CC BY
70
ТЕХНОЛОГИЯ
УдК 664.8.014/.019
Влияние ферментных препаратов
на антиоксидантную активность яблочного сока прямого отжима в сравнении с витаминами-антиоксидантами
Д. Ф. Валиулина,
канд. техн. наук;
Н. В. Макарова,
д-р хим. наук, профессор;
Ю. А. Алексеева,
студент;
В. А. Кирюшина,
студент
Самарский государственный технический университет
В 2005 г. в мире произведено 1,3 млрд т овощей и 417 млн т фруктов [1]. Лидирующие позиции по этой плодоовощной продукции занимает Китай. Мировое производство и потребление фруктовых соков растет с каждым годом.
В последние годы европейские и американские производители соков сталкиваются с усиливающейся конкуренцией со стороны азиатских производителей [2]. Это заставляет западные компании объединяться, использовать более эффективные и дешевые технологии, выводить на рынок новые безалкогольные напитки для разных групп потребителей и снижать количество отходов за счет более полной переработки побочных продуктов производства соков. К основным направлениям развития производства соков можно отнести:
• консолидация промышленности по переработке фруктов за счет слияний и поглощений;
• использование более экономически эффективных технологий и оборудования;
• производство новых продуктов, особенно ориентированных на здоровое питание;
• снижение количества отходов и обеспечение устойчивого развития [3].
Косточковые плоды и ягоды содержат большое исходное количество пектиновых веществ, что уменьшает выход сока. Этот недостаток можно устранить путем целенаправленного применения пектолитических ферментов.
В настоящее время ферментативное расщепление пектиновых веществ мезги — это обычная операция, которая облегчается за счет применения высокоэффективных ферментных препаратов. При термической обработке происходит расщепление пектина и его разрушение, но при этом возникают необратимые потери химических компонентов соков. Поэтому гидролиз пектинов в настоящее время проводится совместно с добавлением ферментных препаратов, содержащими различные пекто-литические и другие ферменты. Механизм действия отдельных ферментов сильно различается. В зависимости от происхождения того или иного фермента (микроорганизмы, растения) отмечаются и различия в их активности (оптимум величины рН, активация и торможение под действием катионов, стабильность температуры действия и рН, степень полимеризации конечных продуктов, а у экзоферментов — разрушение связи при редуцирующем и не редуцирующем конце цепи) [4].
В зависимости от назначения, ферментные препараты содержат различное количество отдельных пектолитических ферментов и, наряду с этим, разные сопутствующие ферменты (амилазу, целлю-лазу, гемицеллюлазу, протеазу, ксиланазу, галактаназу, галакто-манназу, арабаназу). Такие препараты можно разделить на две группы: ферменты для обработки мезги и сока. Четкого разделения ферментов для обработки мезги
ПИВО и НАПИТКИ
4 • 2016
Технология
Таблица 1
Ферментный препарат Фирма-производитель Характеристика препарата Активности, ед/см3 Оптимальные условия действия t, °С pH
Экстрапект Колор ООО «Юнайтед Бевериджис груп» Продуцент Aspergillus niger, активности: пектиназа и гемицеллюлаза Пектоназная 180; гемицеллюлазная 120 45...55 3,0-5,0
Ферментный препарат, содержащий амилоглюкозидазу, продуцент — не генетически модифицированный Экстраферм т штамм Aspergillus niger. . „„ г cm То же г л. * , л. * с. Амилоглюкозидазная 500 G-500 Гидролизует альфа-1,4 и альфа-1,6 н связи крахмала, декстринов олигосахаридов яблочного сока, превращая их в глюкозу 45...55 3,0-5,0
Таблица 2
Показатели Исходный сок (контроль) Образец 1 Образец 3
Общее содержание фенольных веществ, мг галловой кислоты/100 г исходного сырья 458 338 416
Общее содержание флавоноидов, мг катехина/100 г сырья 87 72 83
Восстанавливающая сила по FRAP-методу, ммоль FezУ 1 кг исходного сырья 13,78 10,96 12,04
Концентрация экстракта антиоксиданта ЕС50, мг/см3 68 87 47
АОА в системе линолевая кислота, % ингибирования окисления линолевой кислоты 49,5 27,1 48,8
Выход сока, % 61,4 75,3 92,5
Таблица 3
Показатели Исходный сок (Контроль) Образец 1 Образец 2
Общее содержание фенольных веществ, мг галловой кислоты/100 г исходного сырья 458 338 499
Общее содержание флавоноидов, мг катехина/100 г сырья 87 72 91
Восстанавливающая сила по FRAP-методу, ммоль Fez+/ 1 кг исходного сырья 13,78 10,96 19,36
Концентрация экстракта антиоксиданта ЕС50, мг/см3 68 87 84
АОА в системе линолевая кислота, % ингибирования окисления линолевой кислоты 49,5 27,1 64,3
Выход сока, % 61,4 75,3 85,5
и осветления соков в настоящее время не существует. Изготовляют ферментные препараты в жидкой или твердой форме из культур плесневых грибов (в основном различные виды Aspergillus), выращенных поверхностным способом на твердой питательной среде или глубинным способом.
