RESEARCH ON BIOLOGICALLY ACTIVE SUBSTANCES OF SOME FRUIT CROPS GROWING IN THE SOUTHEAST OF KAZAKHSTAN
Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY
Authors:
1.
Kazakh Scientific Research Institute of the Processing and Food Industry
2.
Kazakh Scientific Research Institute of the Processing and Food Industry
(Senior Researcher of the Laboratory of Grain Products and Animal Feed)
Type:
Article
Pages:
from 30
to 35
Status:
Published
Received:
30.12.2016
Accepted:
30.12.2016
Published:
30.12.2016
Subject area:
UDK 664.8.035
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Currant, raspberry, plum, biologically active substances, extraction, concentrate
Abstract (English):
The article is devoted to obtaining polyphenol concentrates from black currant, raspberry and plum with the purpose of their further use in foods as a source of biologically active substances. The chemical composition of black currant, raspberry and plum growing under the conditions of South-East Kazakhstan is studied. The effect of various process parameters (water duty, alcohol concentration, duration of extraction) on the extraction of phenolic compounds from raw materials is analyzed. The optimum technological conditions for producing extracts from the berries of black currant, raspberry and plum such as water duty of 1:5, the alcohol concentration of 40%, the duration of extraction of 30 min have been established, wherein the polyphenol content is 690 mg/dm3 in the currant extract, 535 mg/dm3 in the raspberry extract, and 522 mg/dm3 in the plum extract. The obtained extracts were used to produce liquid concentrates by means of evaporation in a vacuum rotor evaporator until complete extraction of ethanol. The nutritive and energy value, the content of vitamins, minerals, toxic elements, pesticides, radionuclides and microbiological indices have been determined in the concentrates. The obtained concentrates have a high content of phenolic antioxidant substances with antioxidant activity, particularly a concentrate of black currant up to 2095 mg/dm3. This allows us to recommend using the concentrates not only for the enrichment but also for increasing the storage life of foods.
The article is devoted to obtaining polyphenol concentrates from black currant, raspberry and plum with the purpose of their further use in foods as a source of biologically active substances. The chemical composition of black currant, raspberry and plum growing under the conditions of South-East Kazakhstan is studied. The effect of various process parameters (water duty, alcohol concentration, duration of extraction) on the extraction of phenolic compounds from raw materials is analyzed. The optimum technological conditions for producing extracts from the berries of black currant, raspberry and plum such as water duty of 1:5, the alcohol concentration of 40%, the duration of extraction of 30 min have been established, wherein the polyphenol content is 690 mg/dm3 in the currant extract, 535 mg/dm3 in the raspberry extract, and 522 mg/dm3 in the plum extract. The obtained extracts were used to produce liquid concentrates by means of evaporation in a vacuum rotor evaporator until complete extraction of ethanol. The nutritive and energy value, the content of vitamins, minerals, toxic elements, pesticides, radionuclides and microbiological indices have been determined in the concentrates. The obtained concentrates have a high content of phenolic antioxidant substances with antioxidant activity, particularly a concentrate of black currant up to 2095 mg/dm3. This allows us to recommend using the concentrates not only for the enrichment but also for increasing the storage life of foods.
