CC BY
99
УДК [663.5:634.7+582.272.46](571.66)
М.В. Благонравова
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВОДНО-СПИРТОВЫХ ЭКСТРАКТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ КАМЧАТСКОГО КРАЯ
В статье приведены данные изучения водно-спиртовых экстрактов из растительного сырья Камчатского края: хвои кедрового стланика, диких ягод, иван-чая и бурых водорослей. Обсуждаются результаты определения содержания экстрагированных из них веществ в настоях, полученных при использовании разных концентраций этанола в воде. Показано, что оптимальная концентрация спирта в настоях составляет 40%. Установлено, что максимального извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья в процессе экстрагирования возможно добиться при использованием гидромодуля 1 : 4 в течение 7 суток. Разработана технологическая схема приготовления настоев из камчатского растительного сырья. Приведены результаты определения в полученных водно-спиртовых экстрактах содержания витамина С, йода и массовой концентрации органических кислот. Показана высокая биологическая ценность настоев. Приведены результаты их органолептических исследований.
Ключевые слова: водно-спиртовые экстракты, экстрактивные вещества, экстракты камчатских ягод, экстракт ламинарии, химические показатели, содержание экстрактивных веществ, витамин С, йод, кислоты.
M.V. Blagonravova
DEVELOPMENT OF WATER-ALCOHOL EXTRACTS TECHNOLOGY FROM VEGETABLE RAW MATERIALS OF KAMCHATSKY KRAI
The study data of water-alcohol extracts from plant raw materials of Kamchatsky Krai such as pine needles, wild berries, Ivan tea and brown algae are presented in the article. The results of determining the content of extracted substances in infusions obtained by using different concentrations of ethanol in water are discussed. It is shown that the optimal concentration of alcohol in infusions is 40%. It is established that the maximum extraction can be achieved with the use of hydromodule 1 : 4 during 7 days. The technological scheme of infusions preparation is developed. The results of determining vitamin C, iodine and mass concentration of organic acids content in the obtained water-alcohol extracts are presented. The high biological value of infusions is shown. The results of their organoleptic studies are presented.
Key words: water-alcohol extracts, extractives, extracts of Kamchatka berries, kelp extract, chemical indicators, extractives content, vitamin C, iodine, acids.
DOI: 10.17217/2079-0333-2019-50-22-30
Введение
В настоящее время существует тенденция к увеличению российского рынка спиртных напитков. Значительную его долю занимают ликеро-водочные изделия. Использование растительных экстрактов в технологии ликеро-водочных изделий позволяет смягчить отрицательное действие этанола, ввести в напиток естественный комплекс биологически активных веществ, а также улучшить вкус напитков [1]. Предпочтения современных потребителей смещаются в сторону использования натуральных продуктов, в связи с этим большой практический интерес представляют разработки по расширению ассортимента напитков с использованием натуральных компонентов и особенно широкодоступного растительного сырья, богатого ценными веществами.
