БЕЗАЛКОГОЛЬНЫЙ НАПИТОК ИЗ КОНЦЕНТРАТА БРУСНИКИ
ALCOHOL-FREE BEVERAGE OF RED BILBERRY CONCENTRATE

Изобретение относится к безалкогольной промышленности.
Здоровое питание с каждым годом становится все более популярным. В связи с этим растут объемы производства полезных для здоровья традиционных продуктов питания, и вместе с тем разрабатываются новые продукты, отвечающие высоким вкусовым и лечебно-профилактическим свойствам. В этом сегменте «здоровых» продуктов питания особое место занимают безалкогольные сокосодержащие напитки, отличающиеся широким и разнообразным набором природных биологически активных соединений и имеющие выраженный натуральный цвет, вкус и аромат.
Потребление таких напитков благоприятно не только с точки зрения эстетического удовольствия, но и способствует обогащению рациона питания ценными и полезными для организма человека биологически активными веществами (витаминами, макро- и микроэлементами, пищевыми волокнами, органическими кислотами), повышению защитных сил организма, особенно в условиях экологического неблагополучия, выведению токсинов из организма, улучшению общего физиологического состояния человека.
Практическое применение жидких ферментативных гидролизатов ягод брусники для производства продуктов питания может быть ограничено потому, что их получение носит сезонный характер. Кроме того, объемы производства ферментативных гидролизатов могут быть достаточно велики, поэтому для их хранения и транспортировки требуется большое количество тары и огромные складские помещения. В связи с этим для рационального и наиболее широкого применения в пищевой промышленности ферментативных гидролизатов брусники целесообразно получать их концентраты.
2
Целебные свойства ягод брусники обусловлены их химическим составом. Ягоды брусники богаты витаминами, особенно витамином С. Для пополнения запаса витамина С лучше всего есть свежие ягоды, прямо с куста. По содержанию каротина (провитамина А) брусника превосходит клюкву, лимоны, груши, яблоки, виноград и чернику. Богата она и витамином В. В ягодах содержатся также сахара, катехины, минеральные соли, пектиновые и дубильные вещества, органические кислоты (яблочная, лимонная, уксусная, муравьиная и щавелевая). Ягоды брусники обладают мочегонным и дезинфицирующим действием и традиционно применяются при камнях в почках, подагре, ревматизме, пиелонефрите, цистите. Кроме того, брусника усиливает активность антибиотиков и сульфаниламидных препаратов, а также используется для повышения аппетита после перенесенных тяжелых болезней и травм. В этом случае очень полезен морс из ягод, так как он сочетает в себе противовоспалительное и мочегонное действия, т.е. подавляет развитие микробов и выводит токсины. Кислый напиток утоляет жажду, а содержащиеся в нем витамины укрепляют силы. Полезен морс и при онкологических заболеваниях - при раковой интоксикации. Брусника способствует усвоению пищи, усиливает выделение слюны, желудочного и панкреатического соков, поэтому с ее помощью успешно лечат гастриты с пониженной кислотностью, воспаление поджелудочной железы. Применяется она и как вспомогательное средство при лечении гипертонической болезни. Медь, содержащаяся в ягодах и листьях брусники (от 0,87 до 2,53 мг %), делает ее полезной для лечения сахарного диабета. Входящие в состав плодов и листьев брусники дубильные вещества обладают способностью связывать и обезвреживать некоторые тяжелые металлы, вредные для организма, например соли кобальта, цезия и свинца.
Однако ценные биологически активные вещества ягод находятся преимущественно в ассоциативной связи с растительными биополимерами сырья (в т.ч. формирующими каркас клеточных стенок растений - клетчаткой, гемицеллюлозой, пектиновыми веществами), и лишь часть их локализуется в клеточном соке и при переработке легко переходит в растворимую часть продукта. Поэтому проведение ферментативной модификации растительных ингредиентов ягод с применением высокоспецифичных ферментных препаратов, содержащих целлюлолитический, гемицеллюлазный и пектолитический комплекс, будет способствовать повышению экстрактивной способности растительной ткани и переводу целого комплекса физиологически функциональных ингредиентов в растворимую часть.
