CC BY
75
Современные технологии
производства ^ & продуктов питания
УДК: 582.912.46:664.8:663.813 (045)
Высокоэффективные способы предобработки ягод брусники
в технологиях порошковых полуфабрикатов
Е. А. Быстрова, аспирант
Московский государственный университет пищевых производств
В числе приоритетных задач в сфере переработки плодово-ягодного сырья - создание интенсивных технологий, обеспечивающих переход перерабатывающей отрасли на качественно новый уровень развития, повышение эффективности технологических процессов переработки растительных биоресурсов и производство на их основе инновационных продуктов питания, отвечающих современным требованиям нутрицио-логии.
Лесная ягода брусника весьма привлекательна для производителей пищевых продуктов благодаря своим пищевым и лечебным свойствам: ягода богата витаминами, флаво-ноидами, кумаринами, стеринами,
органическими кислотами, минеральными веществами и др. [1, 2]. Брусника широко распространена на территории Российской Федерации, а на севере европейской части и в большинстве районов Сибири она одна из основных промысловых ягод [2, 3].
В связи с сезонностью закупки брусники и необходимостью обеспечения населения вкусной, полезной, полноценной продукцией в течение осенне-зимнего периода перед производителями пищевой продукции стоит непростая задача -сохранить и донести до потребителя весь комплекс их полезных свойств. Поэтому современные технологии переработки ягод брусники должны
быть ориентированы на сохранность и наиболее полное использование широкого спектра природных компонентов и получения технологичных полуфабрикатов, удобных в хранении и применении.
В последние годы динамично развивается производство плодово-ягодных порошков, преимущества которых очевидны: малая масса, длительное хранение, хорошая восстанавливающая способность, минимальные затраты при транспортировке и хранении, технологичность, высокая концентрация биологически активных соединений исходного природного сырья. Последний фактор имеет решающее значение в оценке эффективности переработки ягодного сырья и получении порошковых продуктов с натуральными вкусами, ароматами и цветовыми оттенками [4]
Поэтому при разработке технологических решений по получению порошковых полуфабрикатов из естественного ягодного сырья следует учитывать, что значительная часть полезных для здоровья человека компонентов ягод не способна ассимилироваться организмом человека и проявлять свою физиологическую активность в силу природной организации растительной ткани. Сорбция на белке и структурных компонентах клеточной стенки, основу которых составляют некрахмальные
полисахариды, существенно снижает усвояемость биологически активных веществ. Только лишь часть их растворена в клеточном соке и потому является биодоступной. Поэтому ключевым элементом в технологиях порошковых продуктов является разработка способов предварительной обработки ягод брусники, позволяющих извлекать и переводить в растворимую (физиологически активную) форму вещества, обладающие биологической активностью, обусловливающие неповторимые вкус, цвет и аромат. В этом контексте использование ферментных препаратов можно считать одним из наиболее перспективных направлений.
Поэтому так важна разработка научно-обоснованного способа предварительной ферментативной обработки ягод брусники при получении порошкового полуфабриката как инновационного пищевого ингредиента при получении продуктов питания.
С учетом данных химического состава ягод брусники и достаточно высокого содержания в ягодах некрахмальных полисахаридов (17,4 г/100 г с. в.), обладающих высокой удерживающей способностью по отношению к биологически активным веществам ягод, выбраны и исследованы пек-толитические и глюканолитические ферментные препараты (ФП): Рапи-даза CR (производитель- DSM-Food-Specialties, Франция), Pectinex XXL (производитель- Novozymes, Дания), Брюзайм BGX (производитель- Polfa Tarchomin Pharmaceutical Works S.A., Польша), Laminex BG2 (производитель- Danisco, Дания).
Эффективность применения ФП для обработки ягод брусники оценивали по увеличению доли соковой фракции в мезге ягод. Выход клеточного сока являлся косвенным показателем, по которому опосредованно судили о степени деструкции структурных полисахаридов под воздействием ФП.