Одним из наименее изученных, с точки зрения возможности использования для производства ликеро-водочных изделий, является водорослевое сырье, обладающее уникальным химическим составом, а также дикорастущие растения Камчатского края, многие из которых обладают ярко выраженным физиологическим воздействием на организм человека. Работы по использованию местного сырья для производства спиртных напитков ведутся различными авторами. Так, А.А. Батурина обосновала возможность использования в производстве ликеров десертных дальневосточного растительного сырья - элеутерококка колючего [2]. Для этого в качестве полуфабрикатов для производства ликеров использовались водно-спиртовые экстракты из ветвей и листьев элеутерококка. Е.В. Воробьевой разработана технология вина плодового на основе дальневосточного культивируемого ягодного сырья: жимолости, черной смородины, крыжовника [3]. В разработанных плодовых винах обнаружены антиоксидантные
свойства, наиболее выраженные у вин плодовых из крыжовника и из жимолости. При разработке технологии производства водок из бурых водорослей Л.Н. Потишук установила, что применение водно-спиртовых экстрактов из бурых водорослей Costaría costata и Undaria pinnatifida позволяет снизить токсичность этилового спирта за счет уменьшения массовой концентрации уксусного альдегида, сивушного масла и объемной доли метилового спирта [4]. А.А. Ширшовой проведены исследования по использованию дальневосточного растительного сырья - актинидии аргута, смородины черной, малины красной и шиповника морщинистого в технологии напитков винных типа портвейна [5]. По данным А.А. Салмина [6], винные напитки из дальневосточного плодово-ягодного сырья отличаются оригинальными органолепти-ческими характеристиками и достаточно высоким (до 65 г/дм3) содержанием витамина С. При разработке технологии сухого вина из плодов вишни и черноплодной рябины, произрастающих в Кемеровской области, авторами установлено, что полученное вино по органолеп-тическим показателям и по показателям качества не уступает некоторым виноградным [7]. Разработана технология вина из облепихи, тысячелистника, полыни [8]. Исследования по разработке ликеро-водочных изделий, в состав которых входили бы натуральные экстракты из ламинариевой водоросли Saccharina bongardiana, а также из дикорастущих растений Камчатского края не проводились. Вовлечение их в производство ликеро-водочных изделий позволит обеспечить население Камчатки высококачественными спиртными напитками в доступном ценовом диапазоне. Использование для производства ликеро -водочных изделий натуральных ингредиентов, имеющих богатый химический состав и содержащих биологически активные вещества, позволит, кроме того, создать продукт с уникальным химическим составом и высокой биологической ценностью.
Ниже приведено описание результатов исследований, направленных на разработку технологии производства водно-спиртовых экстрактов из растительного сырья Камчатки, в том числе из ламинариевых водорослей Камчатского края, для дальнейшего их использования в производстве ликеро-водочных изделий.
Материалы и методы
Материалом для проведения экспериментов по получению водно-спиртовых экстрактов послужили пластины бурых водорослей семейства Laminariaceae - Saccharina bongardiana, ягоды жимолости синей (Lonicera caerulea L.), рябины бузинолистной (Sorbus sambucifolia (Cham. et Schlecht.) M. Roem.), шиповника тупоушкового (Rosa amblyotis C. A. Mey.), брусники малой (Rhodococcum minor (Lodd.) Avror.), брусники обыкновенной (Rhodococcum vitis-idaea (L.) Avror.), шикши (Empetrum nigrum L. s. l.), листья иван-чая узколистного (Chamerion angustifolium (L.) Holub), а также хвоя молодых побегов кедрового стланика (Pinus pimula (Pall.) Regel). Ягоды, листья иван-чая, хвоя кедрового стланика были собраны в Елизовском районе Камчатского края в июне - сентябре 2018 г. После сбора ягоды мяли, листья иван-чая сушили. Бурые водоросли собирали в Авачинском заливе с июня по сентябрь 2018 г., сортировали, мыли, отбирали участки пластин, не имеющие высыпавшихся сорусов спорангиев, разрезали их на узкие полосы, 5-8 см шириной, шинковали их на полоски шириной не более 5 мм и сушили при температуре не выше 40°С.
Высушенные водоросли и листья иван-чая, как и свежесобранные ягоды, заливали водно-спиртовой смесью с концентрацией этанола 40, 50, 60 и 70%. Выдерживали пробы в течение семи дней при комнатной температуре. Затем полученные экстракты сливали в отдельные емкости и использовали для определения содержания в них отдельных компонентов.
Для определения органолептических показателей применяли описательный метод, а также метод, основанный на применении профилограмм. Определение химико -технологических параметров (крепости, массовой концентрации общего экстракта и кислот) проводили согласно ГОСТ 32080. Крепость экстрактов определяли ареометрическим методом. Массовую концентрацию общего экстракта определяли пикнометрическим методом. Определение массовой концентрации титруемых кислот в пересчете на безводную лимонную кислоту проводили ацидиметрическим методом. Массовую долю витамина С определяли йодатным методом по ГОСТ 7047. Определение массовой доли йода в водно-спиртовых экстрактах проводили согласно ГОСТ 26185.