Известен способ ферментативной обработки ягод брусники путем добавления различных ферментных препаратов Фруктоцим-колора или Laminex BG («Применение биотехнологических приемов для переработки ягод красной смородины и брусники». Траубенберг С.Е. и др. Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2008 г., стр.67-69) [1].
Недостатком известного способа являются низкий выход сока брусники, пониженное содержание биологически активных компонентов, а также низкая сохранность сока, поскольку он не является концентрированным.
Известна сухая смесь для приготовления безалкогольных и алкогольных напитков, содержащая растительные компоненты: корень элеутерококка, плоды брусники, траву череды, плоды бархата амурского и хвою кедра корейского, при определенном соотношении компонентов (см. RU 2372800 С2, 20.11.2009).
Недостатком известной композиции являются низкие органолептические показатели готового напитка.
Наиболее близким аналогом является безалкогольный напиток, содержащий белковый гидролизат, сахар, сок плодовый - цитрусовый или яблочный, ароматизатор, натуральный краситель и газированную или негазированную воду, соль, томатный, или огуречный, или тыквенный сок, а в качестве белкового гидролизата - белковый концентрат, полученный ферментативным гидролизом молок промысловых рыб, при определенном соотношении компонентов (см. RU 2058093 А1, 20.04.1996).
Недостатком наиболее близкого аналога являются низкие органолептические показатели готового напитка.
Задачей изобретения является улучшение органолептических свойств напитка, расширение ассортимента безалкогольных напитков.
3
Поставленная задача решается тем, что безалкогольный напиток из концентрата брусники, характеризующийся тем, что содержит концентрат брусники, сахарный сироп и воду питьевую, при этом концентрат брусники получают следующим образом: дробят бруснику с получением мезги, выдерживают мезгу в течение 10-15 минут при температуре 40-45°С, вносят в нее смесь ферментных препаратов Фруктоцим-колор и Laminex BG при следующем соотношении мезга - смесь ферментов 100 г - 0,015 г, осуществляют гидролиз в течение 1-2 часов при температуре 40-45°С при постоянном перемешивании, нагревают смесь до температуры 80-85°С, выдерживают в течение 1-2 минут и затем охлаждают до температуры 30-40°С, осуществляют разделение на жидкую фракцию с содержанием сухих веществ 10-11% и твердый остаток путем прессования, затем жидкую фракцию концентрируют под вакуумом при температуре 50-60°С, при этом соотношении ферментных препаратов в смеси составляет 1:1, содержание сухих веществ в концентрате составляет 40-45%, при следующем соотношении ингредиентов, кг на 1000 дм готового продукта:
Концентрат брусники
11,2-14
Сахарный сироп
19.5-78
Вода питьевая
остальное.
Дополнительно безалкогольный напиток содержит сок яблочный концентрированный в количестве 34 кг.
Техническим результатом заявленного изобретения является получение безалкогольного напитка, содержащего биоактивные компоненты ягод - органические кислоты (в 1,3-1,5 р.), витамины С (в 1,25 р.), биологически активные полифенольные соединения (в 2,3 р.), антоцианы (в 2,4 р.) и катехины (в 1,5 р.). Полученный безалкогольный напиток можно рассматривать как ценный функциональный ингредиент при создании продуктов питания с гармоничным сочетанием пищевых, профилактических и потребительских достоинств. Выбранные условия концентрирования позволяют получить концентрат ферментативного гидролизата ягод брусники (КФГБ) с содержанием сухих веществ 40-45% и с хорошими органолептическими свойствами. Технический результат будет достигаться только при заявленном качественном и количественном соотношении компонентов, а также при использовании только заявленных режимов.
Результаты органолептической оценки свидетельствуют, что КФГБ обладает высокими потребительскими качествами (табл.1), а микробиологическое состояние КФГБ соответствует требованиям СанПиН, предъявляемым к концентратам.
Таблица 1
Органолептические и физико-химические показатели КФГБ
Показатель
КФГБ
Массовая доля сухих веществ, %
40,00
Внешний вид
Прозрачная жидкость без осадка
Вкус и запах
Свойственный ягодам брусники
Цвет
Темно-красный
Наличие осадка
Отсутствует
рН
2,3
Данные биохимического состава демонстрируют его высокую пищевую и биологическую ценности (табл.2).