В данной работе исследуется воздействие ферментных препаратов на химический состав яблочного сока прямого отжима. Для этого было исследовано влияние двух ферментных препаратов (табл. 1) компании ООО «Юнайтед Беве-риджис груп».
В качестве объекта исследования использовали яблочный сок прямого отжима из яблок сортов: Золотое Летнее, Куйбышевский Бельфлер, Коричное Новое, Малинка и Возрождение. Показатели исходного сока представлены в табл. 2.
Структура и состав клеточной стенки яблок варьируют в зависимости от вида и степени зрелости фруктов. Полисахариды, присутствующие в клеточной стенке, в процессе их хранения подвергаются различным изменениям: структура становится более сложной и содержание в соке различных полисахаридов, и, в первую очередь, пектинов, резко увеличивается, поэтому ферменты, используемые для депектинизации соков, должны быть строго специфическими и иметь достаточную активность для гидролиза пектина в соке. Для повышения эффективности действия ферментного препарата рекомендуется непосредственно перед применением развести его 10-20-ти кратным объемом воды. Удельная масса препарата составляет 1,14-1,16 г/см3. Сравнивали характеристики сока, в том чис-
ле антиоксидантную активность (АОА), подвергавшегося термообработке при 50 °С в течение 50 мин (образец 1), и сока, подвергавшегося такой же термообработке, но с добавлением ферментных препаратов Экстрапект Колор (образец 2) и Экстраферм G-500 (образец 3). Данные представлены в табл. 2 и 3.
Данные табл. 2, доказывают, что максимальное содержание фе-нольных веществ — в контроле, у образца 1 меньше на 26,21 %, образца 2 — всего лишь на 9,2%
по сравнению с контролем. По содержанию флавоноидов образец 2 на 4,6 % уступает контролю, тогда как образец 1 на 17,3%. Антирадикальная активность (Е50) в образце 2 лучше контроля на 44,7 %, а образец 1 хуже контроля на 27,9%. Восстанавливающая сила по FRAP-методу также увеличивается: 10,96 и 12,04 ммоль Fe2+/ 1 кг исходного сырья соответственно у образцов 1 и 2. АОА в системе линолевая кислота показывает уменьшение этого значения на 46,3% в образце 1, а в образце 2 всего лишь на 1,5 %.
4 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 33
технология'
В яблочном соке, особенно в начале сезона, всегда присутствует крахмал, вызывающий его помутнение с образованием осадка. Для предотвращения этого нежелательного явления, при осветлении яблочного сока проводят полное расщепление крахмала, используя при этом ферментные препараты амилолитического действия. Поскольку эти ферменты действуют только на растворенный крахмал, то яблочный сок перед ферментативной обработкой нагревают до температуры 50...55 °С, в результате чего крахмал клейстеризу-ется, растворяется и становится доступным для действия ферментов. Дозировка ферментного препарата Экстраферм G-500 зависит от содержания крахмала в яблочном соке и обычно составляет 5-15 см3/10 гл сока. Для повышения эффективности действия препарата рекомендуется непосредственно перед применением развести его 10-20-ти кратным объемом воды.
Данные табл. 3 доказывают, что максимальное содержание фе-нольных веществ — в контроле, у образца 1 меньше на 26,21 %, у образца 2 — больше на 8,5 % по
сравнению с контролем. По содержанию флавоноидов образец 2 на 4,6 % превышает контроль, тогда как у образца 1 это значение на 17,3 % меньше контроля. Антирадикальная активность (Е50) в образце 2 лучше контроля на 23,6 %, а образец 1 хуже контроля на 27,9 %. Восстанавливающая сила по FRAP-методу также увеличивается и составляет 10,96 и 19,36 ммоль Fe2+/ 1 кг исходного сырья соответственно у образцов 1 и 2. АОА в системе линолевая кислота показывает уменьшение этого значения на 46,3 % в образце 1, а в образце 2 превышение на 30 %.
В качестве наиболее перспективных традиционных продуктов, обладающих высокой степенью полезности для здоровья, предназначенных для создания функциональных продуктов питания, можно использовать соки, нектары и сокосодержащие напитки, потребление которых может составлять более 1 л в сутки.