Результаты и обсуждение
Водно-спиртовые смеси разной концентрации: 40, 50, 60, 70% - были использованы с целью определения концентрации спирта, при которой из эстрагируемого растительного сырья извлекается максимальное количество биологически активных веществ. Результаты исследований приведены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание экстрактивных веществ (в г/см3) в экстрактах, полученных из разного растительного сырья при использовании разных концентраций этанола в воде
Растительное сырье Экстрагент (водный раствор этанола)
40% 50% 60% 70%
Хвоя кедрового стланика 31,9 34,5 36,2 35,9
Ягоды жимолости 23,9 25,7 27,8 27,5
Ягоды брусники 31,9 35,1 37,5 37,5
Ягоды шиповника 37,5 39,4 40,1 40,0
Ягоды рябины 34,6 37,9 40,1 40,2
Ягоды шикши 43,5 45,1 46,2 46,1
Листья иван-чая 39,9 42,3 44,2 43,2
Сахарина Бонгарда 41,1 42,1 44,0 43,9
Как видно из представленных в табл. 1 результатов, наиболее высокое содержание экстрактивных веществ отмечено при использовании 60%-ного экстрагента. В то же время колебания количества извлеченных веществ при использовании концентрации этанола 40-60% незначительны. Целевым содержанием спирта в разрабатываемых ликеро-водочных изделиях является 40%, поэтому с целью максимальной технологичности процесса оптимальной следует признать концентрацию спирта 40%.
При приготовлении настоев важно было добиться максимального извлечения из используемого растительного сырья биологически активных, дубильных, красящих, ароматических и вкусовых веществ. Для увеличения выхода экстрактивных веществ в процессе экстрагирования для каждого вида изучаемого растительного сырья было изготовлено несколько образцов водных экстрактов с гидромодулями 1 : 2; 1 : 3; 1 : 4. Наилучшие результаты были получены для гидромодуля 1 : 4 (рис. 1).
45
н 40
ГО С!
35
ш ^
ю о
30
25
20
I
о
15
¡5 10
ш
о
Гидромодуль 1:2
Гидромодуль 1:3
Гидромодуль 1:4
I Настой хвои Настой жимолости Настой брусники Настой шиповника Настой рябины Настой шикши Настой водорослей I Настой листьев иван-чая
Рис. 1. Содержание экстрактивных веществ в настоях, полученных из растительного сырья при использовании различных гидромодулей, %
При сравнении содержания экстрактивных веществ, полученных водно-спиртовыми извлечениями, отмечено, что минимальное содержание экстрактивных веществ наблюдали в образцах настоев с использованием гидромодуля 1 : 2. При таком соотношении частей растений и водно -этанольной составляющей массовая концентрация общего экстракта колеблется от 12,6% в экс-
5
о
тракте ягод жимолости до 20,6% в рябиновом экстракте. При использовании гидромодуля 1 : 3 содержание экстрактивных веществ возрастает и достигает максимальных значений при использовании гидромодуля 1 : 4. Такое соотношение (1 : 4) позволяет увеличить концентрацию общего экстракта практически в два раза по сравнению с использованием гидромодуля 1 : 2. Так, в настое ягод жимолости значение этого показателя достигает 23,9%, а в настое ягод рябины -34,6%. Анализ полученных данных позволяет утверждать, что при увеличении доли растворителя растет выход экстрактивных веществ из растительного сырья. Можно предположить, что при увеличении расхода водно-этанольной составляющей экстрактивные вещества легче выделяются из растительной ткани. Полученные результаты изучения влияния гидромодуля на выход веществ из растительного сырья согласуются с литературными данными [9]. Вероятно, при увеличении гидромодуля до 1 : 5 и выше выход экстрактивных веществ возможно увеличить, но это вызовет неоправданно высокий расход спирта и приведет к удорожанию конечного продукта, поэтому, исходя из соображений экономической целесообразности, оптимальным следует признать гидромодуль 1 : 4.
При определении гидромодуля для экстрагирования сушеных листьев иван-чая установлено, что минимальное соотношение листьев и водно-этанольного экстрагента, которое позволяет полностью покрывать раствором листья, составляет 1 : 24 - именно это соотношение оказалось наилучшим при приготовлении настоев из листьев иван-чая.
