Влияние комплекса полифенольных соединений пивоваренной дробины на длительность хранения ферментированных напитков из растительного сырья

ТЕМА

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КАЧЕСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

УДК 663.481 DOI: 10.24411/2072-9650-2020-10036

Влияние комплекса полифенольных соединений пивоваренной дробины на длительность хранения ферментированных напитков из растительного сырья

М.В. Гернет, д-р техн. наук, профессор; И.Н. Грибкова, канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности - филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, Москва

Дата поступления в редакцию 13.10.2020 *institut-beer@mail.ru

Дата принятия в печать 7.12.2020 © Гернет М.В., Грибкова И.Н, 2020

Реферат

Статья посвящена проблеме сохранения нутрицевтических веществ в составе ферментированных напитков на основе растительного сырья посредством применения экстрактов на основе отхода пивоваренного производства - пивоваренной дробины, содержащих комплекс полифенольных соединений. Приведена актуальность данного исследования, поскольку в условиях развивающегося рынка ферментированных напитков, с одной стороны, требуются высокие сроки годности, с другой, сохранность биологически ценных компонентов продукции в течение всего срока хранения. Рассмотрены возможные приемы увеличения сроков хранения ферментированных напитков, оценено их влияние на состав готовых напитков. Приведены результаты исследований переработки вторичного сырья пивоваренной продукции на основе ранее проведенных экспериментов, показан широкий состав полифенолов различной молекулярной массы, который был получен по разработанной ранее технологии из солодовой дробины. Освещены вопросы касательно синергизма и антагонизма различных соединений, отвечающих за антирадикальные свойства ферментированных напитков на растительном сырье. В результате технологии переработки пивоваренной дробины, разработанной авторами, удалось добиться обогащения экстракта на 42% рутинном, на 16% фенольными кислотами и их производными; добиться увеличения в 4 раза выхода антоцианогенов по сравнению с контролем. Был изучен вопрос о влиянии применения полученного высушенного экстракта пивоваренной дробины на длительность хранения ферментированного солодового напитка с применением чая. На основе изменения органолеп-тических показателей и динамики накопления кислотности, связанной с процессами окисления готовых напитков в течение хранения, что, с другой стороны, контролируется полифенолами как антиоксидантами, было показано увеличение сроков хранения напитка на 50-60% по отношению к контролю благодаря содержащимся полифенольным соединениям различной молекулярной массы во вносимых концентратах из экстрактов дробины. Таким образом, удалось обосновать увеличение сроков хранения сброженных напитков при внесении высушенного экстракта из солодовой дробины на стадии купажирования без применения температурной обработки, что позволило сохранить нутрицевтические свойства данной группы напитков.

Ключевые слова

кислотность; органолептические показатели; пивоваренная дробина; полифенольные соединения; продолжение хранения. цитирование

Гернет М.В, Грибкова И.Н. (2020) Влияние комплекса полифенольных соединений пивоваренной дробины на длительность хранения ферментированных напитков из растительного сырья//Пиво и напитки. 2020. №4. С. 6-9.

The Brewer Spent Grain Polyphenolic Compound Complex Influence on the Plant Raw Materials Fermented Beverages Storage Duration

M. V. Gernet, Doctor of Technical Science, Professor; I.N. Gribkova*, Candidate of Technical Science All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industry -Branch of V. M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, Moscow

Received: October 13,2020 *institut-beer@mail.ru

Accepted: Deсember 7,2020 © Gernet М.V., Gribkova I.N, 2020

Abstract

The article is devoted to the problem of preserving nutritive substances in the composition of fermented beverages based on plant raw materials through the use of extracts based on the waste of brewing production - brewer spent grain, containing a polyphenolic compound complex. The relevance of this study is given, since in the developing fermented beverages market, on the one hand, high shelf life is required, on the other hand, the safety of product biologically valuable components during the entire shelf life. Possible methods of increasing the fermented beverages shelf life are considered, their influence on the finished beverages composition is assessed. The processing secondary raw materials of brewing products studies results on the basis of previously conducted experiments are presented, a wide composition of various molecular weight polyphenols is shown, which was obtained using the previously developed technology from malt grains. Issues of fermented beverages various compounds responsible for the anti-radical properties synergism and antagonism based on plant raw materials are highlighted. As a result of the processing brewer spent grain technology, developed by the authors, it was possible to achieve enrichment of the extract by 42% rutin, by 16% phenolic acids and their derivatives;