Keywords:
Currant, raspberry, plum, biologically active substances, extraction, concentrate
Currant, raspberry, plum, biologically active substances, extraction, concentrate
Введение Производство продуктов питания является интенсивно развивающимся сектором в перерабатывающей промышленности Казахстана. Ее эффективное функционирование имеет большое значение для обеспечения экономической безопасности страны и повышения жизненного уровня населения, так как на долю пищевых продуктов приходится примерно 12 % общего объема выпуска продукции в отраслях материального производства страны. При этом следует отметить, что важное место в питании человека отводится биологически ценным продуктам переработки растениеводческого сырья, способствующим снижению уровня заболеваний и повышению иммунитета человеческого организма в современной экологической обстановке, а также получения из них препаратов для увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов. Республика Казахстан (РК) обладает значительным производственным и климатическим потенциалом для выращивания плодово-ягодных культур, естественные запасы которых позволяют использовать их не только для домашних заготовок, но и переработать в промышленных масштабах. По данным агентства статистики РК за 2015 г., площадь выращивания косточковых и семечковых культур составляет 39,5 тыс. га, ягодников - 2,6 тыс. га. Валовый сбор составил 211,0 и 20,2 тыс. тонн соответственно. Анализ результатов исследований зарубежных ученых по разработке технологии глубокой переработки плодово-ягодных и косточковых культур показал, что в условиях Казахстана актуальным и весьма перспективным является направление исследований по созданию биологически активных добавок (БАД) и функциональных пищевых продуктов, обогащенных полифенольными биоантиоксидантами из плодово-ягодных, косточковых культур и отходов их переработки. С этой точки зрения перспективным сырьем являются продукты переработки винограда, черной смородины, малины, сливы, которые, как известно, чрезвычайно богаты биологически активными веществами (БАВ) и представляют собой ценное сырье для изготовления биологически активных добавок (БАД) для обогащения пищевых продуктов и получения функциональных продуктов с естественно-оздоровительным эффектом. Чрезвычайно ценным источником большинства биологически активных соединений является черная смородина. Ее ягоды отличаются высоким содержанием сахаров - до 11 %, органических кис-лот - до 4 %, растворимых сухих веществ - 12...23 %. Имеются также пектиновые и дубильные вещества, минеральные соли и в удовлетворительных количествах витамины В9 (фолиевая кислота - до 0,6 мг) и К1 (филлохинон - 0,7...1,2 мг). Из других биоактивных соединений в последнее время в смородине найдены кумарины и фурокумарины, противоинфарктная активность которых имеет большое значение. Особый интерес к черной смородине вызван высоким содержанием витаминов C и P, минеральных веществ, особенно калия (350 мг/100 г), железа (до 230 мг/100 г), марганца и др. Благодаря высокому содержанию минеральных веществ ягоды черной смородины облегчают состояние больных с сердечно-сосудистыми и почечными заболеваниями [1]. Малина в этом отношении представляет несомненную ценность из-за уникальной способности накапливать в ягодах целый комплекс природных антиоксидантов: аскорбиновую кислоту, Р-активные вещества, пектин, органические и аминокислоты, фруктозу, минеральные вещества. Однако, так как малина плохо хранится, следует ее перерабатывать и получать продукты с БАВ [2]. В зависимости от сорта и условий выращивания в ягодах малины может накопиться от 5 до 11 % сахаров, среди которых преобладают фруктоза и глюкоза, 0,5-0,8 % белка, 0,6-0,9 % пектина, 1,2-2,3 % органических кислот. Ценной составной частью плодов малины являются такие биологически активные вещества, как аскорбиновая кислота (до 50 мг%), катехины (до 80 мг), антоцианы (100-250 мг), витамины В9, В12, Е и др. Из минеральных соединений в малине довольно много железа (1200 мг), цинка (200 мг), меди (170 мг) и марганца (210 мг на 100 г сырого продукта) [3]. Помимо прекрасных вкусовых