Для экспериментов с иван-чаем экстракты получали из неферментированных и ферментированных листьев. При этом было установлено, что запах настоев из тех и других приятный, цвет зеленовато-коричневый, вкус травяной, более яркий в настое из ферментированных листьев вследствие того, что ферментированные листья более активно впитывали экстрагент. В результате этого объем экстракта из них уменьшился вдвое по сравнению с таковым из неферметиро-ванных листьев. Экстракт из ферментированных листьев, кроме того, после настаивания и фильтрования оставался мутным и требовал дополнительной обработки. Несмотря на несколько лучшие результаты органолептической оценки настоя из ферментированных листьев, использование таких настоев для производства ликеро-водочных изделий следует считать нецелесообразным в связи с низким выходом готового продукта и большим расходом сырья.
Для определения периода времени, в течение которого извлечение биологически активных веществ из растительного сырья было бы максимальным, была проведена серия дополнительных экспериментов, в ходе которых в настоях, получаемых при использовании 40%-ных водно-этанольных растворов и гидромодуля 1 : 4 для хвои кедрового стланика, водорослей и ягод и 1 : 24 для листьев иван-чая, ежедневно определяли количество экстрагируемых веществ. Данные, полученные в ходе этих исследований, представлены на рис. 2.
Рис. 2. Содержание экстрактивных веществ в настоях, полученных из растительного сырья экстрагированием в течение 7 суток, %
Анализ приведенных на нем данных показывает, что максимальная концентрация экстрактивных веществ достигается в целом через 6-7 сут. Более длительное выдерживание растительного сырья в водно-этанольном растворе практически не приводит к увеличению концентрации экстрагированных веществ. На этом основании был сделан вывод о целесообразности ведения экстракции в течение 7 сут.
После 7 сут настаивания экстракты фильтровали и оставляли для отдыха на 10 сут. Установлено, что экстракты хвои кедрового стланика, шиповника и рябины после фильтрования оставались мутными. Последующее их отстаивание в течение 10 сут приводило к образованию заметного количества осадка. В экстрактах брусники и иван-чая, первоначально прозрачных после фильтрования, после 10 сут отдыха также образовался осадок. С целью удаления осадка и мути из всех полученных экстрактов проводили последующее двукратное фильтрование через каждые 10 сут. Использованный технологический прием позволил получить абсолютно прозрачные настои. Технологическая схема приготовления настоев из растительного сырья Камчатского края приведена на рис. 3.
Рис. 3. Технологическая схема приготовления спиртовых настоев из растительного сырья Камчатского края
В полученных с использованием 40%-ного водно-спиртового экстрагента настоях определяли содержание витамина С и массовую концентрацию кислот в пересчете на лимонную кислоту. Данные исследований приведены в табл. 2.
При сравнении массовой доли витамина С в разных экстрактах отмечено, что наиболее высоко его содержание в настое шиповника (0,3344 мг%). Значительное содержание витамина обнаружено также в настое хвои (0,2640 мг%). Меньшим, но все же на достаточно высоком уровне оказалось содержание аскорбиновой кислоты в настоях рябины и брусники (0,0352 и 0,0176 мг% соответствен-
но). В остальных настоях витамина С практически не был обнаружен. Это может быть связано либо с его низким содержанием в сырье, либо с его разрушением в процессе технологической обработки.
Таблица 2
Содержание витамина С и кислот в водно-спиртовых настоях, полученных из разного растительного сырья
Наименование настоев Значения показателей
содержание витамина С, мг% массовая концентрация органических кислот в пересчете на лимонную кислоту, г/100 см3
Настой из хвои кедрового стланика 0,2640 0,07
Настой из ягод жимолости 0,0001 0,42
Настой из ягод брусники 0,0176 0,52
Настой из ягод шиповника 0,3344 0,44
Настой из ягод рябины 0,0352 0,29
Настой из ягод шикши 0,0001 0,13
Настой из листьев иван-чая сушеных 0,0001 0,13
Настой из бурых водорослей сушеных 0,0001 0,01
Наиболее высокое содержание органических кислот было установлено в настоях из ягод брусники (0,52 г/100 см3), шиповника (0,44 г/100 см3) и жимолости (0,42 г/100 см3), что, скорее всего, связано с высоким содержанием органических кислот в ягодном сырье.