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

4•2020

1 ГЕХНОЛОГИИ пр0ИЗВ0ДСТВАКАЧЕСТВЕННОИ проДукЦИИ

to achieve a 4-fold increase in the output of anthocyanogens in comparison with the control. The authors studied the brewer spent grains dried extract use effect on the fermented drink with the use of malt and tea raw material storage duration. On the basis of organoleptic parameters changes and acidity accumulation dynamics associated with the oxidation processes of finished drinks during storage, which, on the other hand, is controlled by polyphenols as antioxidants, it has been shown that the drink shelf life is increased by 50-60% in relation to the control due to the contained polyphenolic compounds with different molecular weights in the introduced concentrates from brewer spent grain extracts. Thus, the authors were able to substantiate an increase in the fermented beverages shelf life when the dried brewer spent grain extract was added at the blending stage without the use of heat treatment, which made it possible to preserve the nutritional properties of this beverage group.

Key words

acidity; organoleptic characteristics; brewer spent grain; polyphenolic compounds; continued storage. Citation

Gernet M.V, Gribkova I.N. (2020) The Brewer Spent Grain Polyphenolic Compound Complex Influence on the Plant Raw Materials Fermented Beverages Storage Duration //Beer and Beverages = Pivo i Napitki. 2020. №4. P. 6-9.

£ Ш

2

0

1

<

2 ш b

В настоящее время рынок ферментированных напитков динамично развивается. Рынки сбыта продукции диктуют свои требования, обусловленные экономикой: если сектор HoReСa заинтересован в качестве поставляемых или производимых напитков с невысоким сроком хранения, то торговые сети, наоборот, работают с напитками длительных сроков хранения при сохранении их качества в течение всего срока.

Особенность ферментированных напитков на растительном сырье заключается в их высокой биологической ценности за счет применяемого сырья и биокаталитических процессов, осуществляемых различными микроорганизмами в процессе получения продукта [1]. Технологическая задача производителя заключается в сохранении всех нутрициологических соединений, обуславливающих биологическую ценность готовой продукции. Чаще всего для решения данной задачи прибегают к кратковременной термической обработке (пастеризации), что иногда приводит к ухудшению органолептических и других качественных показателей продукции, поэтому исследуют режимы термообработки, позволяющие сохранить биологически активные соединения и воздействовать на микрофлору готовой продукции [2].

Однако, не во всех случаях термообработка служит оптимальным способом увеличения сроков хранения. В данном случае речь идет о сложных, не до конца изученных, но применяе-

мых в силу своей полезности, симбио-тических культурах, например, чайный гриб [3, 4]. Применение термообработки, хоть и кратковременной, приводит к образованию пленки на поверхности раздела воздушной и водной фаз в потребительской таре, что свидетельствует о потере потребительских свойств наряду с потерей количества нутрициологических соединений.

Поэтому, в некоторых случаях, ферментированные напитки принято ассоциировать с кратковременно хранящейся продукцией — не более 1014 сут [5]. С другой стороны, существуют нормативные акты, действующие в отрасли — ТР ТС 029/2012 [6], запрещающие вносить какие-либо консерванты в определенные типы напитков, главным образом, полученные с применением принципов биокатализа.

Большую группу напитков на растительном сырье занимает продукция на зерновой основе. Наиболее характерные нутрицевтические соединения для данной группы напитков — аминокислоты, органические кислоты, по-лифенольные соединения [7].

С целью использования вторичного сырья пивоваренной продукции и извлекаемого из него максимального количества полифенолов был получен экстракт из солодовой дробины [8]. Применение полученного экстракта в технологии позволяет решить вопрос о синергизме и антагонизме различных соединений, отвечающих за антирадикальные свойства ферментированных напитков на растительном сырье [9-13].