Таблица 2
Химический состав КФГБ
Показатель
Содержание, мг/100 мл
Содержание сухих веществ, %
40,0
Титруемые к-ты (в пересчете на лимонную), %
3,8
Общий сахар, мг/100 мл
27,6
Содержание антоцианов
128,8
Содержание катехинов
83,0
Содержание полифенолов
2723,0
Содержание витамина С
52,8
КФГБ отличается значительным содержанием и редким разнообразием органических кислот (3,8 г/100 мл в пересчете на лимонную кислоту) (табл.3, 4), что обусловливает разносторонний спектр их физиологического действия.
Таблица 3
Содержание некоторых органических кислот в КФГБ
Органические кислоты
Содержание, мг/г
Хинная кислота
54,4
Яблочная кислота
10,5
Изолимонная кислота
12,9
Лимонная кислота
92,9
Органические кислоты благоприятно влияют на жировой обмен и активизируют деятельность пищеварительного тракта. А представители фенолокислот, природным носителем которых являются ягоды брусники (бензойная, салициловая, хинная, хлорогеновая, галловая), обладают не только высокой биологической активностью, но и ценными технологическими свойствами. Некоторые кислоты, в первую очередь бензойная, салициловая, а также хлорогеновая, обладают выраженным антисептическим действием, что обусловливает хорошую способность продуктов переработки ягод брусники к хранению. Кроме того, бензойная и галловая кислоты относятся к соединениям антиоксидантного ряда, присутствию которых в пищевых продуктов сегодня уделяется большое внимание. Значительное содержание органических кислот КФГБ обусловливает низкое значение активной кислотности среды (рН=2,3), которое способствует естественной защите концентрата от действия микроорганизмов.
Исключительно важное значение для оценки пищевой ценности концентрата имеет наличие в нем витаминов и биоактивных полифенольных соединений. Известно, что в процессе термической обработки значительная часть витаминов (особенно аскорбиновая кислота) разрушается, поэтому большой интерес вызывали исследования по определению содержания витаминов и компонентов полифенольного комплекса концентрата ферментативного гидролизата ягод брусники. Определение проводили с использованием современных методов высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Как показали проведенные исследования, общее содержание полифенолов в концентрате составляет 2723,0 мг/100 мл, антоцианов - красящих пигментов ягод - 128,8 мг /100 мл, катехинов - 83,0 мг/100 мл (табл.2). Изучен качественный состав этой важнейшей группы биологически активных соединений. Результаты исследований представлены в таблицах 4, 5.
Таблица 4
Состав антоцианов КФГБ
Антоцианы, %
Объект исследования
Цианидин-3-галактозид
Цианидин-3-глюкозид
Цианидин-3-арабинозид
КФГБ
85,6
1,4
13
Изучение качественного состава антоцианов в концентрате показало, что серия антоцианов построена на основе антоцианидина - цианидина. Из cахаров, входящих в молекулу антоцианов, выявлены глюкоза, галактоза, арабиноза. С точки зрения пищевой технологии интерес представляют антоцианы, которые присутствуют в больших количествах, так как именно они формируют окраску сырья и продуктов. Большая доля в количественном отношении приходится на цианидин-3-галактозид, в меньших количествах присутствует цианидин-3-арабинозид и цианидин-3-глюкозид (табл.4).
Данные хроматографических исследований (КФГБ) показывают, что серия катехинов концентрата ферментативного гидролизата представлена эпигаллокатехином (230 мг/л), катехином (100 мг/л) и эпикатехином (150 мг/л), обнаружены также их эфиры с галловой кислотой (эпикатехин галлат, галлокатехин галлат, эпигаллокатехин галлат) (табл.5).
Содержание катехинов в концентрате ферментативного гидролизата ягод брусники, мг/л.