В настое бурых водорослей определяли также содержание йода. Установлено, что содержание этого важного для здоровья человека микроэлемента составляет 15,28 мкг на 100 см3 настоя, что весьма значительно и составляет около 10% от суточной физиологической потребности для взрослых.
Для определения органолептических характеристик полученных настоев использовали описательный метод, а также профильный метод, который позволяет получить полное сенсорное описание продукта [10]. При органолептическом анализе главными определяемыми показателями были наиболее важные у потребителей показатели - вкус и аромат. Отметим, что, по мнению дегустаторов, все образцы (за исключением настоя водорослей) имели достаточно приятный, сбалансированный и интенсивный аромат. Наиболее сбалансированный вкус они отметили у настоев из ягод шикши и шиповника (рис. 4 и 5).
а б
Рис. 4. Профилограммы: а - аромата; б - вкуса настоя ягод шикши
а б
Рис. 5. Профилограммы: а - аромата; б - вкуса настоя ягод шиповника
Образцы настоев из шиповника и шикши имели интенсивный ягодный, умеренно спиртовый аромат. Вкус настоев характеризовали как ягодный, сбалансированный и интенсивный. Отмечалась умеренная спиртуозность во вкусе, усиливающаяся в настое шикши, в настое шиповника -небольшая кислинка и терпкость. Также во вкусе спиртового экстракта шиповника ощущался приятный горьковатый привкус. Оба настоя имели очень красивый цвет: шиповниковый - красновато-коричневый, шикшевый - почти черный.
Высокие органолептические свойства отмечены в образце, приготовленном на основе ягод рябины (рис. 6). Вкус этого настоя был интенсивно ягодным, несколько менее сбалансированным, чем шикшевого и шиповникового, аромат - интенсивный, с достаточно резким запахом спирта.
а б
Рис. 6. Профилограммы: а - аромата; б - вкуса настоя ягод рябины
Приятные вкус и аромат отмечены также в спиртовом настое брусники и удовлетворительные - в настое из ягод жимолости и листьев иван -чая. Настой хвои кедрового стланика получился красивого желтовато-красного цвета, имел привлекательный аромат, яркий хвойный вкус. Настой бурых водорослей имел светло-желтый цвет, специфический водорослевой запах. Его вкус был с резким водорослевым оттенком, соленый, со специфическим водорослевым послевкусием.
С учетом значительной биологической ценности настоев шиповника и рябины (высокого содержания в них витамина С) и присущей им высокой органолептической оценки было принято решение в дальнейшем при разработке рецептур ликеро-водочных изделий за основу принять именно эти настои, а также настой шикши, имеющий высокие органолептические свойства.
Перспективным также представляется включение в незначительных количествах в состав рецептур ликеро-водочных изделий настоя хвои кедрового стланика, богатого витамином С, и настоя водорослей, получившего низкую органолептическую оценку. Последний содержит значительное количество йода и других биологически активных веществ, в том числе абсолютно уникальных полисахаридов, например фукоидана [11]. В дальнейшем в разрабатываемых нами рецептурах предполагается использование настоев брусники, жимолости и иван-чая с целью создания привлекательных для потребителей цветовых, вкусовых и ароматических характеристик полученных настоев, а также обогащения химического состава продукта за счет содержащихся в настоях БАВ.
Заключение
На основании проведенных исследований обоснованы технологические режимы производства спиртовых экстрактов из растительного сырья Камчатского края. Показано, что оптимальная концентрация этанола в настоях составляет 40%. Экспериментальным путем установлено, что максимального извлечения экстрактивных веществ из растительного сырья в процессе экстрагирования возможно добиться при использовании гидромодуля 1 : 4 в течение 7 сут. При приготовлении настоев из листьев иван-чая целесообразным признано соотношение листьев и вод-но-этанольного экстрагента 1 : 24.
Показана высокая биологическая ценность полученных настоев. Отмечено высокое содержание витамина С в настое шиповника, хвои, а также в настоях рябины и брусники. Экспериментальным путем установлено значительное содержание органических кислот в настоях из ягод брусники, шиповника и жимолости. Показано, что содержание йода в 100 см3
настоя бурых водорослей составляет 10% от суточной физиологической потребности для взрослых. Установлены высокие органолептические свойства полученных экстрактов, достаточные для использования полученных водно-спиртовых экстрактов в производстве ликеро-водочных изделий.