Целью данной работы стала разработка безопасного и эффективного способа извлечения полифенольных соединений из отхода пивоваренного производства — солодовой дробины — для применения полученного экстракта в технологии функциональных напитков, способствующих пролонгированию их сроков хранения.

Исследования, проведенные ранее, позволили отработать режим получения обогащенного экстракта, представленный в табл. 1 [8].

Внимание было уделено изучению состава полученного экстракта и его влиянию на сроки хранения напитков, поэтому применяли следующие методы определения: кислотности — по методу [14]; общего количества полифенолов (ОПФ) — по методу [15]; содержания антоцианогенов — по методу [16]; фенольных кислот и флаво-ноидов — по методу [17].

Проведенные исследования позволили определить основные фенольные соединения, присутствующие в экстракте, данные представлены в табл. 2.

Полученные результаты подтверждают, что применение цитолитиче-ского биокатализатора совместно с обработкой ЭХА-водой способствует максимальному извлечению в экстракте полифенольных соединений различной молекулярной массы.

Необходимо отметить, что высвобождаются из связанного состояния сиреневый и синаповый альдегиды, что обогащает экстракт, и, в итоге, комбинированная обработка позволяет перевести в экстракт на 42% больше рутина и на 16% больше фенольных кислот и их производных. Наиболее важных антоцианогенов, таких как продельфинидин и проантоцианидин, также относящихся к антиоксидантам [18], высвобождается в 4 раза больше по сравнению с контролем.

Было изучено влияние полученного экстракта на сохранность ферментированного солодового напитка с применением чая. Содержание экстрактив-

Таблица 1

Параметр Стадия обработки

1, предварительная 2, основная - биокатализ 3, завершающая - экстракция

Экстрагент Католит (рН 9,6) Комплексный ферментный препарат цитолитической направленности деятельности 70%-ный раствор этанола

Продолжительность, ч 2 4 2

Гидромодуль 1:2

Температура, °С 50±2

4•2020

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

Содержание, мг/дм3

Вещество дробина без обработки ферментным препаратом дробина + цитолитический ферментный препарат

ОПФ, % 0,385 0,486

Антоцианогены, х 102 1,052 4,558

Рутин 17,447 24,742

Фенольные кислоты и их производные, х 102:

галловая кислота 95,806 95,746

ванилиновая кислота 45,999 65,263

сиреневая кислота 132,711 140,409

ванилин 5,252 6,629

сиреневый альдегид - 3,1146

конифериловый альдегид 1,583 7,346

синаповая кислота 56,395 65,508

синаповый альдегид - 6,643

Сумма фенольных кислот и их производных, х102 337,752 390,658

0 3 7 10 15 21 24

Продолжительность выдержки, сут — Без экстракта — 0,05 г/100 см3 — 0,2 г/100 см3 - 0,5 г/100 см3 - 1 г/100 см3 -2 г/100 см3

Динамика изменения кислотности сброженного напитка в зависимости от доли внесенного экстракта

30

ных веществ в сусле составляло 12%. Сусло сбраживали комбинированной закваской из иивовареннык дрожжей Saccharomyces cerevisiae и молочнокис-лык бактерий В. brewer до содержания сухих веществ в сброженном напитке 6,2% и кислотности 1,48 к. ед. В сброженную основу вносили различное количество высушенного экстракта из солодовой дробины и контролировали изменение кислотности по суткам (см. рисунок). На наш взгляд, кислотность служит показателем, характеризующим окислительные изменения в напитках при хранении, и поэтому она связана с действием полифенолов как антиоксидантов, способный тормозить различные окислительные процессы.

Как показали данные проведенной органолептической оценки исследуе-мык образцов, стабильным вкус и аромат сохранялись в напитках до 5 сут, однако, посторонние тона ощущались при внесении экстракта с концентрацией выше 1 г/100 см3, а после 5 сут хранения стали меняться с различной интенсивностью, что отразилось на кислотности. Измерение накопления данного показателя образцов в динамике позволило сделать вывод о том, что оптимальная концентрация для внесения препарата в напиток без ухудшения его органолептических свойств и торможения накопления кислотности составляет 0,5 г высушенного экстракта на 100 см3 готового сброженного напитка. Внесение высушенного экстракта солодовой дробины позволило продлить срок хранения напитка на 50-60% по отношению к контролю благодаря содержащимся полифенольным соеди-

нениям различной молекулярной массы.