Для проведения гидролиза ягоды измельчали, в полученную мезгу вносили ФП в различной концентрации и вели гидролиз в оптимальных для действия фермента условиях (45 °С). По окончании гидролиза ферменты инактивировали нагреванием и прессованием отжимали сок.
На основании проведенных исследований определены условия применения индивидуальных ФП для предобработки ягод по показателю выхода сока и проведена оценка их симбиотического действия в составе мультэнзимной композиции (МЭК). Показано, что предварительная обработка мезги ягод брусники ФП Pectinex XXL и Рапидаза CR в тече-
Таблица 1
Увеличение доли соковой фракции в мезге ягод брусники, предварительно
обработанной МЭК
МЭК Качественный и количественный состав МЭК Увеличение доли соковой фракции в мезге ягод брусники, %
МЭК-1 Pectinex XXL 3,0 едПгА/г пектина - Брюзайм BGX 19,5 едГцАх/г гемицеллюлозы 20
МЭК-2 Рапидаза CR 3,4 едПгА/г пектина - Laminex BG2 21,3 едЦАх/г целлюлозы 26
МЭК-3 Pectinex XXL 3,0 едПгА/г пектина - Брюзайм BGX 9,8 едГцА/г гемицеллюлозы 16
МЭК-4 Рапидаза CR 3,4 едПгА/г пектина - Laminex BG2 10,6 едЦАх/г целлюлозы 18
Таблица 2
Химический состав соковых фракций мезги ягод брусники, обработанной МЭК-1 и МЭК-2
Содержание компонента, мг/100 г ягод брусники
Компонент Соковая фракция мезги ягод, не обработанной ФП Соковая фракция мезги ягод, обработанной МЭК-1 Соковая фракция мезги ягод, обработанной МЭК-2
Растворимый белок, г 0,35+0,050 0,42 +0,062 0,46 +0,054
Редуцирующие сахара (в пересчете на глюкозу), г 2,92+0,060 3,37+0,053 3,48+0,062
Органические кислоты (титруемые) (в пересчете на лимонную кислоту), г 1,68 + 0,14 1,99 + 0,12 2,15 + 0,15
Витамин С, мг 11,4+0,9 17,5+1,1 18,2 +1,1
Полифенольные соединения, мг 389,4 +15,1 460,2 +15,4 495,6 +15,7
Проантоцианидины, мг 2,3+0,3 3,1+0,3 4,7+0,4
Антоцианы (в пересчете на цианидин-3 глюкозид), мг 175+12,3 209,5 + 12,0 233 + 14
ние 1,0 - 1,5 ч приводит к увеличению доли соковой фракции на 12-18%, а ФП Брюзайм BGX и Laminex BG2 -на 7 - 10% по сравнению с контролем (мезга ягод брусники, не обработанная ФП) [5]. Экспериментально установлено, что применение ФП в составе композиций при уменьшенной вдвое дозировке позволяет увеличить выход клеточного сока в мезгу ягод на 16-26% (табл. 1). Наилучшие результаты получены с использованием композиций на основе ФП Pectinex XXL - Брюзайм BGX (МЭК-1) и Рапидаза CR - Laminex BG2 (МЭК-2): через 1,5 ч гидролиза увеличение доли соковой фракции в мезге ягод брусники составляет 20 и 26% соответственно (табл. 1).
Проведены исследования по изучению влияния предварительной ферментативной обработки мезги ягод брусники на химический состав соковой фракции.
Установлено, что предварительная ферментативная обработка ягод брусники с применением МЭК-1 и МЭК-2 позволяет существенно (в 1,2 - 2,0 раза) повысить выход в соковую фракцию природных компонентов ягод, натуральных антиоксидантов, консервантов и красителей: редуцирующих сахаров (в 1,15 - 1,2 раза), белка (в 1,2 - 1,3 раза), полифеноль-ных соединений (в 1,2 - 1,3 раза),
антоцианов (в 1,2 - 1,3 раза), про-антоцианидинов (в 1,3 - 2,0 раза), катехинов (в 1,7 раза), витамина С (в 1,5 - 1,6 раза), минеральных веществ (в 1,15 раза), органических кислот (в 1,2 - 1,3 раза), в том числе бензойной и салициловой кислот (в 1,4 - 1,7 раза), по сравнению с соком, выделенным из мезги ягод брусники, не обработанной ФП (табл. 2).