В связи с неблагоприятными экологическими условиями и сложившейся в последние годы структурой питания, для которой свойственно низкое содержание витаминов и микроэлементов, особенно в рационе жителей северных регионов, к которым относится Камчатка, необходима разработка технологий пищевых продуктов, повышающих пищевую ценность продуктов, а также сопротивляемость организма к воздействиям внешней среды. В таких условиях особенно актуальным становится привлечение в практическое использование местных дикорастущих растений, содержащих БАВ. Таковыми в Камчатском крае являются водоросли, ягодные растения, травы. Значительные объемы произрастающих здесь дикоросов, использованных нами для производства алкогольных продуктов, позволяют использовать их в пищевой промышленности и изготавливать брендовую продукцию.
В Камчатском крае достаточно хорошо организован масштабный сбор дикорастущего растительного сырья. Существуют отдельные малые предприятия и национальные общины по его сбору и заготовке. При этом строго контролируется качество собранного сырья в сертифицированных лабораториях. Важно также отметить, что производство ликеро-водочных изделий в Камчатском крае в настоящее время отсутствует, и это негативно влияет на ценообразование напитков (в сторону их повышения) в регионе. Введение дикоросов в состав пищевых продуктов, в частности ликеро-водочных изделий, позволит создать продукт с повышенной биологической ценностью, обусловленной использованием экологически чистого камчатского сырья в доступном для жителей Камчатки ценовом диапазоне.
Литература
1. Тельтевская О.П. Разработка технологии и товароведческая характеристика крепких алкогольных напитков с использованием различных органов растений семейства аралиевые (Araliaceae): автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2013. - 20 с.
2. Батурина А.А. Разработка технологии и товароведческая характеристика ликеров из растительного сырья Дальневосточного региона: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2012. - 23 с.
3. Воробьева Е.В. Обоснование технологии вин плодовых с использованием сельскохозяйственного сырья Дальневосточного региона и их товароведческая оценка качества: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2009. - 23 с.
4. Потишук Л.Н. Обоснование применения экстрактов из бурых водорослей Тихоокеанского шельфа в технологии водок особых: дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2007. - 198 с.
5. Ширшова А.А. Разработка технологии и товароведческая характеристика напитков винных из растительного сырья Дальневосточного региона: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Владивосток, 2013. - 19 с.
6. Салмин А.А., Приходько Ю.В. Новые аспекты технологии производства плодово-ягодных вин с повышенным содержанием аскорбиновой кислоты // Вестник ТГЭУ. - 2007. -№ 3. - С. 62-67.
7. Гореликова В.А., Васильева С.Б., Адаева А.А. Биотехнологические аспекты получения плодовых вин из местного сырья [Электронный ресурс]. - URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ biotehnologicheskie-aspekty-polucheniya-plodovyh-vin-iz-mestnogo-syrya.
8. Композиция ингредиентов для ароматизированного облепихового вина: патент РФ № 2484127 / И.В. Игнатенко, К В. Всеводина, Р.Ю. Митрофанов. Опубликовано 10.06.2013.
9. Левин Б.Д., Федюлин А.С. Влияние гидромодуля на выход биологически активных веществ // Вестник КрасГАУ. - 2006. - № 2. - С. 266-269.
10. Кантере В.М., Матисон В.А., Фоменко М.А. Сенсорный анализ продуктов питания. -М.: Тип. РАСХН, 2003. - 399 с.
11. Клочкова Н.Г., Березовская В.А. Водоросли Камчатского шельфа. Распространение, биология и химический состав. - Владивосток: Дальнаука, 1997. - 154 с.
Информация об авторе Information about the author
Благонравова Майя Владимировна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; кандидат технических наук; доцент кафедры «Технологии пищевых производств»; [email protected]
Blagonravova Majya Vladimirovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropav-lovsk-Kamchatsky; Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Food Production Technologies Chair; [email protected]