Таким образом, был изучен состав фенольнык соединений экстракта солодовой дробины на основе ранее подобранной схемы ее переработки, что позволило обосновать увеличение сроков хранения сброженныгх напитков при внесении высушенного экстракта из солодовой дробины на стадии купажирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гернет, М.В. Биотехнологические аспекты производства напитков брожения с применением растительного сырья / М. В. Гернет, И.Н. Грибкова, К. В. Кобелев, [и др.]. // Известия НАН республики Казахстан. Серия геологические и технические науки. - 2019. - № 1. - С. 223-230. - DOI: 10.32014/2019.2518-170X.27.

2. Осипова, Л. А. Пастеризация функциональных безалкогольных и слабоалкогольных напитков. Научное обоснование параметров / Л.А. Осипова, Л. В. Капрельянц // Пиво и напитки. - 2007. - № 4. - С. 38-39.

3. Гернет, М.В. Влияние температуры, рН и кислорода на образование вторичнык продуктов брожения при получении напитков на основе чая / М. В. Гернет, Б. Р. Хашукаева, И. Н. Грибкова, К. В. Кобелев // Пиво и напитки. - 2017. - № 2. - С. 10-13.

4. Хашукаева, Б. Р. Основные этапы технологии функциональных напитков брожения с использованием чая / Б. Р. Хашукаева, М. В. Гернет // Сборник докладов II Международной научно-практической конференции «Иновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья» (26-27 октября 2016 г.). -Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная книга», 2016. - С. 25-28.

5. Омашева, А. Ч. Исследование влияние растительных добавок на качество лечебного кваса / А. Ч. Омашева, А. Ю. Бейсенбаев, К. А. Уразбаева, [и др.]. // Успехи современного естествознания. — 2015. — № 1. — С. 822-826.

6. ТР ТС 029/2012. Технический регламент Таможенного союза «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» [электронный ресурс]. — Режим доступа: http://docs.cntd.ru/ document/902359401 (дата обращения 15.09.2020).

7. Gernet, М. V. The antioxidant compounds determination of various brewer's spent grain extracts / M.V. Gernet, М. А. Zakharov, I. N. Gribkova // Scientific Study & Research: Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. — 2020. — Vol. 21. — Iss. 2. — Р. 263-270.

8. Ггрнет, М.В. Влияние физико-химических методов обработки растительного сырья на извлечение фенольных соединений / М.В. Гернет, И. Н. Грибкова // Пищевая промышленность. — 2020. — № 7. — С. 44-47.

9. Сорокина, И.В. Роль фенольных антиокси-дантов в повышении устойчивости органических систем к свободно-радикальному окислению: Аналит. обзор / И. В. Сорокина, А. П. Крысин, Т. Б. Хлебникова, [и др.]. — Новосибирск: СО РАН; ГПНТБ, Новосиб. ин-т орган. химии, 1997. — 68 с.

10. Kong, J.-M. Analysis and biological activities of anthocyanins / J. M. Kong, L.-S. Chia, N.-K. Goh, [et al.]. // Phytochemistry. — 2003. — Vol. 64. — P. 923-933.

11. Земцова, А.Я. Общее содержание фенольных веществ в плодах сортообразцов облепихи (Hippophae rhamnoides L.) различного эколого-географического происхождения / А. Я. Земцова, Ю. А. Зубарев, А. В. Гунин,

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES

4•2020

Тгехнологии пр0ИЗВ0ДСТВА КАЧЕСТВЕННОИ проДукЦИИ

Й.-Т. Мерзель // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. — 2015. — № 15. — С. 478-479.

12. Freeman, B.L. Synergistic and antagonistic interactions of phenolic compounds found in navel oranges / B. L. Freeman, D. L. Eggett, T. L. Parker // J. Food Sci. — 2010. — Vol. 75. — № 6. — P. 570-576.

