Новый подход к решению проблемы получения функциональных напитков антиоксидантного действия

Новый подход

к решению проблемы получения функциональных напитков

антиоксидантного действия

Е. В. Шигина, Л. А. Маюрникова, Г. А. Гореликова, А. В. Пермякова

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности В. И. Дерябина

Томский политехнический университет

В настоящее время отмечается устойчивая тенденция повышения интереса потребителей к пищевым продуктам на основе натурального сырья. Один из наиболее перспективных видов сырья — лекарственное растительное (ЛРС). Растения можно отнести к одним из наиболее доступных источников биологически активных веществ (БАВ), способных оказывать на организм человека защитное и оздоровительное действие [1]. Особенно важно наличие в ЛРС не только действующих веществ, обусловливающих направленное фармакологическое действие как на отдельные органы, так и на системы (что важно с точки зрения использования в медицине), но и сопутствующих, которые придают лекарственному сырью мягкое, постепенное, комплексное воздействие на организм человека.

На фоне неблагополучной экологической ситуации во многих регионах нашей страны большой интерес вызывает присутствие в лекарственных растениях веществ — биоантиоксидантов (флавоно-идов, провитаминов, витаминоподобных веществ, органических кислот, дубильных веществ), способных подавлять процессы перекисного окисления в организме человека и тем самым снижать риск возникновения ряда патологических изменений, в том числе злокачественных новообразований [2].

Одно из новых направлений — использование ЛРС в качестве источника эссенциальных микроэлементов (МЭ) — цинка, йода, магния, селена, марганца, молибдена и др. Поступая в растения из почвы, последние способны образовывать органические высокоактивные соединения, наиболее физиологичные для организма человека по сравнению с их неорганическими формами. МЭ выполняют в организме ряд важнейших функций, в том числе и антиоксидант-ные. Таким образом, растения, способные концентрировать высокие количества МЭ, целесообразно использовать в составе продуктов питания для профилактики микроэлементозов, а также повышения антиоксидантного статуса организма.

Наряду с приданием пищевому продукту определенных лечебно-профилактических свойств включение в рецептуру ЛРС позволяет снижать и даже полностью избегать внесения синтетических пищевых добавок — красителей, ароматизаторов, консервантов — за счет натуральных веществ, входящих в растения. Это особенно важно при разработке продуктов специального назначения, в том числе детского и лечебного питания.

На наш взгляд, идеальной средой для обогащения БАВ растений служат безалкогольные напитки, широко употребляемые всеми группами населения. Такие напитки наряду с прямым назначением — утолять жажду и приносить удовольствие — могут приносить дополнительную пользу для здоровья человека — оказывать тонизирующее, антистрессовое, антиоксидантное действия, обусловливать определенные профилактические и лечебные свойства [3].

Цель исследований — получение растительной основы(экстракта) для безалкогольных напитков, обладающих антиок-сидантным действием. Среди основных пищевых веществ таким свойством обладают ряд витаминов и микроэлементов; сюда же можно отнести такие БАВ растительного сырья, как флавоноиды, дубильные вещества и т.д. В данной работе наш интерес в большей степени акцентирован на микроэлементе селене в связи с тем, что он, с одной стороны, обладает антиоксидант-ной активностью, с другой — в составе продуктов повышает селеновый статус.

Анализ литературы показал, что один из наиболее перспективных концентраторов селена из известных видов лекарственных растений — донник. Донник лекарственный (Melilotus officinalis L.) — растение семейства бобовых, широко распространен по всей территории России, не содержит сильнодействующих и ядовитых веществ, обладает выраженным медовым ароматом. Донник используется для ароматизации сыров, а также в лике-роводочном производстве. Исследования химического состава донника лекарственного выявили наличие ряда БАВ, в числе которых обнаружены и антиоксиданты:

дубильные вещества, флавоноиды, витамины и некоторые органические кислоты. Комплекс действующих и сопутствующих веществ растения обусловливает седатив-ное, диуретическое, противовоспалительное свойства. Донник способен улучшать реологические свойства крови, проявлять антигипоксантное действие [4, 5].