качеств, слива обладает многими целебными и лечебными свойствами. Плоды сливы являются ценным продуктом для потребления в свежем виде и хорошим сырьем для переработки. Они содержат сахара, витамины Р, С, В1, В2, Е, пектины, минеральные вещества и микроэлементы, необходимые человеку. В зависимости от сорта, а также условий выращивания в плодах сливы содержится 10-30 % сухих веществ, 10-20 % сахаров, 0,4-2,7 % кислот, 0,3-2,1 мг/100 г пектиновых веществ, 15-18 мг/100 г витамина С, до 80 мг/100 г P-активных веществ, до 350 мг/100 г антоцианов и др. [4]. Содержащиеся в вышеперечисленных ягодах и плодах антиоксиданты защищают пищевые продукты от прогоркания жиров, изменения цвета (потемнения), ферментативного окисления напитков (вина, пива, безалкогольной продукции). Как и консервирующие вещества, антиоксиданты применяются для увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов [5]. Таким образом, направление исследований, связанных с разработкой и внедрением технологии получения концентратов полифенолов из растительного сырья для обогащения и увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов отечественного производства, является актуальным и весьма необходимым. Объекты и методы исследования Объектами исследования выбраны ягоды черной смородины, малины и плоды сливы, произрастающие на юго-востоке Казахстана, полученные из них экстракты и концентраты экстрактов. Для извлечения полифенольных веществ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы использован метод водно-спиртовой экстракции с учетом известных работ в этом направлении [6] с варьированием параметров соотношение - твердая фаза/жидкая фаза - 1:5, 1:10, 1:20; объемная доля спирта - 40 %, 60 %, 80 %; продолжительность экстракции - 30 мин, 60 мин. В полученных экстрактах определяли содержание фенольных веществ колориметрическим методом по реактиву Фолина - Чокальтеу [7], общую титруемую кислотность (в пересчете на яблочную кислоту) (СТ РК 1624 2007), содержание растворимых сухих веществ рефрактометрическим методом. В концентратах определили органолептические показатели, показатели безопасности и химический состав. Результаты и их обсуждение Первоначально были отобраны районированные сорта плодово-ягодных культур (смородина, малина, слива) и изучены их биохимические показатели с целью определения наиболее ценных сортов для производства БАД. По хозяйственно-товарным признакам, степени распространенности и с учетом мнения ученых-экспертов из КазНИИПиВ выбраны из смородины сорт Минай Шмырев (белорусского происхождения) и Алтайская десертная (российский сорт), из малины сорт Новокитаевская (украинского происхождения) и Новость Кузмина (российский сорт), из сливы сорт Эдинбургская (английский сорт) и Стенли (американского происхождения) [8]. Результаты исследования представлены в табл. 1. Таблица 1 Биохимические показатели ягод черной смородины, малины и плодов сливы № п/п Сорт Содержание витамина С, мг % Содержание растворимых сухих веществ, % Содержание титруемых кислот, % Содержание общего сахара, % Содержание фенольных веществ, мг/дм3 Смородина 1 Минай Шмырев 80,94 12,0 5,23 6,03 575 2 Алтайская десертная 68,12 11,5 6,12 5,34 540 Малина 3 Новокитаевская 30,45 9,2 1,88 8,23 585 4 Алматинская 25,42 9,0 1,89 8,12 520 Слива 5 Эдинбургская 11,44 17 1,37 9,73 228 6 Стенли 13,98 18 0,58 14,02 417 По результатам исследований видно, что сорт черной смородины Минай Шмырев, малины - Новокитаевская, сливы Стенли превосходят другие отобранные сорта по основным показателям и по содержанию фенольных веществ, поэтому перечисленные сорта выбраны для разработки рационального режима получения экстрактов и дальнейших исследований. Отработаны режимы водно-спиртовой экстракции БАВ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы для обоснования рациональной схемы экстракции фенольного комплекса из сырья. Схема заключается в следующем: свежие ягоды и плоды предварительно сортируют, моют, из плодов сливы вынимаются косточки, затем ягоды гомогенизируют в мельнице, подготовленное таким образом сырье заливают водно-спиртовым раствором и проводят экстракцию, полученные