CC BY
170
663.252.62
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТА ВИНОГРАДНЫХ ВЫЖИМОК И ВОЗМОЖНОСТИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Д.В. КОНДРАТЬЕВ, Н.Г. ЩЕГЛОВ
Пятигорский государственный технологический университет,
357500, г. Пятигорск, ул. 40лет Октября, 56; электронная почта: kondratiew-dom@mail.ru
Исследована возможность использования СВЧ-аппаратов для экстрагирования гликозидов флавоноидов из виноградных выжимок. На основании регрессионного анализа результатов исследований методом Бокса-Уилсона разработана математическая модель, позволяющая оптимизировать параметры работы СВЧ-аппарата по выходу гликозидов флавоноидов. Проведенные исследования позволяют уменьшить время экстрагирования виноградных выжимок за счет использования СВЧ.
Ключевые слова: виноградные выжимки, экстрагирование, биологически активные вещества, флавоноиды, СВЧ экстракция.
Исследованиями [1, 2] установлена возможность интенсификации процессов массопереноса веществ различными физическими методами. Нами были проведены опыты по экстрагированию флавоноидов из виноградных выжимок при ультразвуковом воздействии. С целью учета индивидуальных особенностей той или иной технологии была предпринята попытка внедрения ультразвуковой экстракции виноградных выжимок в условиях конкретного предприятия - ЗАО «Праско-вейское».
На кафедре технологии пищевых производств ПГТУ был разработан ультразвуковой экстрактор для получения экстракта виноградных выжимок. Совместно с работниками ЗАО «Прасковейское» проведены опытные испытания ультразвукового экстрактора, показавшие возможность получения экстракта с заданным содержанием флавоноидов. Основным недостатком, выявленным в результате производственных испытаний, является высокая длительность процесса озвучивания - 5-6 ч. Поэтому возникла необходимость поиска новой технологии экстрагирования для обеспечения быстрой переработки виноградных выжимок без длительного хранения, вызывающего неизбежные потери их нативных свойств. Были отработаны различные технологии. Окончательный выбор был сделан в пользу СВЧ экстракции.
Основные регулируемые параметры работы СВЧ-аппарата: удельная задаваемая мощность и продолжительность обработки сырья. Исследования показали, что оптимальная для экстракции виноградных выжимок температура, обеспечивающая термолабильность основных групп экстрагируемых веществ, должна находится в пределах 65-68°С. Поскольку экстрагент не должен значительно превышать данный температурный интервал, был выбран ступенчатый режим -нагрев и охлаждение.
Учитывая, что из всего комплекса извлекаемых веществ флавоноиды в биологическом отношении представляют наиболее ценную часть как компонент экстракта, были оптимизированы параметры работы СВЧ по выходу гликозидов флавоноидов. Полученные результаты были проанализированы методом математи-чески-статистического планирования эксперимента по
Боксу-Уилсону. В качестве параметра оптимизации выбран выход гликозидов флавоноидов из виноградных выжимок У1 [3].
Предварительно составлен факторный план, для определения роли того или иного фактора в варьировании количества выхода гликозидов флавоноидов (табл. 1).
Таблица 1
Фактор Символ Нижний уровень (-) Средний уровень Верхний уровень (+) Интервал варьирования Х0
Удельная мощность, кВт/кг к, 1, 1,5 1,7 0,2
Время нагревания, мин 2 3 4 1
Количество ступеней нагревания К 3 4 5 1
Количество опытов, необходимых для матрицы планирования, подсчитывали по формуле, оно составило N = 2К = 23 = 8; где К - количество факторов; 2 в формуле соответствует выбору двух уровней факторов - нижнему и верхнему, закодированным в матрице знаками «+» и «-» (табл. 2).