С применением современных высокоинформативных методов анализа установлено, что применение ФП для обработки мезги ягод брусники способствует более глубокой трансформации природного сырья. Так, в составе катехинов соковой фракции ферментированной мезги ягод брусники дополнительно идентифицирован эпигаллокатехин, обладающий высокими антирадикальными свойствами, присутствие которого в соке, полученном без применения ФП выявлено не было (табл. 3).
Интенсификация процессов экстракции природных компонентов ягод в соковую фракцию под воздействием ФП обусловливает усиление проявления ею антиоксидантных свойств. Установлено существенное повышение (на 40%) антиокси-дантной активности (по отношению к DPPH-радикалу) соковой фракции ферментированной мезги ягод брусники по сравнению с соком, вы-
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
I ТЕМА НОМЕРА Л
Таблица 3
Состав и содержание катехинов и галловой кислоты в соковой фракции мезги ягод, не обработанной ФП и после обработки МЭК-2
Компонент Соковая фракция мезги ягод, не обработанной ФП Соковая фракция мезги ягод брусники, обработанной МЭК-2
мг /кг мг/ кг
Галловая кислота 1,71 1,97
Эпигаллокатехин н / о 11,28
Эпикатехин 67,78 74,67
Эпигаллокатехин галлат 3,94 7,85
Галлокатехин галлат 4,36 7,08
Эпикатехин галлат 2,83 3,68
Сумма катехинов (без учета галловой кислоты) 80,62 104,56
Рис. 1. Биокаталитический способ обработки мезги ягод брусники при получении порошкового продукта
Химический состав ПКБ
Таблица 4
Компонент Содержание в 100 г
Вода,г 5,0
Зола общая, г 1,1
Общий сахар, г 39,2+0,9
Белок, г 4,2 +0, 3
Пищевые волокна, г 20,3 +1,5
Органические кислоты (в пересчете на яблочную), г 24,4 +0,7
Полифенольные соединения, мг 3332 +310
Антоцианы, мг 1237 +28
Витамин С, мг 139,6 +2,5
Проантоцианидины, мг 28,5+1,7
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг 711,3 + 8,5
Танины, мг 1208+90
Таблица 5
Антиоксидантная активность ПКБ, в ед. ТЕАС
Образец Антиоксидантная активность, мг/100 г
ПКБ
5370
деленным из мезги ягод брусники, не обработанной ФП.
Таким образом, на основании исследований научно обоснована целесообразность проведения ферментативной обработки ягод брусники при получении порошкового продукта. Такая обработка обеспечивает увеличение доли соковой фракции в мезге и ее антиоксидантной активности, повышает экстракцию в сок дополнительных количеств полезных для здоровья человека биологически активных компонентов ягод, а также натуральных красителей, консервантов и антиоксидантов.
Результаты экспериментальных исследований явились основой для разработки процессуальной схемы предварительной ферментативной обработки мезги ягод брусники при получении порошкового концентрата (рис. 1).
Проведена наработка опытной партии порошкового концентрата ягод брусники (ПКБ) на экспериментальном стенде СВП-0,36 с применением разработанного способа
предварительной обработки мезги ягод брусники (рис. 1) и способом вакуумной сублимационной сушки.
Параметры сушки:
1. Температура на этапе удаления влаги фазовым переходом «лед-пар» составила минус 20...22 °С;
2. Максимальная температура на этапе досушивания 38 °С;
3. Среднее давление в камере -100 Па;
4. Общая продолжительность сушки - 12 ч;
5. Массовая доля влаги в конечном продукте - 5%.
Высушенный продукт - порошковый концентрат ягод брусники представлял собой довольно плотный слой с хрупкой консистенцией. При выгрузке из противня легко измельчался. После выгрузки полученный продукт дополнительно измельчали миксером, предназначенным для работы с порошковыми продуктами.