экстракты фильтруют. Исследование по определению содержания полифенолов в экстрактах колориметрическим методом показало (табл. 2), что наибольшее извлечение фенольных веществ из сырья наблюдается при гидромодуле 1:5 при всех вариациях концентрации спирта и времени экстракции. Изменение концентрации спирта и продолжительности экстракции на выделение фенольных веществ влияет незначительно. Поэтому из выделенных режимов наиболее рациональным с точки зрения экономии сырья и времени экстракции является: объемная доля спирта 40 %, гидромодуль 1:5, продолжительность экстракции 30 мин. При этом больше всего фенольных веществ содержится в экстракте смородины - 690 мг/дм3. В экстрактах, полученных при вышеуказанном рациональном режиме, определены общая титруемая кислотность (в пересчете на яблочную кислоту), содержание растворимых сухих веществ (табл. 3). Таблица 2 Влияние технологических параметров на экстагирование фенольных веществ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы № п/п Объемная доля этилового спирта, % Гидро модуль Время экстракции, мин Содержание фенольных веществ, мг/дм3 Экстракт смородины Экстракт малины Экстракт сливы 1 40 1:5 30 690 525 522 2 40 1:5 60 585 570 414 3 40 1:10 30 195 126 123 4 40 1:10 60 195 135 291 5 40 1:20 30 465 180 204 6 40 1:20 60 375 285 228 7 60 1:5 30 600 525 399 8 60 1:5 60 765 270 555 9 60 1:10 30 195 270 150 10 60 1:10 60 240 180 195 11 60 1:20 30 405 237 300 12 60 1:20 60 435 315 333 13 80 1:5 30 765 345 444 14 80 1:5 60 690 345 340 15 80 1:10 30 195 150 123 16 80 1:10 60 195 150 120 17 80 1:20 30 375 600 300 18 80 1:20 60 375 237 300 Таблица 3 Общая титруемая кислотность и содержание растворимых сухих веществ в экстрактах № п/п Наименование показателей Экстракт смородины Экстракт малины Экстракт сливы 1 Общая титруемая кислотность (в пересчете на яблочную кислоту), % 0,39 0,17 0,15 2 Содержание растворимых сухих веществ, % 15,0 12,2 14,0 По разработанной технологии - упаривание в вакуум-ротационном испарителе при температуре 56 °С, остаточном давлении 0,05-0,06 МПа до полного удаления спирта - выработаны жидкие концентраты экстрактов из смородины, малины и сливы. По органолептическим свойствам концентраты имеют свойственный ягодам легкий фруктовый аромат, цвет концентрата смородины и сливы насыщенный бордово-красный, концентрат малины насыщенный розовый, вкус у концентрата смородины и малины слегка кислый, у концентрата сливы сладковатый, консистенция у всех концентратов - жидкая. Совместно с лабораторией ТОО «Эксперт-Тест» (Казахская академия питания) в концентратах изучены микробиологические показатели и показатели безопасности. Результаты анализа показали, что во всех образцах концентратов патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, БГКП (колиформы), не обнаружены, КМАФАнМ, дрожжи и плесени не превышают допустимой нормы (ТР ТС 021/2011, ТР ТС 023/2011). Содержание в образцах кадмия и свинца ниже допустимой нормы; мышьяк и ртуть не обнаружены. Радионуклиды цезий-137, стронций-90 не обнаружены. В исследуемых образцах пестициды ГХЦГ (α, β, γ-изомеры, ДДТ и его метаболиты) не обнаружены (ТР ТС 021/2011, ГН «Сан ЭТкРБ» утв. ТП РК № 201) (табл. 4). В жидких концентратах определена пищевая и энергетическая ценность, содержание витаминов и минеральных веществ (табл. 5). Таблица 4 Показатели безопасности жидких концентратов БАВ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы № п/п Наименование показателей Допустимые нормы по НД Концентрат смородины Концентрат малины Концентрат сливы Токсичные элементы, мг/кг, не более 1 Мышьяк (As) 0,05 Не обн. Не обн. Не обн. 2 Свинец (Pb) 0,5 0,1 0,026 0,038 3 Кадмий (Cd) 0,03 0,0028 0,0018 0,004 4 Ртуть (Hg 0,01 Не обн. Не обн. Не обн. Пестициды, мг/кг, не более 5 ГХЦГ (α, β, γ-изомеры), 0,05 Не обн. Не обн. Не обн. 6 ДДТ и его метаболиты 0,1 Не обн. Не обн. Не обн. Радионуклиды, Бк/кг, не более: 7 Цезий-137 40 1,95 1,95 1,95 8 Стронций -90 30 2,32 2,32 2,32 Микробиологические показатели 9 Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, в 25 г (см3) Не доп. Не обн. Не обн. Не обн. 10 КМАФАнМ, КОЕ/г (см3), не более 5х103 <1.5х102 <1.5х102 <1.5х102 11 БГКП (колиформы) в 1,0 г (см3) Не доп. Не обн. Не обн. Не обн. 12 Дрожжи, в 1 г (см3) КОЕ/г (см3) 2х103 <1,0х101 <1,0х101 <1,0х101 13 Плесени, в 1 г (см3) КОЕ/г (см3) 5х102 <1,0х101 <1,0х101 <1,0х101 Таблица 5 Химический состав жидких концентратов БАВ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы № п/п Наименование показателей Обозначение НД на методы испытания Концентрат смородины Концентрат малины Концентрат сливы Пищевая ценность, г/100г 1 Белки ГОСТ 26889-86 0,21 0,20 0,53 2 Жиры ГОСТ 8756.21-89 0,07 0,11 0,20 3 Углеводы И.