RESEARCH ON THE WILD BERRIES OF SIBERIA EXTRACTION USING BIOCATALYTIC METHODS
Abstract and keywords
Abstract (English):
Physico-chemical properties of raw materials have been defined. Studies on the influence of different factors on the process of extraction have been done. Dependences on the temperature of the process have been established. With the purpose of intensification of the extraction process the treatment with enzyme preparations Fructozym P6L at the concentration of 0.05 % and the duration of 120–150 minutes is proposed.

Keywords:
Extraction, cranberries, red bilberries, temperature, enzyme preparations, concentration.
Text
Publication text (PDF): Read Download

Введение

В последние годы расширяется производство многокомпонентных напитков, для названия кото­рых ис­пользуют термин «бальзам». Основу таких напитков составляют экстракты и настои плодов и ягод, пряноаро­матических растений, формирующие вкусовую основу напитков и повышающие их пище­вую ценность. Безал­когольные бальзамы как одна из концентрированных форм напитков служат источни­ком ряда микронутриентов – полифенольных соеди­нений, органических кислот, макро- и микронутри­ентов – за счет входящего в состав рецептуры сырья растительного и животного происхождения. Это по­зволяет отнести безалкогольные бальзамы к продук­там, для которых качество неразрывно связано с со­хранением физиологической активности.

Для оптимизации вкуса напитка и его качества подбирают различные компоненты, смеси продуктов и ингредиенты.

Сибирский регион располагает огромными при­родными ресурсами, среди которых важное место принадлежит местному растительному сырью (как культурному, так и дикорастущему). Растительные объекты служат для человека источником органиче­ских кислот, витаминов, сахаров, макро- и микро­элементов, пищевых волокон и др.

В качестве пищевых добавок имеет смысл ис­пользовать те дикоросы, химический состав и фар­макологические свойства которых хорошо изучены. Известно, что клюквенные напитки обладают жаро­понижающим и жаждоутоляющим действием, ока­зывают губительное действие на кокковые формы микроорганизмов, стабилизируют секрецию подже­лудочной железы. Напитки из брусники применяют в диетическом и лечебном питании: при гастритах с пониженной кислотностью, повышенным кровяным давлением, подагре, ревматизме и простудных забо­леваниях.

Экстракты из пищевых дикоросов можно приме­нять в качестве основы для функциональных напитков.

Ассортиментный ряд плодово-ягодных экстрак­тов можно постоянно расширять, создавая новые композиции из дикоросов, спектр которых на терри­тории Сибири достаточно велик. Расширять ассор­тимент таких полезных напитков можно как в на­правлении конструирования новых органолептиче­ских характеристик, так и в плане воздействия на ор­ганизм человека: противолучевого, антиоксидант­ного, адаптогенного, тонизирующего, бактерицид­ного, иммуностимулирующего. Употребление на­питков на основе дикоросов – это реальная возмож­ность улучшения структуры питания и поддержания здоровья населения.

На эффективность процесса экстрагирования влияет способ подготовки сырья. Из всех видов предварительной обработки наиболее эффективны биокаталитические методы, которые почти на поря­док увеличивают коэффициент внутренней диффу­зии.

Различные факторы не только по-разному влияют на отдельные стадии процесса экстрагирования, но и находятся во взаимодействии между собой. Для того чтобы достаточно полно и строго оценить влияние важнейших факторов на отдельные стадии процесса и их совокупное действие в целом, необходимо пре­жде всего выразить эти зависимости количественно с помощью соответствующих математических моде­лей, которые позволяют сочетать аналитические ме­тоды с экспериментальными и находить оптималь­ные режимы проведения процесса с учетом особен­ностей строения сырья и изменения его в процессе экстрагирования, определить тип аппарата, наиболее подходящий для данного вида сырья и условий про­ведения процесса.

 

Объекты и методы исследований

В качестве объектов исследований были исполь­зованы быстрозамороженные ягоды клюквы и брус­ники. Срок годности для замороженных ягод состав­ляет 6 месяцев. В течение этого времени ягоды прак­тически полностью сохраняют вкусовые качества и питательные вещества. Таким образом, использова­ние в производстве замороженных ягод клюквы и брусники позволит устранить сезонность их перера­ботки, обусловленную коротким периодом массо­вого сбора, и обеспечить ценным сырьем и витами­нами в осенне-зимний период.

При использовании водно-спиртовых растворов для экстрагирования из сырья могут извлекаться час­тично как водорастворимые, так и спиртораствори­мые фракции. В химическом составе плодово-ягод­ного сырья преимущественно преобладают водорас­творимые фракции (фенольные вещества, в том числе лейкоантоцианы и рутин, аскорбиновая ки­слота, сахара). Кроме того, спирт является дорого­стоящим сырьем, а получаемые экстракты предлага­ется использовать в рецептурах безалкогольных на­питков, поэтому в качестве экстрагента для данных исследований была использована вода при соотно­шении 1:4.