Важнейшая особенность донника лекарственного — способность поглощать из почвы селен и накапливать его [6]. Селен поступает в организм по пищевой цепи, где может находиться как в органической, так и в неорганической формах. Неорганические соли селена (чаще всего селениты и селенаты) широко применяют для обогащения продуктов питания. Однако рядом исследований доказано, что наилучшим биологическим действием в организме человека обладают органические соединения Se, которые наряду с этим проявляют выраженное антиканцерогенное действие. При поступлении в организм человека селенита или селената натрия не происходит образования так называемого «селенового депо», что характерно для органических соединений селена (селенометионина, селеноцистеина) [7]. При использовании неорганических соединений селена не достигается должного профилактического эффекта. Селенит натрия обладает сильным вяжущим вкусом, специфическим неприятным запахом, что отрицательно влияет на органолептические показатели обогащаемых продуктов питания, особенно напитков. Также известно свойство селенита натрия реагировать с аскорбиновой кислотой, переходя при этом с Se4+ в Se0, который в организме не проявляет биологической активности [7]. В отличие от селенита натрия органический селен в составе растительного сырья не оказывает отрицательного воздействия на продукт, не реагирует с аскорбиновой кислотой и является более физиологичной и безопасной формой селена.

В связи с тем что растения — накопители селена, к которым относится и донник лекарственный, способны ме-таболизировать неорганический почвенный селен до селеноорганических форм: селенобелков, селеноаминокислот, селе-ноэфиров [8], нами предложено новое, научно обоснованное решение в области повышения содержания данного элемента в растительных основах для напитков путем внесения водных растворов селена непосредственно в почву.

Экспериментальные исследования проводили в Республике Хакасия с мая по август 2004 и 2005 гг. Водный раствор селенита натрия (разные концентрации) вносили в почву под корень донника лекарственного в начале цветения. Через 10 дней растение скосили. В процессе экспериментальных исследований был выбран оптимальный вариант внесения добавки, позволивший получить донник лекар-

ственный, содержащий до 1,89 мг/кг селена в сухой массе сырья (влажность сырья не превышала 14 %). Анализ отдельных частей растения позволил установить, что наибольшее количество Se накапливается в цветах и листьях,затем в семенах, стебель по содержанию селена в 5 раз уступал смеси листьев и цветов донника. С помощью методов инверсионной вольтамперометрии [9] и ионного обмена было установлено, что большая часть Se в растении находилась в органической форме (см. рисунок).

Неорганический селен, 11 %

Нерастворимый селен (осадок), 15 %

Селен, содержащийся в белках, 12 %

Растворимые селеноаминокислоты (общее содержание селена в траве 1,89 мг/кг сухого сырья), 62 %

Распределение форм селена в сухой-смеси травы донника лекарственного

Результаты проведенных анализов показали, что использованная нами технология обогащения позволила получить сырье с содержанием селена в виде растворимых органических соединений более 70 % от общего его содержания в растении.

Немаловажным фактором в решении поставленной задачи стало изыскание способа максимального извлечения селена, накопленного в растении. Наиболее доступный и распространенный в пищевой промышленности способ получения БАВ из ЛРС — экстрагирование. С целью определения оптимальных параметров экстрагирования установлены следующие критерии: максимальное извлечение органического селена; высокие органолептические показатели полученного экстракта, в том числе высокий выход ароматических веществ; доступность и простота технологии выбранного способа экстрагирования.

На эффективность процесса экстрагирования влияют следующие факторы: природа экстрагента, степень измельчения растительного материала, температура и продолжительность экстракции, разность концентраций веществ в системе и гидродинамические условия, анатомическое строение растительного материала, соотношение сырье: экстрагент [10].

Любой экстрагент должен максимально извлекать необходимые вещества, быть безопасным и доступным. С целью выбора экстрагента изучали способность к извлечению БАВ, в том числе селена, воды, 20-и 40%-ных водно-этанольных растворов, водно-ферментных растворов.

Водная обработка растительного сырья позволяет переходить в раствор таким вкусоароматическим соединениям, как моно-, ди- и полисахариды, пигменты, дубильные вещества, циклические спирты, органические кислоты, а также анти-оксидантам — некоторым флавоноидам, дубильным веществам, микроэлементам, витаминам.

Водно-этанольной экстракцией извлекаются флавоноиды, эфирные масла, смолы, сапонины, кумарины, гликозиды, алкалоиды, углеводы.

Особое значение имеет обработка сырья ферментными препаратами. Вещества, формирующие вкус и аромат, а также обусловливающие функциональные свойства растительных экстрактов, находятся в клеточном соке растения и бывают связаны с различными структурными элементами клеток и их оболочек. Ферментные препараты позволяют разрушить клеточные стенки, за счет чего увеличивается выход всех БАВ, в том числе селена [11, 12].