Многие россияне задаются вопросом — что лучше и удобнее: выпить 1-2 таблетки витамина-антиоксиданта в день или съесть пищевой продукт с целенаправленным антиоксидантным действием.
Таблица 4
Показатели «Триовит» «Vitrum Antioxidant» «Антиоксидантная формула»
Рекомендуемая суточная доза 1-2 таблетки 1 таблетка 1 таблетка
Масса таблетки/капсулы 0,32-0,64 г 1,33 г 0,75 г
Общее содержание фенольных веществ, мг галловой кислоты — — 15
Общее содержание флавоноидов, мг катехина — _ 7
Восстанавливающая сила по FRAP-методу, ммоль Fez+ 0,04-0,08 0,06 0,07
Концентрация экстракта антиоксиданта ЕС50, мг/см3 0,4 0,19 0,23
АОА в системе линолевая кислота, % ингибирования окисления линолевой кислоты 0,32-0,64 0,85 0,43
Таблица 5
Исследуемый объект Общее содержание фенольных веществ, мг галловой кислоты/ 100 г сырья Общее содержание флавоноидов, мг катехина/100 г сырья
Витамины «Антиоксидантная формула» 15,00 7,00
Яблочный сок прямого отжима 36600 16800 с антиоксидантным действием , ,
В данной работе также представлен сравнительный анализ параметров химического состава и анти-оксидантной активности яблочного сока прямого отжима с наиболее популярными марками витаминов с направленным антиоксидантным действием, представленных на самарском рынке. В качестве объектов исследования были отобраны 3 марки витаминов разной ценовой категории: капсулы «Анти-оксидантная формула» (Advanced Antioxidant Formula Vegetable Capsules), капсуловидные таблетки «Vitrum Antioxidant», капсулы «Триовит-антиоксидант».
Витамины «Антиоксидантная формула» представляют собой биологически активную добавку к пище; выпускаются американской фирмой ООО «СОЛГАР Витамин» и не является лекарством. Выпускается капсулами массой 870 мг по 60 шт. в упаковке. В данном исследовании они представляют собой категорию витаминов, принадлежащих к препаратам с высокой стоимостью (средняя стоимость на самарском рынке колеблется от 1600 до 1900 руб. за упаковку). К активным компонентам образца относятся витамины C 250 мг и Е 67 мг, L-цистеин 50 мг, цинк (в виде глицината) 5 мг, таурин 25 мг, пищевые антиоксиданты 25 мг (экстракт зеленого чая, красного вина и пикногенол), растительные порошки 35 мг (спирулина, экстракт гинго билобы, молочного чертополоха, готу колы), L-глютатион 12.5 мг, магний (в виде глицина-та) 2 мг, экстракт шиповника (4:1) и плоды 13 мг, токоферолы 10 мг, витамин A 375,5 мкг, селен (в виде селенометионина) 25 мкг, медь (хелатная форма) 500 мкг, рибофлавин 3 мг. К вспомогательным компонентам: гидроксипропилме-тилцеллюлоза, МКЦ, стеарат магния, смесь токоферолов, диоксид кремния.
Витамины «Vitrum Anti-oxidant» представляют собой поливитамины-мультиминералы. Выпускаются таблетками массой 1,33 г по 30, 50 или 60 таблеток во флаконе американской фирмой «Юнифарм Инк», Нью-Йорк. Эти витамины по ценовой категории принадлежат к среднему классу представленных в данном исследовании препаратов (средняя це-
34 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2016
на 600 руб.). 1 таблетка, покрытая оболочкой, содержит витамина A (ретинол и р-каротин) 5000 МЕ, витамина E 200 МЕ, витамина C (аскорбиновая кислота) 250 мг, цинка 10 мг, меди 1,1 мг, марганца 2 мг, селена 20 мкг, а также вспомогательные вещества (МКЦ, стеариновая кислота, магния стеарат, кроскармеллоза).
Витамины «Триовит» представляют собой поливитамины-минералы. Выпускаются в виде капсул массой 0,32 г по 30 капсул в упаковке фирмой «КРКА», Словения. У данной группы витаминов самая низкая стоимость (средняя стоимость 150 рублей). Каждая капсула препарата содержит: витамины C — 100 мг, E — 40 мг, провитамин A (р-каротин) — 10 мг, селен — 500 мкг. Витамины — биологические антиокси-данты, селен — участник естественной антиоксидантной защиты клеток.
Представленные препараты были проанализированы на химический состав и антиоксидантную активность. Полученные данные представлены в табл. 4.