С целью интенсификации процесса экстрагирова­ния замороженное сырье после измельчения подвер­галось обработке ферментными препаратами пекто­литического и цитолитического действия: Фрукто­цим Колор, Фруктоцим П6Л, Биоцеллюлаза. Для этого суспензии ферментных препаратов вносились в определенных дозировках в воду перед проведением процесса экстрагирования.

 

 

Работа проводилась в научно-исследова-тельской лаборатории кафедры «Технология бродильных про­изводств и консервирования» Кемеровского техно­логического института пищевой промышленности. Ряд исследований был осуществлен на лабораторной базе кафедры «Процессы и аппараты пищевых про­изводств».

Для качественной и количественной оценки ягод и получаемых из них экстрактов были использованы стандартные методы, применяемые в консервной промышленности [2–4].

При определении пектолитической и цитолитиче­ской активности использовался калориметрический метод с применением 0,2 % раствора антрона [1].

 

Результаты и их обсуждение

На начальном этапе исследований в ягодах были определены физико-химические показатели, которые приведены в табл. 1. Значения данных показателей оказывают непосредственное влияние на состав и качество получаемых продуктов переработки – экстрактов.

 

Таблица 1

 

Физико-химические показатели ягод клюквы и брусники

 

Показатель

Клюква

Брусника

Массовая доля сухих веществ, %

11,5±0,2

12,8±0,2

Общее содержание

фенольных веществ, мг/100 г

640±5

810±5

Содержание рутина, мг/100 г

430±3

600±3

Содержание

лейкоантоцианов, мг/100 г

66±0,5

97,8±0,5

Содержание

аскорбиновой кислоты, мг/100 г

17±1

15±1

Массовая доля сахаров, %

3,7±0,7

8,1±0,7

Массовая доля

пектиновых веществ, %

0,43±0,03

0,25±0,03

Содержание

бензойной кислоты, мг/100 г

0,1±0,01

0,3±0,01

 

Витамины и фенольные вещества (в том числе антоцианы, Р-активный рутин и другие соединения) являются основными природными антиоксидантами, то есть веществами, способными в малых концен­трациях замедлять или предотвращать окислитель­ные процессы в организме. Содержащаяся бензойная кислота обладает хорошими консервирующими свойствами, благодаря чему ягода и продукты ее пе­реработки могут храниться длительное время без до­бавления искусственных консервантов.

Как видно из табл. 1, клюква и брусника содер­жат разное количество сухих веществ, поэтому целе­сообразно сравнивать их с учетом влажности. При пересчете на сухое вещество становится очевидно, что содержание фенольных веществ и аскорбиновой кислоты в ягодах клюквы больше, чем в бруснике, на 9,5 и 57 % соответственно. Также клюква содержит

почти в 2,5 раза большее количество пектина, содер­жание которого может оказывать значительное влияние на процесс экстрагирования.

Однако брусника содержит большее количество сахаров, которые при экстрагировании легко перехо­дят в экстракт.

Таким образом, на основании проведенных ис­следований можно сделать вывод о целесообразно­сти использования природного плодово-ягодного сырья Западно-Сибирского региона для производ­ства экстрактов.

Известно, что увеличение температуры ускоряет процесс экстрагирования, но это может отрица­тельно сказаться на ценных веществах экстракта.

Для определения влияния температуры на про­цесс экстрагирования эксперименты проводились в термостате при различных ее значениях: 30, 45 и 60 0С. Результаты по выходу сухих веществ в зависимо­сти от температуры процесса представлены в табл. 2.

 

Таблица 2

 

Выход сухих веществ в зависимости от температуры

и времени экстрагирования

 

Температура, 0С

 

Время, мин

Клюква

замороженная

Брусника

замороженная

30

45

60

30

45

60

30

0,4

0,6

0,5

0,5

0,8

0,8

60

0,7

0,8

0,9

0,7

1,0

1,1

90

0,9

0,9

0,95

1,0

1,1

1,1

120

1,0

1,0

1,0

1,0

1,1

1,1

150

1,0

1,0

1,0

1,0

1,1

1,1

 

Как видно из полученных данных, наибольший выход сухих веществ наблюдается при температуре экстрагирования 45–60 0С и продолжительности 60–150 минут. Однако с учетом вышесказанного и эконо­мической целесообразности температуру выше 45 0С использовать не рекомендуется, поэтому для даль­нейших исследований была выбрана температура 30 0С.

Что касается продолжительности процесса, то выход сухих веществ не меняется после 90 минут выдержки для брусники и 120 минут для клюквы, поэтому эти параметры можно использовать для дальнейших исследований.