С целью исследования влияния ферментной обработки на выход селена были выбраны два типа ферментов: целлюлоли-тического и протеолитического действий. С этой целью использовали широко применяемые в пищевой промышленности Целловиридин Г3х — комплексный препарат целлюлолитических ферментов и гемицеллюлаз, а также Протосубтилин Г3х. Экстрагирование проводили с использованием каждого фермента в отдельности и в смеси. При определении количества вводимых в смесь ферментов руководствовались рекомендуемыми для данного вида сырья дозами [11].

При определении температурного режима при всех видах экстрагирования учитывали способность селена к образованию летучих соединений. При температуре выше 55...60 °С теряется до 40 % элемента [7, 8]. В то же время при низкой температуре (менее 45 °С) существенно снижается выход БАВ сырья, что также нежелательно. Установлена температура экстрагирования 45 °С.

Степень измельчения сырья влияет на площадь поверхности соприкосновения фаз, сопутствует более эффективному выходу веществ из растительной клетки за счет разрыва тканей, ускоряет проникновение экстрагента и растворение веществ [9]. Сырье измельчали до классических размеров 0,5-1,0 см, а также до размера частиц не более 0,3 см.

Соотношение твердой и жидкой фаз, которое зависит от способности сырья к поглощению жидкого экстрагента, определяли по методу «зеркала» [9], и оно составило 1:12.

Продолжительность экстрагирования существенно зависит от температуры и используемого экстрагента. Были исследованы продолжительности настаивания сырья 2, 4, 6 и 8 ч.

В процессе экстрагирования каждые 30 мин смесь периодически перемешивали.

В полученных экстрактах определяли содержание сухих веществ (табл. 1), орга-нолептические показатели и содержание селена (табл. 2, п = 3, Р = 0,95).

Как следует из таблицы, наиболее оптимальная продолжительность экстрагирования (по выходу сухих веществ) с использованием водной экстракции составила 6 ч; для 20%-ной водно-эта-нольной экстракции — 4 ч; для 40%-ной водно-этанольной экстракции — 6 ч. При водно-ферментной экстракции выход сухих веществ был сравним со значениями, полученными при водной экстракции, однако максимальные величины выхода сухих веществ были получены гораздо раньше — на 3-4-й час экстрагирования.

Водный экстракт донника представлял собой прозрачную жидкость фисташкового цвета с выраженным медовым ароматом. В результате сравнительной оценки обнаружено, что органолептические показатели водных и водно-ферментных экстрактов не имели существенных различий между собой. Водно-этанольные экстракты выделялись чуть более насыщенным цветом и резким ароматом с явным преобладанием спирта.

Анализ данных показал, что в меньшей степени извлекается селен водно-этаноль-ными растворами, что является свидетельством отсутствия прямой зависимости содержания селена в экстракте от выхода сухих веществ из растительного сырья.

Вода (экстрагент) также извлекает незначительное количество селена (не более 10 %). Это объясняется тем, что извлеченный при водной экстракции селен в большей степени представлен его неорганическими соединениями, растворимыми в воде.

Наибольший выход селена был достигнут при использовании водно-ферментного гидролиза (смесь ферментных препаратов по 0,5 % каждого от массы сухого растительного сырья). Этому способствует то, что в результате гидролиза клеточных стенок растительного сырья Целловиридином, а также белковых селеновых соединений Протосубтилином се-леносодержащие вещества наиболее полно переходят в жидкую фазу. Однако при увеличении количества вносимых ферментов более 1 % от массы сухого сырья выход селена существенно снижался (при внесении ферментного препарата в количестве 2 % от массы сырья выход селена снижался вдвое). Предположительно при этом изменяются химические формы селена, а именно: образуются неорганические формы МЭ, которые, как было установлено, задерживаются на бумажном фильтре при фильтровании смеси.

В результате исследований также установлено, что при измельчении дон-

4•2007

18

Таблица 1

Вид экстрагента Вода 20%-ный водно-этанольный раствор 40%-ный водно-этанольный раствор

Продолжительность, ч 2 4 6 8 2 4 6 8 2 4 6 8

Содержание 2,5 2,6 2,8 2,8 9,5 9,8 9,2 9,8 16,3 16,7 17,3 17,3

сухих веществ, °%

Таблица 2

Экстрагент Содержание общего селена, мг/л

Вода 0,076±0,023

20%-ный водно-этанольный раствор 0,013±0,004

40%-ный водно-этанольный раствор 0,007±0,002

Водно-ферментный раствор:

Целловиридина Г3х (0,5 °%) 0,111±0,033

Протосубтилина Г3х (0,5 °%) 0,325±0,098

смеси Протосубтилина и Целловиридина (по 0,5 °% от массы сырья каждого) 1,300±0,390

ника лекарственного с размера частиц 5-8 мм до 1 -2 мм выход селена увеличивается в 2 раза.