13. Goszcz, К. Bioactive polyphenols and cardiovascular disease: chemical antagonists, pharmacological agents or xenobiotics that drive an adaptive response? / K. Goszcz, G. G. Duthie, D. Stewart, S. J. Leslie, [et al.]. // British Journal of Pharmacology. — 2017. — №. 174. — Р. 1209-1225.

14. Мальцев, П.М. Техно-химический контроль производства солода и пива / П. М. Мальцев, Е. И. Великая, М. В. Зазирная. — М.: Пищевая промышленность, 1976. — 447 с.

15. ГОСТ Р 55488-2013. Прополис. Метод определения полифенолов. — Введ. 15-01-01. — М.: Стандартинформ, 2014. — 12 с.

16. Гринев, В. С. Полифенольные соединения новой биологически активной композиции из цветков бессмертника песчаного / В. С. Гринев, А. А. Широков, Н.А. Наволокин // Химия растительного сырья. — 2015. — № 2. — С. 177-185.

17. Тутельян, В.А. Методы анализа минорных биологически активных веществ пищи / В.А. Тутельян, К. И. Эллер. — М.: Изд-во «Династия», 2010. — 160 с.

18. Macheiner, D. Pretreatment and hydrolysis of BSG / D. Macheiner, B. F. Adamitsch, F. Karrer // Eng. Life Sci. — 2003. — № 3. — P. 401-405.

REFERENCES

1. Gernet M.V., Gribkova I. N., Kobelev K. V., [et al.]. Biotekhnologicheskie aspekty proiz-vodstva napitkov brozheniya s primeneniem rastitel'nogo syr'ya [Biotechnological aspects of fermented drinks production on vegetable raw materials]. Izvestiya NAN respubliki Ka-zahstan. Seriya geologicheskie i tekhnicheskie nauki [Proceedings of the national academy of sciences of the republic of kazakhstan. Series of geology and technical sciences]. 2019;1:223-230. DOI: 10.32014/2019.2518-170X.27.

2. Osipova LA, Kaprel'yanc LV. Pasterizaciya funkcional'nyh bezalkogol'nyh i slaboalko-gol'nyh napitkov. Nauchnoe obosnovanie parametrov [Pasteurization of functional soft and low alcohol drinks. Scientific justification of parameters]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2007;4:38-39.

3. Gernet MV, Hashukaeva BR, Gribkova IN, [et al.]. Vliyanie temperatury, pH i kisloroda na obrazovanie vtorichnyh produktov brozheniya pri poluchenii napitkov na osnove chaya [The temperature, pH and oxygen influence on the tea-based drinks production secondary fermentation products formation]. Pivo i napitki [Beer and beverages]. 2017;2:10-13.

4. Khashukaeva BR, Gernet MV. Osnovnye etapy tekhnologii funkcional'nyh napitkov bro-zheniya s ispol'zovaniem chaya [The main stages of the technology of functional fermentation drinks using tea]. Sbornik dokla-dov na II Mezhdunarodnoj nauchno — prak-ticheskoj konferencii: Inovacionnye resh-eniya pri proizvodstve produktov pitaniya iz rastitel'nogo syr'ya; 2016; Voronezh. PPC «Scientific book», 2016. p. 25-28.

5. Omasheva ACh, Beisenbaev AYu, UrazbayevaKA, [et al.]. Issledovanie vliyanie rastitel'nyh do-bavok na kachestvo lechebnogo kvasa [Study of the herbal supplements influence on the medicinal kvass quality]. Uspekhi sovremen-nogo estestvoznaniya [Advances in modern natural science]. 2015;1:822-826.

6. TR TS 029/2012. Tekhnicheskij reglament Ta-mozhennogo soyuza «Trebovaniya bezopas-nosti pishchevyh dobavok, aromatizatorov i tekhnologicheskih vspomogatel'nyh sredstv». [TR TS 029/2012. Technical regulations of the Customs Union « Safety requirements for food additives, flavorings and technological aids»]. [Internet]. [cited 2020 Sept 15]. Available from: http://docs.cntd.ru/document/902359401.