Сублимированный порошок имел характерный брусничный цвет с выраженным ароматом. Согласно результатам гранулометрического анализа ПКБ является мелкодисперсным порошком с размером частиц менее 1 мкм, содержание крупных частиц в порошке составило 0,5% (130 мкм), среднее значение крупности частиц 53 мкм (около 6%) [6].
Исследован химический состав сублимированного ПКБ и определена его антиоксидантная активность (табл. 4, 5)
Полученные результаты убедительно демонстрирует, что ПКБ содержит разнообразный комплекс ценных природных компонентов, функциональных пищевых ингредиентов, минорных биологически активных веществ, является носителем натуральных антиоксидантов, красителей, консервантов и обладает высокой антиоксидантной активностью. Причем, как показали результаты исследований, значительная часть биологически активных веществ ягод брусники в порошковом продукте находится в растворимой легкоусвояемой форме, что существенно повышает его пищевую ценность и физиологическую значимость.
Уникальная комбинация и природное сочетание биоактивных веществ ягод в ПКБ, в том числе органических, фенольных кислот и признанных антиоксидантов - флавоноидов, представленных в широком спектре соединений, обеспечивает достаточно высокую сохранность минорных и биологически активных веществ ПКБ в процессе хранения.
Результаты проведенных исследований показали, что витамин
Срок хранения, месяцы
Рис. 3. Динамика содержания антоцианов в ПКБ в процессе хранения
С и антоцианы достаточно стабильны при хранении ПКБ в течение 9 месяцев при установленных условиях (в пакетах из полимерного материала, не пропускающих свет и кислород, в темном сухом месте при комнатной температуре): их потери к концу периода хранения составляют соответственно 14,6% и 9,5% (рис. 2, 3).
На основании проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема получения сублимированного ПКБ, которая позволяет комплексно использовать природный потенциал ягод. В схеме реализован инновационный подход к технологии переработки ягод брусники при получении порошкового продукта, заключающийся в проведении предварительной ферментативной обработки мезги ягод композицией ФП пектолитиче-ского и глюканолитического действия и обеспечивающий увеличение доли соковой фракции в мезге и наиболее полное извлечение и экстракцию в сок ценных природных компонентов, минорных и биологически активных веществ, а также натуральных красителей, консервантов и антиок-сидантов ягод.
Разработан комплект ТД (ТУ и ТИ) (проект) на порошковый концентрат ягод брусники.
Таким образом, на основании проведенных исследований разработан биокаталитический способ предварительной обработки ягод брусники при получении порошкового продукта, реализация которого дает возможность получать порошковые продукты повышенной пищевой ценности и антиоксидантной активности за счет использования дополнительных резервов ягод, обусловленных анатомическим строением клеточной стенки, и обогащением растворимой части порошкового продукта дополнительными количествами полезных для здоровья человека и технологи-
чески значимых компонентов ягод (натуральных красителей, консервантов, антиоксидантов).
Полученные результаты дают основание позиционировать сублимированный ПКБ как перспективный натуральный ингредиент, который по основным своим характеристикам (пищевая ценность, антиоксидантная активность, сохранность биологически активных веществ, микробиологическая безопасность) позволит производителям получить конкурентное преимущество на рынке, а применение ПКБ при получении пищевых продуктов даст возможность корректировать пищевую ценность готовых изделий по содержанию эссенциаль-ных и минорных микронутриентов, расширить ассортимент натуральной и полезной продукции, обогатив ее новой палитрой вкуса, цвета и аромата.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лютикова, М.Н. Изучение состава биологически активных компонентов дикорастущих ягод Vaccinium vitis-idaea и Oxycoccus palustris в зависимости от степени их зрелости и условий хранения / М. Н. Лютикова//Vaccinium vitisidaea. - 2013.
2. Расщепкина, Е.А. Исследование химического состава брусники / Е.А. Рас-щепкина, М.А. Субботина, А.Н. Расщеп-кин // Технология и продукты здорового питания. - 2008. - № 8. - С. 117-118.