Таким образом, предложенный нами новый способ повышения содержания селена в основах для напитков путем внесения селенита натрия непосредственно в почву является доступным и перспективным. Исследования в данном направлении будут продолжены нами с целью отработки методики внесения селеносодержащих препаратов в виде селенового удобрения,

оптимального способа сушки и переработки сырья, адаптирования собственных результатов исследований на другие виды селеносодержащего сырья.

ЛИТЕРАТУРА

1. Филонова Г. Л., Стрелков В. Н. Разработка технологий концентратов для напитков здоровья из растительного сырья//Пиво и напитки. 2001. № 1.

2. Арзамасцев А. П., Шкарина Е. И., Максимова Т. В. и др. Оценка показателей антиоксидантной ак-

тивности препаратов на основе лекарственного растительного сырья//Химико-фармацевтиче-ский журнал. 1999. № 11.

3. Зуев Е. Т. Функциональные напитки: их место в концепции здорового питания//Пищевая промышленность. 2004. № 7.

4. Телятьев В. В. Полезные растения Центральной Сибири. — Иркутск: Восточно-Сибирское книжное издательство, 1987.

5. Артюков Н. В. Донник. — М.: Колос, 1973.

6. Казьмин В. Д. Селен при вашей болезни. — Ростов-на-Дону: Баро-прис, 2003.

7. Тутельян В. А., Княжев В. А., Хотимченко С. А., Голубкина Н. А., Кушлинский Н. Е., Соколов Я. А. Селен в организме человека. Метаболизм. Антиоксидантные свойства. Роль в канцерогенезе. — М.: Изд-во РАМН, 2002.

8. Ермаков В. В., Ковальский В. В. Биологическое значение селена. — М.: Наука, 1974.

9. МУ08—47/132 Продовольственное сырье и пищевые продукты. Вольтамперометрический метод измерения массовой концентрации селена. — Томск: ООО ВНПФ «ЮМХ».

10. Муравьев И. А. Технология лекарств. — М.: Медицина, 1980. Т. 1.

11. Кислухина О. В. Ферменты в производстве пищи и кормов. — М.: ДеЛи, 2002.

12. Capelo J. L. Enzymatic probe sonication: enhancement of protease-catalyzed hydrolysis of selenium bound to proteins in yeast/J. L. Capelo, P Ximénes-Embún, Y Madrid-Albarrán, C Cámara//Anal. Chem. 2004. V 76. <&

VULCASCOT

Г

VULCASCOT

Оборудование и расходные материалы для пивоваренной промышленности

Линии розлива в КЕГ

фирмы «А.ГРУБЕР» (Австрия), 20-240 КЕГ/час

♦ Фильтрационные линии ♦ Установки высокоплотного смешивания ♦ Линии розлива в КЕГ, бутылки, банки ♦ Установки PVPP-стабилизации ♦ Карбонизаторы, теплообменники, насосы ♦ Измерительные приборы, датчики

♦ Лабораторное оборудование ♦ Оборудование б/у ♦ Фильтровальный картон ♦ Фильтровальные картриджи, модули ♦ Кизельгур ♦ Ферментные препараты ♦ Клей для этикетки и упаковки ♦ Стабилизаторы белков и полифенолов ♦ Моющие и дезинфицирующие средства ♦ Запасные части

Приглашаем посетить стенды наших поставщиков на выставке «Brau-Beviale-2007» в Нюрнберге (Германия):

Filtrox АЭ 6-103 A.Gruber 7-105 Schaefer 7-206 Thonhauser 4-535

90 ЛЕТ НА МИРОВОМ РЫНКЕ/НАДЕЖНОСТЬ, КАЧЕСТВО, СЕРВИС

WORLD MINERALS

BeardowAdams.

Unique In hot melts

444

THON HAU SER

teinJf un|itetluill Si Biol echnol oçtr

Тел./факс (495) 785 21 92. E-mail: vulcascot@aha.ru