Исходя из состава, только витамины фирмы SOLGAR имеют в своем составе экстракты растительных систем. Поэтому именно этот вид витаминов проанализирован на наличие фенолов и фла-воноидов.
Согласно представленным данным, можно сделать вывод о том, что витамины «Антиоксидантная формула» и «Vitrum Antioxidant» проявляют практически одинаково высокую антирадикальную активность (0,23 мг/см3 и 0,19 мг/см3). Препарат, производимый Словенией, показывает данные, в 2 раза превышающие представленные выше два образца. Отслеживая картину по данным, полученным методом FRAP, мы наблюдаем следующее положение вещей — все витамины приблизительно находятся на одинаковом уровне. Анализируя проводимые данные, можно также отметить, что витамины «Vitrum Antioxidant» проявляют самую высокую АОА активность в системе линолевая кислота — среди испытуемых витаминов. Его результаты превышают результаты испытуемых образцов в 2 раза (0,85% против 0,32-0,64% и 0,43 %)
Технология
Таблица 6
Препарат Концентрация экстракта антиоксиданта ЕС50, мг/см3
«Антиоксидантная формула» 0,23
«Vitrum Antioxidant» 0,19
«Триовит» 0,40
Сок прямого отжима с антиоксидантным действием 14,00
Таблица 7
Исследуемый объект Восстанавливающая сила по методу FRAP, ммоль Fe2+ Ингибирование окисления в системе линолевой кислоты, %
«Антиоксидантная формула» 0,07 0,43
«Vitrum Antioxidant» 0,06 0,85
«Триовит» 0,04-0,08 0,32-0,64
Яблочный сок прямого отжима с антиоксидантным действием 9,50 25,00
В качестве сока сравнения были проанализирован сок прямого отжима антиоксидантного действия. Результаты исследования химического состава витаминов «Антиок-сидантная формула» и яблок представлены в табл. 5.
Рассматривая данные по содержанию фенольных веществ, можно наблюдать следующее положение вещей: предлагаемый продукт, по сравнению с витаминами «Анти-оксидантная формула» американской фирмы SOLGAR, выходит на лидирующие позиции. Данные сока прямого отжима превышают показатели витаминов в 24 раза. Аналогичную картину можно наблюдать при анализе общего содержания флавоноидов. Здесь данные составляющих частей яблока превышают показатели витаминов в 24 раза.
Один из основных показателей, характеризующих антирадикальную активность по методу DPPH, это Ес50 — концентрация экстракта антиоксиданта, при которой наблюдается 50 %-ное ингибиро-вание радикалов DPPH. Результаты определения антирадикальной активности витаминов и яблочных соков представлены в табл. 6.
Изучая показатели табл. 6, можно увидеть обратную закономерность. Здесь все витамины проявляют наивысшую антирадикальную активность, превышаю-
щую показатели яблок. Однако, яблоки и яблочный сок никогда не едят в количестве меньше 1 г. Поэтому, употребление суточной нормы яблок и яблочного сока может компенсировать действие свободных радикалов. Также представленная тройка витаминов была проанализирована на содержание общей антиоксидантной силы по методу FRAP (ferric reducing antioxidant power с реагентом 2,4,6-трипиридил^-триазином) и АОА в системе линолевая кислота. Полученные данные были сведены в табл. 7.
Рассматривая результаты анализов АОА в системе линолевая кислота и восстанавливающей силы по методу FRAP, можно заметить, что препараты, приобретенные в аптечной сети, уступают во много раз соку прямого отжима.
Таким образом, на основании проделанной работы, можно сделать однозначный вывод, что человеку более целесообразно употреблять яблочный сок, нежели суточную дозу предложенных витаминов. При анализе препаратов из аптечной сети, наилучшие показатели были выявлены у витаминов «Vitrum Antioxidant» со средней рыночной ценой. Обработка ферментными препаратами увеличивает выход сока по сравнению с контролем в 1,4-1,5 раза. Ферментные препараты Экстрапект Колор (об-
4 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 35
технология'
разец 2) и Экстраферм G-500 (образец 3) оказывает положительное действие на АОА яблочного сока прямого отжима: при применении ферментного препараты Экстрапект Колор она уменьшается на 1,5%, а Экстраферм G-500 увеличивается на 30%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Vegetables and Melons Outlook / United States Agriculture Department, Economic Research Centre. — Washington: USDA, 2008.
2. Market News: World Apple Situation: Apples / United States Agriculture Department, Foreign Agricultural Service. — Washington: USDA, 2008.
3. Уайтхерст Р. Дж., ван Оорт М. Ферменты в пищевой промышленности. — Пер. с англ. д-ра хим. наук С. В. Макарова. — СПб.: Профессия, 2014. — 408 с.