Перед проведением исследований процесса экст­рагирования с использованием биокаталитического способа воздействия определили пектолитическую и цитолитическую активность. Данные представлены в табл. 3.

Обработку ферментными препаратами проводили в различных концентрациях (0,01; 0,05; 0,1; 0,2) для выявления оптимальных условий процесса. Продол­жительность экстрагирования изменялась от 30 до 150 минут.

 

 

 

 

 

Таблица 3

 

Активность ферментных препаратов

 

Ферментный

препарат

Пектолитическая активность, ед/г

Цитолитическая активность, ед/г

Фруктоцим Колор

3600±10,0

Фруктоцим П6Л

4125±10,0

Биоцеллюлаза

2600±10,0

 

Для определения оптимальных параметров экст­рагирования был спланирован трехфакторный экспе­римент, где изменяемыми параметрами являлись концентрация ферментного препарата и продолжи­тельность экстрагирования. Процесс контролиро­вался по выходу сухих веществ. Поверхности от­клика с применением различных ферментных препа­ратов приведены на рис. 1–6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,4307 + 0,0126*τ – 3,509*сфп + 0,019*τ*сфп

– 0,47*10–42 + 8,649*сфп2

 

Рис. 1. Зависимость выхода сухих веществ клюквы от концентрации ФП (Фруктоцим Колор) и времени вы­держки: 1 – концентрация ФП; 2 – время выдержки, мин;    3 – выход сухих веществ, %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,7148 + 0,0103*τ + 0,136*сфп + 0,008*τ*сфп

– 0,33*10–42 – 8,92*сфп2

 

Рис. 2. Зависимость выхода сухих веществ брусники от концентрации ФП (Фруктоцим Колор) и времени вы­держки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 1,025 + 0,0068*τ + 1,1717*сфп – 0,0069*τ*сфп

– 0,21*10–42 – 0,285*сфп2

 

Рис. 3. Зависимость выхода сухих веществ клюквы от концентрации ФП (Фруктоцим П6Л) и времени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,8622 + 0,009*τ + 5,032*сфп – 0,014*τ*сфп

– 0,32*10–42 – 14,265*сфп

 

Рис. 4. Зависимость выхода сухих веществ брусники от концентрации ФП (Фруктоцим П6Л) и времени

 

С учетом построенных поверхностей были опре­делены оптимальные параметры процесса экстраги­рования. Оптимальными параметрами при обработке ферментным препаратом Фруктоцим Колор как для клюквы, так и для брусники является концентрация 0,1 % и продолжительность 120 минут при 30 0С. При обработке ферментным препаратом Фруктоцим П6Л оптимальными условиями экстрагирования яв­ляются концентрация препарата 0,05 % и продолжи­тельность 120–150 минут при 30 0С. При этом выход сухих  веществ  для  клюквы  составляет  1,6 %, для

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,543277 + 0,008161*τ + 4,19433*сфп +

+ 0,017295*τ*сфп – 0,26*10–42 – 28,54* сфп2

 

Рис. 5. Зависимость выхода сухих веществ клюквы от концентрации ФП (Биоцеллюлаза) и времени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,451746 + 0,01782*τ + 1,40237*сфп +

+ 0,025217*τ*сфп – 0,78*10–42 – 23,988*сфп2

 

Рис. 6. Зависимость выхода сухих веществ брусники от концентрации ФП (Биоцеллюлаза) и времени

 

брусники – 1,8 %. При обработке ферментным пре­паратом Биоцеллюлаза оптимальными условиями экстрагирования являются концентрация препарата 0,05 % для брусники, 0,1 % для клюквы в течение    90 минут при 30 0С. При этом выход сухих веществ для клюквы составляет 1,5 %, для брусники – 1,6 %.

Таким образом, наиболее подходящими усло­виями для проведения процесса экстрагирования из ягод клюквы и брусники является водная экстракция при температуре 30 ºС в течение 120–150 минут с добавлением ферментного препарата Фруктоцим П6Л в концентрации 0,05 %.

References

1. Ruhlyadeva, A.P. Metody opredeleniya aktivnosti gidroliticheskih fermentov / A.P. Ruhlyadeva, G.V. Polyga¬lina. - M.: Legkaya i pischevaya prom-st', 1981. - 288 s.

2. GOST R 50476-93. Produkty pererabotki plodov i ovoschey. Metod opredeleniya soderzhaniya sorbinovoy i benzoy-noy kislot pri ih sovmestnom prisutstvii. - M.: Izd-vo standartov, 1993.

3. GOST 8756.2-82. Produkty pischevye konservirovannye. Metody opredeleniya suhih veschestv ili vlagi.

4. GOST 8756.13-87. Produkty pischevye konservirovannye. Metody opredeleniya saharov.


Login or Create
* Forgot password?