Таблица 2
№
X,
Х2
Хз
Хо
+
В, = 1,03
В2 = 2,42 В3 = 4,78 В0 = 78,97
Каждый опыт повторяли три раза (табл. 3), по результатам исследований было составлено уравнение регрессии
У = Во + В[Х[ + В2Х2 + В3Х3,
+
+
+
Таблица 3
Г Г2 Г ¥, А. Ат Аз 7рас (§>-
87,06 87,15 87,19 87,1 0,07 0,02 0,06 87,20 0,01
77,89 77,96 77,99 77,95 0,06 0,01 0,04 77,64 0,10
72,45 72,48 72,55 72,49 0,04 0,01 0,06 72,80 0,09
70,78 70,81 70,94 70,85 0,07 0,04 0,09 70,74 0,01
84,99 84,97 85,03 85,00 0,01 0,0 0,0 84,96 0,01
80,4 80,4 80,46 80,44 0,01 0,01 0,02 80, 0 0,02
75,48 75,48 75,53 75,50 0,02 0,02 0,0 75,58 0,01
82,4 82,44 82,47 82,45 0,02 0,01 0,02 82,3 6 0,01
£ (§,- §р)2 = 0,26
Коэффициенты регрессии _8,- позволяют определить степень влияния каждого из факторов на выход флавоноидов. С учетом коэффициентов регрессии были получены расчетные значения 7 для каждой серии опытов
7рас = 78,97 + 1,03 х1 + 2,42 х2 + 4,78 х3.
Для выявления фактора, в наибольшей степени влияющего на выход гликозидов, находили произведение -8Д,-:
В{кх = 1,03 • 0,2 =0,21;
В2Х2 = 2,42 • 1 = 2,42;
В {к з = 4,78 • 1 = 4,78.
где X - интервал варьирования.
Следовательно В3Х3 > В2Х2 > В1?^, что свидетельствует о наиболее значимом влиянии количества ступеней нагревания, т.е. продолжительности экстрагирования виноградных выжимок.
Правильность работы модели определяется по результатам сравнения полученных математических результатов с реализованными опытами. Наилучший результат по выходу экстрактивных веществ составляет первая серия опытов (табл. 3), однако с точки зрения оптимизации более целесообразно выбрать восьмую серию опытов и увеличивать количество ступеней, поскольку в данном случае не превышаются ранее определенные оптимальные температурные параметры -70°С.
Уравнение регрессии для восьмой серии опытов имеет вид
7 = 78,97 + 1,03 х! - 2,42 х2 + 4,78 х3.
Увеличивая значения фактора Х3, получаем новые расчетные значения 7
7 = 78,97 + 1,03 -2,42 + 4,78 • 1 = 82,36;
7= 78,97 + 1,03 -2,42 + 4,78 -2 = 87,14;
7= 78,97 + 1,03 -2,42 + 4,78 • 3 = 91,92.
Проведение дополнительных исследований по новым расчетным значениям параметра (табл. 4) позволило выявить оптимальное количество ступеней нагревания. При 7 ступенях экстракции выход флавоноидов составил 0,378%, что от общего содержания в виноградных выжимках составляет 94,5% (рис. 1).
X ((ХАу')/» - 1) = 0,57
Таблица 4
Фактор
X,
Х2
Х
вх
)
''-нов
1
2
3
0,21
0,2
1.7
1.7
1.7
2,42
1
Расчетные данные 4 4 4
4,78
1
5
6 7
82, 6 87,14 91,92
В соответствии с проведенными расчетами были приняты следующие параметры СВЧ экстракции виноградных выжимок: удельная мощность 1,6—1,7 кВт/кг; интервал ступени 1,5-2 мин; количество ступеней нагревания 7; общее время экстракции 12-14 мин; температура экстракции 65-68°С; гидромодуль 1:5; экстрагент - спирт этиловый 40%.
Увеличение количества ступеней нагрева выше 7 нецелесообразно ввиду отсутствия увеличения выхода фенольных соединений. Как и в случае с ультразвуком, интенсификация экстрагирования за счет СВЧ дает возможность понизить концентрацию спирта с 70 до 40%. Неоспоримым преимуществом СВЧ по сравнению с ультразвуком является значительное сокращение длительности экстракции, позволяющей получить тот же выход биологически активных веществ (БАВ). Важным отличием СВЧ экстракции от ультразвука является возможность получения экстракта с низким содержанием балластных веществ (хлорофилл, смолы), попадающих в продукт при значительном разрушении
о
ч:
£
I
Ф
3
о
Количество циклов
Рис. 1
структуры растительной клетки, чему более способствует акустическая волна.
Исследование химического состава экстракта виноградных выжимок, полученного методом СВЧ экстракции, показало наличие широкого спектра БАВ, в том числе и гликозидов флавоноидов. Известна высокая фармакологическая активность флавоноидов, проявляющая гиполипидемические и гипогликемические свойства, а также капилляроукрепляющее действие. В экстракте виноградных выжимок преимущественно обнаружены флавоны и флавонолы. Известно, что потребление винограда по нормам, рекомендуемым Минздравом РФ, приводит к снижению уровня холестерина и способствует нормализации артериального давления [4, 5].