М. Скурихин, 1987 5,2 4,1 9,0 4 Энергетическая ценность, ккал/кДж/ 100 г И.М. Скурихин, 1987 22,3/93,3 18,2/76,1 39,9/166,9 Содержание витаминов, в 100 г 5 В1 (тиамин), мг Р4.1.1672-2003.р.1.п.3 0,0033 0,05 1,79 6 В6 (пиридоксин), мг Р4.1.1672-2003.р.1.п.2 0,0056 0,027 1,72 7 В9 (фолиевая кислота), мкг МВИ.МН 2146-2004 0,045 0,058 0,92 8 С (аскорбиновая кислота), мг ГОСТ 24556-89 0,50 0,50 0,45 Минеральные вещества, мг в 100 г 9 Железо (Fe) ГОСТ 26928-86 0,3 0,14 0,54 10 Цинк (Zn) ГОСТ Р 51301-99 0,112 0,083 0,086 11 Кальций (Ca) Р4.1.1672-2003.р.2.п.3 142 105 80 12 Содержание фенольных веществ, мг/дм3 2095 1095 1785 Как показали результаты исследования, по количественному содержанию витаминов группы В выделяется концентрат сливы, который содержит в 100 г тиамина (В1) - 1,79 мг, пиридоксина (В6) - 1,72 мг, фолиевой кислоты (В9) - 0,92 мкг. По количественному содержанию минеральных веществ выделяется концентрат черной смородины, в нем содержится в 100 г - железа (Fe) - (0,3±0,06) мг, цинка (Zn) - (0,112±0,023) мг, кальция (Ca) - (142±28,4) мг. Концентрат малины уступает по содержанию витаминов концентрату сливы, но превосходит по содержанию минеральных веществ и по содержанию витаминов концентрат смородины, но уступает по содержанию минеральных веществ. Больше всего фенольных веществ содержится в концентрате черной смородины - 2095 мг/дм3. Выводы Установлен оптимальный режим водно-спиртовой экстракции БАВ из ягод черной смородины, малины и плодов сливы - объемная доля спирта 40 %, гидромодуль 1:5, продолжительность экстракции 30 мин. Концентрат БАВ из плодов сливы отличается большим количественным содержанием витаминов группы В по сравнению с концентратами БАВ из ягод черной смородины и малины. Концентрат БАВ из ягод черной смородины отличается большим количественным содержанием минеральных и фенольных веществ по сравнению с концентратами БАВ из ягод малины и плодов сливы. В полученных концентратах наблюдается высокое содержание фенольных веществ, обладающих антиоксидантной активностью, особенно в концентрате из ягод черной смородины, это позволяет рекомендовать использовать концентраты не только для обогащения, но и для увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов.
1. Simahina, G.A. Chernaya smorodina: perspektivy kompleksnogo ispol'zovaniya dlya polucheniya krioproduktov / G.A. Simahina, N.V. Naumenko // Produkty i ingredienty. - 2007. - № 4. - S. 30-32.
2. Prichko, T.G. Osobennosti nakopleniya biologicheski aktivnyh veschestv v yagodah maliny yuga Rossii / T.G. Prichko, L.D. Chalaya, L.A. Hil'ko // VSTISP.- Sb. Plodovodstvo i yagodovodstvo Rossii. Yagodovodstvo. - T. HHII, ch. 2. - S. 367-376.
3. Kazakov, I.V. Malina i ezhevika. - M.: Folio, 2001. - 256 s.
4. Zaremuk, R.Sh. Kachestvo plodov perspektivnyh sortov slivy domashney dlya Krasnodarskogo kraya // Plodovodstvo i vinogradarstvo Yuga Rossii. - 2014. - № 28(04).
5. Sarafanova, L.A. Pischevye dobavki. Enciklopediya. - SPb.: GIORD, 2004. - 808 s.
6. Cosmulescu, S. Influence of the extraction solvent on antioxidant capacity and total phenolic in currant fruits./ S. Cosmulescu, I. Trandafir, V. Nour // Journal of applied botany and food quality. - 2014. - vol. 87. - R. 206-209.
7. Gerzhikova, V.G. Metody tehnohimicheskogo kontrolya v vinodelii. - Simferopol': Tavrida, 2002. - 304 s.
8. Rayonirovannye i perspektivnye sorta plodovyh, yagodnyh kul'tur i vinograda dlya Yuga i Yugo-Vostoka Kazahstana: rekomendacii / KazNII plodovodstva i vinogradarstva. - Almaty, 2008. - 68 s.