3. Игошева, Н.И. Распространение некоторых дикорастущих лекарственных и ягодных растений в лесотундре Тюменской области и урожайность их сырья / Н.И. Игошева, Н.И. Шурова // Растительные ресурсы. - 2003. - Вып. 2. -С. 57-62.
4. Антипов, С.Т. Современные технологии при получении плодово-ягодных порошков / С.Т. Антипов, А.А. Жашков // Вестник ТГТУ. - 2010. - Т. 16. - № 2.
5. Алексеенко, Е.В. Мониторинг эффективности применения ферментных
препаратов для обработки ягод брусники при получении сока/Е.В. Алексеенко, Е.А. Быстрова // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 3 (65). - С. 203-207.
6. Алексеенко, Е.В. Технология получения и оценка качества сублимированного порошка из ягод брусники / Е.В. Алексеенко [и др.] // Пищевая промышленность. - 2017. - № 11. - С. 70-73.
REFERENCES
1. Ljutikova, M. N. Izuchenie sostava biologicheski aktivnyh komponentov dikorastushhih jagod Vaccinium vitisidaea i Oxycoccus palustris v zavisimosti ot stepeni ih zrelosti i uslovij hranenija/ M.N. Ljutikova//Vaccinium vitisidaea. -2013.
2. Rasshhepkina, E.A. Issledovanie hi-micheskogo sostava brusniki/E. A. Rasshhepkina, M.A. Subbotina, A. N. Rassh-hepkin // Tehnologija i produkty zdoro-vogo pitanija. - 2008. - № 8. - S. 117118.
3. Igosheva, N.I. Rasprostranenie neko-toryh dikorastushhih lekarstvennyh i jag-odnyh rastenij v lesotundre Tjumenskoj oblasti i urozhajnost' ih syr'ja/N. I. Igosheva, N. I. Shurova // Rastitel'nye resursy. - 2003. - Vyp. 2. - S. 57-62.
4. Antipov, S. T. Sovremennye teh-nologii pri poluchenii plodovo-jagodnyh poroshkov/S.T. Antipov, A. A. Zhashkov // Vestnik TGTU. - 2010. - T. 16. - № 2.
5. Alekseenko, E.V. Monitoring jef-fektivnosti primenenija fermentnyh pre-paratov dlja obrabotki jagod brusniki pri poluchenii soka / E.V. Alekseenko, E.A. Bystrova // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhen-ernyh tehnologij. - 2015. - № 3 (65). -S. 203-207.
6. Alekseenko, E. V. Tehnologija po-luchenija i ocenka kachestva sublim-irovannogo poroshka iz jagod brusniki/E.V. Alekseenko [i dr.] // Pishhevaja promyshlennost'. - 2017. - № 11. -S. 70-73.
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
I ТЕМА НОМЕРА I
Высокоэффективные способы предобработки ягод брусники в технологиях порошковых полуфабрикатов
Ключевые слова
антиоксидантная активность; биокаталитический способ обработки; вакуумная сублимационная сушка; порошковый концентрат ягод брусники; ферментные препараты; химический состав; ягоды брусники
Реферат
В статье представлены результаты исследований по разработке и обоснованию эффективности применения биокаталитического способа обработки ягод брусники при получении порошкового концентрата (ПКБ). Выбраны и исследованы пектолитические и глюканолитические ФП: Рапидаза CR, Pectinex XXL, Брюзайм BGX, Laminex BG2. Определены условия применения индивидуальных ФП для предобработки ягод по показателю выхода сока и проведена оценка их симбиотического действия в составе мультэнзимной композиции (МЭК). Показано, что предварительная обработка мезги ягод брусники индивидуальными ФП в течение 1,0 - 1,5 ч приводит к увеличению доли соковой фракции на 7-18%, а в составе композиций - на 16-26% по сравнению с контролем (мезга ягод брусники, не обработанная ФП). Наилучшие результаты получены с использованием композиций на основе ФП Pectinex XXL - Брюзайм BGX (МЭК-1) и Рапидаза CR - Laminex BG2 (МЭК-2): увеличение доли соковой фракции в мезге ягод брусники составляет 20 и 26% соответственно. Установлено, что предварительная ферментативная обработка ягод брусники с применением МЭК-1 и МЭК-2 позволяет существенно (в 1,2 - 2,0 раза) повысить выход в соковую фракцию природных компонентов ягод, натуральных антиоксидантов, консервантов, красителей и антиоксидантную активность сока на 40 %. Установлено, что применение ФП для обработки мезги ягод брусники приводит к качественным изменениям состава сока: среди катехинов соковой фракции дополнительно идентифицирован эпигаллокатехин, присутствие которого в соке, полученном без применения ФП, выявлено не было. Разработана процессуальная схема предварительной ферментативной обработки мезги ягод брусники при получении ПКБ. Проведена наработка опытной партии ПКБ с применением биокаталитического способа предварительной обработки мезги ягод брусники и способа вакуумной сублимационной сушки. Дана характеристика ПКБ по химическому составу и антиоксидантной активности. Показано, что витамин С и ан-тоцианы достаточно стабильны при хранении ПКБ в течение 9 месяцев при установленных условиях: их потери к концу периода хранения составляют соответственно 14,6% и 9,5%.
