминов Е и С (обладающих выраженным антиоксидантным действием и являющихся дефицитными в рационах большинства людей) и минеральных компонентов, в частности калия и фосфора, и он может быть рекомендован для производства функциональных напитков.
Рацион человека должен содержать незаменимые аминокислоты в достаточных количествах, кроме того, важны их соотношения в суммарном белке и сроки поступления в организм. Именно эти условия обеспечивают нормальное протекание процессов синтеза белка.
Наиболее дефицитными в питании человека считаются такие аминокислоты, как триптофан, метионин и лизин. В связи с этим качество белка в рационе чаще всего оценивают именно по насыщенности этими незаменимыми аминокислотами.
Аминокислотный анализ полученных растительных экстрактов (табл. 3) позволил сделать вывод, что они обладают высокой биологической ценностью ввиду высокого содержания незаменимых аминокислот, в том числе наиболее дефицитных.
Таблица 3
Результаты анализа аминокислотного состава полученных сухих экстрактов мяты перечной (1),
каркаде (2), нута (3), чечевицы (4)
Наименование аминокислоты Содержание аминокислоты в эталонном белке ФАО/ВОЗ Содержание аминокислоты в продукте, г/100 г Аминокислотный скор, %
1 2 3 4 1 2 3 4
Изолейцин 0,40 0,23 0,31 0,40 0,85 57,5 77,5 100,0 212,0
Валин 0,50 0,27 0,29 0,98 1,04 54,0 58,0 196,0 198,0
Метионин+цистин 0,35 018 0,19 0,63 0,59 51,4 54,3 178,0 168,0
Лейцин 0,70 0,77 0,87 2,5 2,54 110,0 124,3 357,0 363,0
Лизин 0,55 0,60 0,65 2,00 2,02 109,0 118,2 364,0 367,0
Треонин 0,40 0,35 0,46 1,16 1,17 87,5 115,0 290,0 203,0
Триптофан 0,60 0,11 0,14 2,11 2,37 110,0 98,3 352,0 395,0
Фенилаланин+тирозин 0,10 0,68 0,59 0,36 0,34 113,0 140,0 360,0 340,0
Биологическая ценность, % - - - - - 96,48 95,61 82,7 87,5
Расчетным путем установлено, что изучаемые растительные экстракты обладают высокой биологической ценностью, что подтверждает хорошую сбалансированность аминокислотного состава.
Изучение хранимоспособности выявило отсутствие патогенной микрофлоры в сухом продукте при сроках хранения до 12 недель при температуре не выше 4 °С. При этом показатель КМАФАнМ оставался в пределах 2,4*103 КОЕ в 1 г продукта.
Полученные растительные экстракты на основе гидролизованной плазмы крови обладают повышенной биологической ценностью и могут быть рекомендованы к использованию в качестве основы для производства напитков функциональной направленности.
Заключение
Проведенные исследования позволили установить, что использование гидролизованной плазмы крови убойных животных в качестве экстрагента растительного сырья позволяет получить биологически ценные экстракты, характеризующиеся сбалансированностью аминокислотного состава, насыщенностью витаминами и минеральными веществами, а также приемлемыми органолептическими характеристиками и хранимоспособностью. Таким образом, они могут быть рекомендованы в качестве основы для производства функциональных напитков с высокой биологической ценностью.
Библиография
1. Антипова Л.В., Глотова И.А., Рогов И.А. Методы исследования мяса и мясопродуктов. - М.: Колос, 2004. - 571 с.
2. Патент № 2124853 Российская Федерация, МПК A23L 2/00 Способ получения основы для производства безалкогольных напитков / Антипова Л.В., Васильев М.Б.; заявитель и патентообладатель Антипова Людмила Васильевна. № 97119664/13. - Заявл. 26.11.1997 ; опубл. 20.01.1999.
3. Антипова Л.В., Пешков А.С., Куцова А.Е. Использование нетрадиционных видов сырья при разработке лечебно-профилактических продуктов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2009.-№ 3. - С. 67-69.
4. Изгарышева Н.В., Кригер О.В., Лапин А.П. Основные аспекты переработки крови убойных животных для функциональных молочных продуктов // Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования: материалы междунар. молодежной конф. - Кемерово, 2012. - С. 119-123.
5. Fort N. [et al.]. Cold storage of porcine plasma treated with microbial transglutaminase under high pressure. Effects on its heat-induced gel properties // Food Chemistry. - 2009. - Vol. 115. - P. 602-608.
6. Pierce J.L. [et al.]. Effects of spray-dried animal plasma and immunoglobulins on performance of early weaned pigs // Journal of Animal Science. - 2005. - Vol. 83. - P. 2876-2885.
Bibliography
1. Antipova L.V., Glotova I.A., Rogov I.A. Methods of meat and meat products research. - M.: Kolos, 2004. - 571 p.
2. Patent N 2124853, Russian Federation, IPC A23L 2/00. The method of obtaining a base for the soft drinks production / Antipova L.V., Vasiliev M.B.; the applicant and the patent holder Antipova Lyudmila Vasilievna. No. 97119664/13. - Appl. 26.11.1997. - Publ. 20.01.1999.
3. Antipova L.V., Peshkov A.S., Kutsova A.E. Use of non-traditional types of raw materials in the development of medical and preventive products // Storage and processing of agricultural raw materials. - 2009. -N 3. - P. 67-69.
4. IzgaryshevaN.V., Kriger O.V., Lapin A.P. The main aspects of blood processing of slaughter animals for functional dairy products // Biocatalytic technologies and technologies of renewable resources in the interests of rational nature management: materials of the International Youth Conference. - Kemerovo, 2012. -P. 119-123.
5. Fort N. [et al.]. Cold storage of porcine plasma treated with microbial transglutaminase under high pressure. Effects on its heat-induced gel properties // Food Chemistry. - 2009. - Vol. 115. - P. 602-608.
6. Pierce J.L. [et al.]. Effects of spray-dried animal plasma and immunoglobulins on performance of early weaned pigs // Journal of Animal Science. - 2005. - Vol. 83. - P. 2876-2885.
81