7. Gernet MV, Zakharov MA, Gribkova IN. The antioxidant compounds determination of various brewer»s spent grain extracts. Scientific Study & Research: Chemistry & Chemical Engineering, Biotechnology, Food Industry. 2020;21

8. Gernet MV, Gribkova IN. Vliyanie fiziko-hi-micheskih metodov obrabotki rastitel'nogo syr'ya na izvlechenie fenol'nyh soedinenij [The processing of plant raw materials physical and chemical methods influence on the phenolic compounds extraction]. Pishchevaya promyshlennost' [Food industry]. 2020;7:44-47.

9. Sorokina IV, Krysin AP, Khlebnikov TB, [et al.]. Rol' fenol'nyh antioksidantov v povyshenii ustojchivosti organicheskih sistem k svobod-no-radikal'nomu okisleniyu: Analit. obzor [The role of phenolic antioxidants in increas-

ing the resistance of organic systems to free radical oxidation: Analyte. Review]. Novosibirsk: SO RAN; GPNTB, Novosib. in-t organ. Himii; 1997. 68 p.

10. KongJ-M, ChiaL-S, GohN-K, [et al.]. Analysis and biological activities of anthocyanins. Phy-tochemistry. 2003;64:923-933.

11. ZemtsovaAYa, Zubarev YuA, Gunin AV, [et al.]. Obshchee soderzhanie fenol'nyh veshchestv v plodah sortoobrazcov oblepihi

12. Freeman BL, Eggett DL, Parker TL. Synergis-tic and antagonistic interactions of phenolic compounds found in navel oranges. J. Food Sci. 2010;75

13. GoszczK, Duthie GG, StewartD., [et al.]. Bio-active polyphenols and cardiovascular disease: chemical antagonists, pharmacological agents or xenobiotics that drive an adaptive response? British Journal of Pharmacology. 2017;174:1209-1225.

14. MaltsevPM, Velikaya EI, Zazirnaya MV. Tekh-no-himicheskij kontrol' proizvodstva soloda i piva [Techno-chemical control of malt and beer production]. Moscow: Pishchevaya pro-myshlennost'; 1976. 447 p. (In Russ.).

15. GOST R 55488-2013. Propolis. Metod opre-deleniya polifenolov [State Standard 554882013. Propolis. Method for determination of polyphenols]. Moscow: Standartinform; 2014. 12 p.

16. Grinev VS, Shirokov AA, Navolokin NA. Polifenol'nye soedineniya novoj biologicheski aktivnoj kompozicii iz cvetkov bessmertnika peschanogo [Polyphenolic compounds of a new biologically active composition from sandy immortelle flowers]. Himiya rastitel'nogo syr'ya [Chemistry of plant raw materials]. 2015;2:177-185.

17. Tutelyan VA, Eller KI. Metody analiza mi-nornyh biologicheski aktivnyh veshchestv pishchi [Methods for the analysis of minor biologically active substances of food]. Moscow: Izd-vo «Dinastiya»; 2010. 160 p.

18. Macheiner D, Adamitsch BF, Karrer F. Pretreatment and hydrolysis of BSG. Eng. Life Sci. 2003;3:401-405. <S

£ Ш

2 0

1

<

2 ш I-

Авторы

Гернет Марина Васильевна, д-р техн. наук, профессор;

Грибкова Ирина Николаевна, канд. техн. наук

Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной,

безалкогольной и винодельческой промышленности -

филиал ФНЦ пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН,

119021, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7,

institut-beer@mail.ru

Authors

Marina V. Gernet, Doctor of Technical Science, Professor;

Irina N. Gribkova, Candidate of Technical Science

All-Russian Scientific Research Institute of Brewing, Beverage and Wine

Industry - Branch of Gorbatov Research Center for Food Systems of RAS,

7 Rossolimo Str., Moscow, 119021, Russia,

institut-beer@mail.ru

4•2020

ПИВО и НАПИТКИ / BEER and BEVERAGES