Гиполипидемические свойства экстракта виноградных выжимок изучали на лабораторных животных, получавших экстракт как пищевую добавку вместе со стандартным рационом питания. Исследования проводили совместно с сотрудниками кафедры биохимии и микробиологии Пятигорской государственной фармацевтической академии.
Предварительно перед проведением опытов на животных с целью выбора оптимальной дозы извлечения изучалась острая токсичность экстракта методом Кер-бера, с учетом методических рекомендаций фармакологического комитета, и его гепатотоксичность [6].
Для определения острой токсичности использовались четыре дозы, мг/кг (мл): 20 (0,5), 40 (1), 400 (10), 4000 (100); каждая доза выполнялась на 6 крысах. Ни в одной группе лабораторных животных смертельного исхода не наблюдалось. По классификации [7], извлечение следует отнести к группе малотоксичных веществ ЬБ50 > 4000 мг/кг.
Тестирование гепатотоксичности экстракта проводилось на основе учета интенсивности детоксикации этаминала натрия (снотворное средство), процесс обезвреживания которого связан с функцией печени. Показателем положительного действия экстракта служило уменьшение времени детоксикации, времени сна. Уменьшение времени сна наблюдалось при введении экстракта виноградных выжимок в дозе 100-200 мг/кг массы тела лабораторного животного. Исходя из этого, была выбрана оптимальная доза экстракта 100 мг/кг (2,5 мл).
Исследование гиполипидемических свойств экстракта проводилось на белых крысах-самцах массой 210-300 г. Животные были разделены на 3 группы: ин-тактную (здоровые), контрольную и опытную. У животных контрольной и опытной групп вызывалась экспериментальная гиперлипидемия (повышенное содержание липидов в крови) путем введения препарата Твин-80. Предварительно животным опытной группы в течение 2 недель в рацион питания добавлялся экстракт виноградных выжимок. После введения Твин-80 в сыворотке крови лабораторных животных определялось содержание холестерина, триглицеридов, липо-протеидов (рис. 2).
Эксперименты показали, что введение препарата Твин-80 крысам в контрольных опытах вызывало по сравнению с показателями интактных животных рез-
Интактная Контрольная Опытная
ПЗ Триглицериды, ммоль/л 0 Холестерин, ммоль/л ш Липопротеиды, г/л
Рис. 2
кое - более чем в 3 раза - повышение содержания всех липидных показателей, тогда как у животных, подвергавшихся 2-недельному воздействию экстракта виноградных выжимок, существенно замедлился их рост. Так, под влиянием экстракта виноградных выжимок уровень холестерина в крови снизился на 46%, Р-липо-протеидов - на 48%.
Таким образом, экстракт виноградных выжимок, полученный по оптимизированным параметрам, малотоксичен и способен повышать детоксицирующую функцию печени, обладает ярко выраженной способностью снижать уровень триглицеридов, холестерина и Р-липопротеидов в условиях гиперлипидемии. В настоящее время отрабатывается технология выпечки хлебобулочных изделий с использованием экстракта виноградных выжимок, потребление которых позволит снижать липидную нагрузку на организм людей, предрасположенных к ожирению и атеросклерозу/.
Авторы статьи выражают благодарность сотрудникам кафедры биохимии и микробиологии Пятигорской государственной фармацевтической академии за возможность проведения фармакологического исследования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Самойленко Д.Н., Кошевой Е.П., Струкова В.Е. Интенсификация процесса массопереноса красящих веществ при приготовлении красных сухих вин // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Сб. статей и докл. 9-й на-уч.-практ. конф. с междунар. участием / Под ред. Л.В. Устиновой; Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.-Барнаул, 2006.-С. 34-37.
2. Кондратьев Д.В., Щеглов Н.Г. Оптимизация процессов извлечения биологически активных веществ из виноградных вы-жимок//Изв. вузов. Пищевая технология. -2008. -№ 1. - С. 45-46.
3. Минина С.А., Каухова И.Е. Химия и технология фитопрепаратов. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. - С. 126-137.
4. Казаков А.Л. Исследование природных соединений производных 3(2)-фенил-у-хромона, синтез аналогов и их антиате-росклеротические свойства: Дис. ... д-ра фармацевт. наук. - Пятигорск: ПФИ, 1981.