4. Шобингер, У. Фруктовые и овощные соки: научные основы и технологии. — СПб.: Профессия, 2004. — 640 с. &
Влияние ферментных препаратов на антиоксидантную активность яблочного сока прямого отжима в сравнении с витаминами-антиоксидантами
Ключевые слова
антиоксидантная активность; витамины; сок; ферментные препараты; яблоки.
Реферат
Статья посвящена изучению влияния ферментных препаратов на производство яблочного сока прямого отжима на химический состав и антиоксидантную активность (АОА) получаемого продукта. Продукт сравнивали с витаминами-антиоксидантами, широко представленными в аптечной сети г. Самары. В зависимости от ценовой категории был произведен подбор витаминов. В данной работе описан выбор оптимальных условий для производства качественного, конкурентоспособного продукта, обладающего наивысшей АОА. Объектом исследования был яблочный сок прямого отжима, полученный из плодов, произрастающих на территории Самарской обл. В яблочном соке определяли содержание общего количества фенольных соединений по содержанию галловой кислоты, флавоноидов по содержанию катехина, антирадикальную способность с использованием свободного радикала DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразила), восстанавливающую силу по методу FRAP (ferric reducing antioxidant power), АОА в системе ли-нолевая кислота. Установлено, что целесообразнее употреблять яблочный сок, нежели суточную дозу предложенных витаминов. При анализе препаратов из аптечной сети, наилучшие показатели были выявлены у витаминов «Витрум-антиоксидант» со средней рыночной ценой. Обработка ферментными препаратами увеличивает выход сока по сравнению с контролем в 1,4-1,5 раза. Ферментные препараты Экстрапект Колор (образец 2) и Экстраферм G-500 (образец 3) оказывают положительное действие на АОА яблочного сока прямого отжима. АОА при применении ферментного препараты Экстрапект Колор уменьшается на 1,5 %, Экстраферм G-500 увеличивается на 30 %%. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания № 2014/199 ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технической университет» по проекту «Создание научной методологии разработки рецептур и технологий пищевых продуктов для борьбы с оксидативным стрессом в организме человека», код 974.
Авторы
Валиулина Динара Фанисовна,
канд. техн. наук;
Макарова Надежда Викторовна,
д-р хим. наук, профессор;
Алексеева Юлия Анатольевна, студентка;
Кирюшина Виктория Алесандровна, студентка
Самарский государственный технический университет,
443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 244, главный корпус,
fpp@samgtu.ru, dinara-bakieva@mail.ru
Effect of Enzyme Preparations on the Antioxidant Activity of Apple Juice Direct Extraction in Comparison with Antioxidant Vitamins
Key words
antioxidant activity; vitamins; juice; enzyme preparations; apples.
Abstract
The influence of enzyme preparations on the production of directly squeezed apple juice, on its chemical composition and antioxidant was studied. The resulting product was compared with the antioxidant vitamins, which are widely represented in the pharmacy network of Samara. The vitamins were selected depending on the price category. This paper describes the selection of the most optimal conditions for the production of high quality, competitive product with the highest antioxidant activity. The study subject was directly squeezed apple juice obtained from the fruit growing on the territory of the Samara region. The analyses were conducted on total amount of phenolic compounds for the content of gallic acid, of flavonoids for the content of catechin, antiradical capacity using free radical DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl), the restoring force by FRAP method (ferric reducing antioxidant power), anti-oxidizing activity in linoleic acid system. Studies have shown that consuming apple juice is more appropriate for a man rather than a daily dose of the vitamins suggested. In the analysis of drugs from the pharmacy network, the optimal parameters were found in the vitamins «Vitrum-antioxidant» which are of the average market price. Enzyme preparations treatment increases the juice output in comparison with control in 1.4-1.5 times. Enzyme preparations Exstrapect Color (sample 2) and Extraferm G-500 (sample 3) have a positive effect on the antioxidant activity of directly squeezed apple juice. Antioxidant activity with the application of enzyme preparations Extrapect Color is decreased by 1.5 %, Extraferm G-500 increases by 30 %. This study was financially supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the basic part of the government task number 2014/199 FSBEI HPE Samara State Technical University code 974.
Authors
Valiulina Dinara Fanisovna,
Candidate of Technical Science;
Makarova Nadezhda Victorovna,
Doctor of Chemical Science, Professor;
Alekseeva Yulia Anatolyevna, Student;
Kirushina Victoria Alexandrovna, Student
Samara State Technical University,
244 Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russia,
fpp@samgtu.ru, dinara-bakieva@mail.ru
36 ПИВО и НАПИТКИ 4 • 2016