Таблица 5
Наименование катехинов
КФГБ
Сумма катехинов, из них:
830
Эпигаллокатехин
230
Катехин
110
Эпикатехин
150
Эпигалокатехин галлат
30
Галлокатехин галлат
60
Эпикатехин галлат
250
Среди обнаруженных катехинов выявлено наибольшее содержание эпигаллокатехина и эпикатехин галлата (28% и 30% соответственно), в меньших количествах присутствуют катехин и эпикатехин (13% и 18% соответственно) и на долю других обнаруженных соединений эпигаллокатехин галлата и галлокатехин галлата приходятся чуть более 10% (табл.5.)
Флавоноидные соединения проявляют капилляроукрепляющие, противовоспалительные и антиокислительные свойства, благодаря чему оказывают положительное влияние на организм человека, в частности замедляют процессы старения, тормозят рост раковых опухолей, защищают организм в условиях повышенной радиации. Поэтому присутствие их в рационе питания человека позволит существенно снизить риск возникновения различных заболеваний.
Антиоксидантный эффект, обусловленный присутствием в концентрате разнообразных групп флавоноидных соединений, будет усиливаться присутствием витамина С за счет синергического эффекта. Как показали проведенные исследования, содержание этого важнейшего в физиологическом отношении витамина составляет 52,8 мг/100 мл концентрата (табл.2). А природное сочетание витамина С с соединениями, обладающими Р-витаминной активностью, будет способствовать стабилизации витамина и повышению эффективности его действия.
Дозировку вносимых препаратов и диапазон продолжительности ферментативного гидролиза выбирали исходя из ранее определенных условий применения каждого ферментного препарата в отдельности (концентрация, время и другие параметры). Ферментные препараты вносили в мезгу ягод брусники, одновременно проводили ферментативный гидролиз в оптимальных для действия ферментов условиях (t=40-45°C). Затем гидролизат нагревали для инактивации ферментов до температуре 80-85°С и отделяли сок от мезги прессованием. Определяли выход сока и % снижения вязкости гидролизата относительно сока, полученного без применения ферментных препаратов (контроль), с отдельными ферментными препаратами и смесью ферментных препаратов.
При этом максимальный выход сока наблюдается при условии применения смеси ферментных препаратов, в котором соотношение ферментных препаратов составляет 1:1 (50% от оптимальной концентрации каждого препарата в отдельности, при условии их индивидуального применения, что составляет 1,6 ед. ПкА/г пектина для Фруктоцим-Колор и 7,3 ед. ЦА /г клетчатки для Laminex BG Glucanase Complex.) и длительности ферментативного воздействия 1-2 часа. При этом выход сока увеличивается на 40%, а вязкость снижается на 90%.
Кроме того, исследовали влияние ферментативной обработки с использованием ферментных препаратов на выход физиологически функциональных ингредиентов ягод брусники в растворимую часть.
Для этого проводили сравнительный анализ по их содержанию в соке, полученном без ферментативной обработки (контроль) и с применением смеси ферментов в пересчете на 100 г ягод брусники. Полученные данные представлены в табл.6.
Влияние ферментативной обработки ягод брусники с использованием смеси ферментов на выход физиологически функциональных ингредиентов
Что касается внесения отдельных ферментных препаратов при переработке ягод брусники, то из [1] известно что обработка ягод брусники Фруктоцим-колором способствует увеличению выхода сока на 12-30% и снижению вязкости получаемых гидролизатов на 85-91%, а при обработке брусники Laminex BG выход сока увеличивается на 4-15%, а накопление редуцирующих веществ составляет 53-61,6 мг/мл.
Результаты проведенных исследований, полученные с применением современных методов анализа, показали, что ферментативная обработка с использованием смеси ферментов способствует существенному увеличению выхода в растворимую часть ферментативных гидролизатов экстрактивных веществ: органических кислот, витаминов, полифенольных соединений, антоцианов, катехинов. Увеличивается выход органических кислот (лимонной, D-изолимонной и L-яблочной кислот) в 1,3-1,5 раза (табл.6).
При этом наблюдается увеличение выхода антоцианов - красящих веществ растений. Выход антоцианов увеличивается в 2,4 раза (18,93 мг/100 г ягод брусники (без применения ферментного препарата) и 45,58 мг/100 г ягод брусники с применением смеси ферментов) (табл.6). Увеличение выхода антоцианов и максимальное их сохранение в процессе переработки имеет большое значение, так как по содержанию антоцианов в продуктах переработки плодово-ягодного сырья судят об эффективности технологического процесса.