5. Чубуркова С.С. Влияние отходов переработки пищевых продуктов, содержащих тритерпеновые и флавоноидные вещества, на
естественную резистентность и продуктивность сельхозживотных: Дис. ... канд. биол. наук. - Махачкала, 1986. - 202 с.
6. Методические рекомендации по изучению общетоксичного действия фармакологических средств // Ведомости фармаколог. ком. -1998.-№ 1.-С. 27-32.
7. Сидоров К.К. Методы определения острой токсичности и опасности химических веществ (токсикометрия). - М.: Медицина, 1970.-216 с.
Поступила 27.11.08 г.
WAYS OF RECEPTION OF AN EXTRACT GRAPE AND OPPORTUNITIES OF ITS USE IN THE FOOD-PROCESSING INDUSTRY
D.V. KONDRATIEV, N.G. SCHEGLOV
Pyatigorsk State Technological University,
56, 40 Let Oktyabrya st., Pyatigorsk, 357500; e-mail: kondratiew-dom@mail.ru
Possibility of use of Microwave devices for of extraction bioligiy-aktive drud from grape is investigated. On the basis of regression analysis of results of researches by a method of Boks-Wilson the mathematical model is developed, allowing to optimize parameters of work of the Microwave devices, on an output bioligiy-aktive drud. Carried out researches allow to reduce time extraction grape due to use of the Microwave.
Key words: drud from grape, extraction, bioligiy-aktive drud, flavonoids, Microwave extraction.
641.1:[934.7+635]
ТЕХНОЛОГИЯ комплексной переработки голубики топяной (VACCINIUM ULIGINOSUML.) И ПРОИЗВОДСТВА НА ЕЕ ОСНОВЕ функциональных быстрорастворимых продуктов
С.Н. КРАВЧЕНКО, А.М. ПОПОВ, Н.Б. ДИАНОВА
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47; тел.: (384-2) 73-43-44, электронная почта: k-sn@yandex.ru
Проведена сравнительная оценка продуктов комплексной переработки ягод голубики. Представлены параметры пищевой ценности и антиоксидантной активности разработанного завтрака и киселя, позволяющие отнести их к продуктам функционального назначения.
Ключевые слова: голубика топяная, быстрорастворимые продукты, функциональные продукты, технология продуктов питания.
Обеспечение нормальной жизнедеятельности организма возможно не только при условии снабжения его необходимым количеством энергии, главным образом в виде углеводов, жиров и белков, но и при соблюдении сложных соотношений между многочисленными факторами питания [1]. Особый упор при этом необходимо делать на использование местного сырья растительного происхождения, обладающего наиболее усвояемыми нутриентами и обеспечивающего укрепление неспецифического иммунитета и антиоксидантной защиты человеческого организма. Последний фактор напрямую связан с перекисным окислением липидов, участвующих в образовании клеточных мембран, и защитными функциями организма при действии контами-нантов.
При разработке сбалансированных продуктов, предназначенных для улучшения питания различных контингентов населения, важную роль играет выбор сырья для их производства. Наиболее перспективными являются натуральные составляющие растительного происхождения, сохранившие в себе все первоначальные свойства и компоненты.
В Кузбассе и по всей Западной Сибири произрастает достаточно сырья, содержащего в своем составе сбалансированный комплекс белков, минеральных ве-
ществ, витаминов и обладающего высокими питательными, вкусовыми и лечебно-профилактическими свойствами. С этой точки зрения перспективна голубика, содержащая широкий спектр биологически активных веществ и относящаяся к числу наиболее ценных растений.
Цель настоящей работы - изучение химического состава и пищевой ценности продуктов переработки голубики топяной (Уасс1тит и^тояит Ь.) и возможности их использования в производстве обогащенных быстрорастворимых продуктов.
Объектами исследований являлись продукты переработки голубики (урожая 2006 г.), произрастающей на северо-востоке Томской области. Сок из плодово-ягодного сырья получали методом прессования и дальнейшим концентрированием до требуемого содержания сухих веществ (СВ) на вакуум-выпарной установке при температуре 48-50°С; полученный жмых, содержащий значительное количество биологически активных веществ, сушили при температуре 45-50°С до влажности 8-10%. Сухой жмых измельчали до размеров частиц 0,75-1,5 мм, что позволяло достичь необходимой поверхности контакта фаз между экстрагентом и растительной массой. Измельченный жмых экстраги-
