СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАТА БРУСНИКИ
RED BILBERRY CONCENTRATE PRODUCTION METHOD

Изобретение относится к производству ягодных концентратов.
Актуальной проблемой при переработке ягод брусники является совершенствование технологического процесса для наиболее полного извлечения и сохранения ценных природных компонентов. Принимая во внимание, что полезные для здоровья физиологически функциональные ингредиенты ягод находятся в ассоциативной связи со структурными биополимерами растительной ткани, целесообразным представляется проведение ферментативной модификации ягод брусники.
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 его 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.
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 В2. 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 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%), 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.
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].
Недостатками известного способа являются низкий выход сока брусники, пониженное содержание биологически активных компонентов, а также низкая сохранность сока, поскольку он не является концентрированным.
Наиболее близким аналогом является способ получения концентрата брусники, предусматривающий прессование ягод, отделение сока от мякоти, пастеризацию, концентрирование путем нагревания, выделение аромата, при этом перед отделением сока от мякоти в смесь добавляют фермент пектолит в количестве 40-50 г на 1000 кг смеси (см. RU 95110063 A1, 27.03.1997) [2].
Недостатками наиболее близкого аналога являются низкий выход продукта, высокая вязкость сока, а также низкое качество концентрата.
Задачей изобретения является повышенный выход продукта, низкая вязкость сока, а также повышенное качество концентрата.
Поставленная задача решается тем, что способ получения концентрата брусники, характеризующийся тем, что 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 соотношение ферментных препаратов в смеси составляет 1:1, содержание сухих веществ в концентрате составляет 40-45%.
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение выхода сока на 40%, а также биоактивных компонентов ягод-органических кислот (в 1,3-1,5 раза), витамина С (в 1,25 раза), биологически активных полифенольных соединений (в 2,3 раза), антоцианов (в 2,4 раза) и катехинов (в 1,5 раза). Полученный концентрат 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 табл.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 сахаров, 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 (110 мг/л) и эпикатехином (150 мг/л), обнаружены также их эфиры с галловой кислотой (эпикатехин галлат, галлокатехин галлат, эпигаллокатехин галлат) (табл.5).
Таблица 5
Содержание катехинов в концентрате ферментативного гидролизата ягод брусники, мг/л
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 эпикагаллокатехина 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 температуры 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
Таблица 6
Показатели
Содержание компонента (мг/100 г брусники)
Сок(контроль)
С применение смеси ферментов
Органические к-ты, в том
числе:
981,46
1310,64
Лимонная
1,98
2,50
D- изолимонная
35,00
52,00
L-яблочная
45,10
38,00
Бензойная
1,76
4,10
Хлорогеновая кислота
4,82
8,50
Салициловая
0,068
0,069
Галловая
Полифенольные соединения
186,00
435,20
Катехины
39,99
58,46
Антоцианы
18,93
45,58
Витамин С
98,58
169,9
Что касается внесения отдельных ферментных препаратов в 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, Д-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 брусники и с применением смеси ферментных препаратов 169,9 мг/100 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).
Концентрат брусники получают следующим образом. 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 соотношение ферментных препаратов в смеси составляет 1:1.
Пример 1
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%.
Пример 2
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%.
Выход за рамки заявленных параметров осуществления процесса не позволит получить концентрат брусники, обладающий именно вышеописанными свойствами.
Таким образом, обладая комплексом биологически активных соединений, созданных самой природой, и являясь источником натуральных красителей, концентрат можно рассматривать как ценный функциональный ингредиент при создании продуктов питания с гармоничным сочетанием пищевых, профилактических и потребительских достоинств.