Проведение ферментативной обработки ягод брусники позволяет увеличить выход еще одной важнейшей группы флавоноидов-катехинов (в 1,5 раза), обладающих наиболее высокой Р-витаминной активностью по сравнению с другими группами флавоноидных соединений (табл.6).
Об эффективности проведения ферментативной обработки ягод брусники можно судить и по выходу в ФГБ витамина С. Как показали результаты проведенных исследований, выход витамина С увеличивается в 1,7 раза (без применения ферментных препаратов выход составил 98,58 мг/100 г брусники и с применением смеси ферментных препаратов 169,9 мг/100 г брусники). Увеличение выхода аскорбиновой кислоты, по всей видимости, связано с гидролитическим расщеплением структурных составляющих клеточной стенки, в результате чего высвобождаются и переходят в экстракт связанные формы витамина С. В организме человека витамин С несет огромную физиологическую нагрузку, поэтому ценность этого обстоятельства очевидна.
Таким образом, было установлено, что применение смеси ферментных препаратов в течение 1-2 часов гидролиза способствует увеличению выхода сока на 40%, более полной экстракции и переводу в растворимую часть ферментативного гидролизата брусники ценных физиологически функциональных ингредиентов ягод (органических кислот, витаминов, полифенолов, антоцианов, катехинов).
Весь описанный набор ценных компонентов оказывает разностороннее физиологическое действие на организм, способствует поддержанию здоровья и профилактике заболеваний, в том числе неинфекционных (онкологических, сердечно-сосудистых, обмена веществ).
В связи с этим проводили исследования по применению концентрата брусники при получении безалкогольных напитков. Напиток готовили в лабораторных условиях. Модельные образцы были получены как на основе одного вкусоароматического компонента концентрата брусники, так и в сочетании концентрата брусники с концентратом яблочного сока. За счет представительной гаммы органических кислот концентрата брусники из рецептуры безалкогольного напитка была полностью исключена лимонная кислота, применяемая в качестве экзогенной пищевой добавки для подкисления безалкогольных напитков. И этот факт позитивен не только с точки зрения повышения экономической эффективности производства, но и для сохранения и поддержания здоровья за счет употребления натуральных безалкогольных напитков, содержащих комплекс природных биологически активных веществ, которые биохимически совместимы с организмом человека и в подавляющем большинстве случаев не воспринимаются им как чужеродные.
Купажный сироп готовили холодным способом, смешивая сахарный сироп и концентрат брусники или сахарный сироп, концентрат брусники и концентрат яблочного сока. В результате исследований был получен широкий ассортимент напитков с различным содержанием концентрата брусники и дана их характеристика (табл.7)
Таблица 7
Характеристика напитков
Наименование сырья
Единица измере-ния
Содержание сырья в готовом напитке
Содержание сухих веществ в сырье
% масс.
кг
Для приготовления напитков
I
II
III
I
II
III
I
II
III
Сок яблочный концентрированный
кг
50
-
-
68
-
-
34
-
-
Концентрат ферментативного гидролизата брусники
кг
35
28
28
40
40
40
14
11,2
11,2
Сахарный сироп
кг
30
120
90
65
65
65
19,5
78
58,5
Вода питьевая
дм<sup>3</sup>
до 1000,00
Итого сухих веществ
кг
67,5
89,2
69,7
ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПИТКОВ
Напитки
I
II
III
Вид
прозрачный
прозрачный
прозрачный
Группа
сокосодержащий
сокосодержащий
сокосодержащий
Тип
негазированный
негазированный
негазированный
В готовых безалкогольных напитках определяли органолептические и физико-химические показатели: массовую долю растворимых сухих веществ и кислотность (табл.8, 9).