Авторы
Быстрова Екатерина Александровна, аспирант
Московский государственный университет пищевых производств
125080, г. Москва, Волоколамское ш. д. 11; [email protected].
Highly effective methods of pretreatment red whortleberry in technologies of powder semi-finished products
Key words
antioxidant activity; biocatalytic method; chemical composition; enzyme preparations; pretreatment red whortleberry; red whortleberry powder; vacuum freeze-drying
Abstracts
The article presents the results of research on the development and validation of the effectiveness of the biocatalytic method pretreatment of red whortleberry powder. Pectolytic and glucanolytic enzyme preparations were selected and studied: Rapidase CR, Pectinex XXL, Bruzheim BGX, Laminex BG2. The conditions for the application of individual enzyme preparations for pretreatment of berries in terms of the yield of juice nave been determined, and their symbiotic effects in the composition of the multitenzyme composition (MEC) have been evaluated. It is shown that pretreatment of the cranberries of cranberry berries with individual enzyme preparations during 1.0 - 1.5 hours leads to an increase in the fraction of the juice fraction by 7 - 18%, and in the composition - by 16 - 26% compared to the control (mash of red whortleberry, not processed by enzyme preparations). The best results were obtained using compositions based on the Pectinex XX -Bruzheim BGX (MEC-1) and Rapidase CR-Laminex BG2 (MEC-2): an increase in the fraction of the juice fraction in the red whortleberry mash is 20 and 26%, respectively. It has been established that preliminary fermentation of cranberries with the use of MEC-1 and MEC-2 makes it possible to increase significantly (1.2-2.0 times) the yield of natural components of berries, natural antioxidants, preservatives, dyes and antioxidant activity of juice on the juice fraction 40%. It has been established that the use of enzyme preparations for the processing of the mash of berries of cowberries leads to qualitative changes in the composition of the juice: among the catechins of the juice fraction, the presence of epigallocatechin in theiuice obtained without the use of enzyme preparations was not identified. The procedural scheme of preliminary enzymatic processing of the pulp of berries cranberries is developed in the production of red whortleberry powder. The work of the experimental batch of red whortleberry powder using a biocatalytic method of pretreatment of the cranberries of cranberries and a method of vacuum freeze-drying was conducted. The red whortleberry powder characteristics in terms of chemical composition and antioxidant activity are given. It is shown that vitamin C and anthocyanins are quite stable when stored in red whortleberry powder for 9 months under the established conditions: their losses by the end of the storage period are respectively 14.6% and 9.5%.
Authors
Bystrova Ekaterina Aleksandrovna, graduate student
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoye av.,
Moscow, 125080, [email protected].
щшзшшшъ
г*.p ■.;■■■■
. . ..-' -i' >>Vr."-
SOLIDS
RUSSIA
^ < 29-30 мая 2018 Экспоцентр Москва
Конференция и выставка по технологиям и транспортировке сыпучих материалов
solids~russia.ru
UO'. ¡г