Таблица 8
Органолептические показатели напитка
Внешний вид
прозрачная жидкость без осадка
Цвет
брусничный
Вкус
кисло-сладкий, характерный для брусники
Аромат
характерный для брусники
Таблица 9
Физико-химические показатели
Массовая доля сухих веществ, %
7,0
Кислотность, см<sup>3</sup> раствора гидроокиси натрия концентрацией 1,0 моль/дм<sup>3</sup> на 100 см<sup>3</sup>
2,4
Пищевая ценность, углеводы, г/100 см<sup>3</sup>
18,2
Калорийность, ккал/100 см<sup>3</sup>
56
Разработанные безалкогольные напитки имеют приятный освежающий кисло-сладкий вкус, легкий гармоничный аромат. Состав напитков максимально приближен к формуле, созданной самой природой и представленной комплексом полезных для здоровья физиологически активных ингредиентов, что придает функциональные свойства готовым напиткам, которые будут способствовать сохранению здоровья и увеличению продолжительности жизни.
Напиток готовят следующим образом - в две стадии.
На первой стадии получают концентрат брусники.
Плоды брусники дробят с получением мезги, выдерживают мезгу в течение 10-15 минут при температуре 40-45°С, вносят в нее смесь ферментных препаратов Фруктоцим-колор и Laminex BG при следующем соотношении мезга - смесь ферментов 100 г - 0,015 г, осуществляют гидролиз в течение 1-2 часов при температуре 40-45°С при постоянном перемешивании, нагревают смесь до температуры 80-85°С, выдерживают в течение 1-2 минут и затем охлаждают до температуры 30-40°С, осуществляют разделение на жидкую фракцию с содержанием сухих веществ 10-11% и твердый остаток путем прессования, затем жидкую фракцию концентрируют под вакуумом при температуре 50-60°С, при этом соотношении ферментных препаратов в смеси составляет 1:1.
А на второй стадии готовят купажный сироп холодным способом, смешивая сахарный сироп и концентрат брусники или сахарный сироп, концентрат брусники и концентрат яблочного сока. Затем добавляется вода питьевая до расчетного объема.
Пример 1.
3
Плоды брусники дробят с получением мезги, выдерживают мезгу в течение 15 минут при температуре 45°С. Вносят в нее смесь ферментных препаратов Фруктоцим-колор и Laminex BG при следующем соотношении мезга - смесь ферментов 100 г - 0,015 г, при этом соотношение ферментных препаратов в смеси составляет 1:1. Осуществляют гидролиз в течение 2 часов при температуре 40°С при постоянном перемешивании. Нагревают смесь до температуры 85°С, выдерживают в течение 2 минут и затем охлаждают до температуры 30°С. Разделяют полученный гидролизат на жидкую фракцию с содержанием сухих веществ 10-11% и твердый остаток путем прессования. Затем жидкую фракцию концентрируют под вакуумом при температуре 50°С. Содержание сухих веществ в концентрате составляет 45%. Далее смешивают 11.2 кг концентрата брусники и 78 кг сахарного сиропа. Добавляют воду до расчетного объема 1000 дм.
Пример 2.
3
Плоды брусники дробят с получением мезги, выдерживают мезгу в течение 20 минут при температуре 40°С. Вносят в нее смесь ферментных препаратов Фруктоцим-колор и Laminex BG при следующем соотношении мезга - смесь ферментов 100 г - 0,015 г, при этом соотношение ферментных препаратов в смеси составляет 1:1. Осуществляют гидролиз в течение 1 часа при температуре 45°С при постоянном перемешивании. Нагревают смесь до температуры 80°С, выдерживают в течение 1 минуты и затем охлаждают до температуры 40°С. Разделяют полученный гидролизат на жидкую фракцию с содержанием сухих веществ 10-11% и твердый остаток путем прессования. Затем осуществляют концентрирование полученной смеси под вакуумом при температуре 60°С. Содержание сухих веществ в концентрате составляет 40%. Далее смешивают 14 кг концентрата брусники, 34 кг сока яблочного концентрированного и 19.5 кг сахарного сиропа. Добавляют воду до расчетного объема 1000 дм.
Выход за рамки заявленных параметров осуществления процесса не позволит получить безалкогольный напиток из концентрата брусники, обладающий именно вышеописанными свойствами.
Таким образом, обладая комплексом биологически активных соединений, созданных самой природой, и являясь источником натуральных красителей, напиток из концентрата брусники можно рассматривать как ценный функциональный ингредиент при создании продуктов питания с гармоничным сочетанием пищевых, профилактических и потребительских достоинств.