Динаміка біотрансформації поліфенольних сполук у процесі дозрівання ягід малини

Поліфенольні сполуки накопичуються у вигляді глікозидів і складних ефірів у тих рослинних тканинах, у яких проходять активні метаболічні процеси. Вміст і склад цих сполук коливається в широких межах і залежить від виду й віку рослини, умов вирощування й вегетації. У різних частинах рослин і в різні періоди вегетації їхній зміст теж неоднаково.

Для сорту малини “Мічурінська” ми провели за відомими методиками додаткові дослідження з визначення загальної суми поліфенольних сполук і їх складових (флавоноли, катехіни, лейкоантоціани, антоціани) у різний період дозрівання малини. Отримані дані наведені в таблиці 11.4.

Таблиця 11.4

Динаміка зміни змісту поліфенольних сполук при дозріванні ягід малини (мг% до маси сирих ягід)

Аналіз результатів, представлених у таблиці 11.4, дає можливість зробити ряд цікавих спостережень. По-перше, основну частину поліфенольних сполук дозрілих ягід малини становлять антоціани. У незрілих плодах антоціанів в 3,5 рази менше, а на стадії зав'язі всього 15 мг%, що становить 3 % від усього кількості. Флавоноли поводяться протилежним чином. На стадії зав'язі їхній вміст максимально – 1174 мг%, тобто на цій стадії флавоноли становлять переважну кількість поліфенольних сполук (51 %). Уже на стадії дозрівання зміст цієї групи БАР різко знижується й становить 44 мг% у зрілих ягодах. Загалом, вміст флавонолів зменшується на 92,3 % від стадії зав'язі ягід до стадії зрілих ягід. Вміст лейкоантоціанів коливається в меншому діапазоні, зменшуючись від 135,0 до 84,0 мг%, тобто на 62,0 %. Вміст катехінів трохи зростає по мірі дозрівання ягід малини й збільшується з 110 мг% до 180 мг% у зрілих ягодах. Цікавим є той факт, що на всіх етапах дозрівання ягід вміст вільних катехінів становить значну частину загальної їхньої маси (відповідно, 83,6; 71,0; 72,0 %).

Таким чином, у ягодах малини біологічної зрілості поліфенольні сполуки представлені, головним чином, антоціанами, на синтез яких, мабуть, були використані флавоноли, лейкоантоціани й інші флавоноїди, які ми індивідуально не визначали. Тому ягоди малини становлять значний інтерес і як сировина для одержання харчових барвників, а також при складанні рецептури ягідних швидкозаморожених напівфабрикатів.

11.5 Роль харчових барвників у підвищенні сенсорних властивостей і біологічної активності їжі

У харчовій промисловості проблема одержання й використання барвників є досить актуальною. Застосування синтетичних барвників в теперішній час зіштовхується з більшими обмеженнями, тому що нерідко вони мають високу токсичність і в певних випадках можуть призводити до захворювань. У зв'язку із цим все більшого значення набувають натуральні барвники, джерелом яких можуть бути культивовані овочі й фрукти, а також дикорослі плоди та ягоди. Використовуються натуральні барвники в багатьох галузях харчової промисловості й, насамперед, у плодоовочевій, оскільки збереження натурального забарвлення перероблюваної сировини є одним з істотних показників доброї якості продукту.

Консервна промисловість, у якій утворюються значні кількості рослинних відходів, є основним постачальником сировини для одержання натуральних харчових барвників (ХБ). Варто підкреслити, що й серед них також деякі можуть виявитися шкідливими для здоров'я людини (наприклад, барвники, які містяться в листах чорниці й брусниці, можуть викликати подразнення слизової оболонки). Токсичні пігменти містяться також у деяких травах. Однак в овочах, фруктах і ягодах, широко вживаних у їжу людини, їх немає.

Цінність плодів і ягід, у тому числі дикорослих, визначається не тільки вмістом поживних речовин, а й тими біологічно активними речовинами, завдяки яким вони мають цілющі властивості. Сучасна інформація про роль вітамінів та інших біологічно активних речовин для організму людини, а також дані про раціональні способи перероблення фруктово-овочевої сировини сприяли підвищенню рівня використання дикорослих фруктів та ягід у харчуванні.

До групи найбільш популярних у теперішній час ХБ, які часто зустрічаються у відходах консервної промисловості, належать антоціани, що є поліфенольними сполуками флавоноїдної природи. Флавоноїди, і в основному антоціани, як типові барвники й біологічно активні речовини рослинного походження, не утворюються в організмі людини й тварин, і тому існує необхідність внесення цих барвників у харчові продукти.

Антоціани цікаві не тільки як активні метаболіти рослин, що захищають їх від знижених температур і підвищеної радіації, але й важливі як біологічно активні харчові барвники, що використовуються в харчовій і медичній промисловості. Виявилося, що ряд таких сполук має властивості вітаміну Р. Ще в 30-х роках минулого століття Сцент-Діорді зі співробітниками показали вплив деяких флавоноїдів, і зокрема гесперидину й еріодиктину, на зменшення крихкості кровоносних судин. Іншою цікавою властивістю флавоноїдних барвників є те, що вони підвищують стійкість організму проти шкідливого впливу рентгенівського випромінювання й справляють позитивну дію при лікуванні променевої хвороби.

Підвищення сенсорних властивостей консервованих рослинних продуктів може бути досягнуто розробленням нових технологічних прийомів і режимів перероблення сировини в процесі консервування, що дозволяють максимально зберегти її нативні властивості, а також введенням різних добавок, серед яких важливе місце займають ХБ.

Моніторинг за медико-біологічними властивостями барвних інгредієнтів харчових рослин на підставі літературних даних показав, що в сучасній екологічній обстановці особливий інтерес із позицій прояву антитоксичних, десмутуючих, радіопротекторних, імунокоригуючих властивостей представляють каротиноїдні, хлорофільні й антоціанові пігменти.

Серед чинників харчової цінності продуктів харчування домінуюча роль приділяється органолептичним показникам, з яких важливими є колірні характеристики їжі, які визначаються інструментально або сенсорно за спеціально розробленими методиками.

В теперішній час є розробки по одержанню нешкідливих ХБ, однак вони не завжди передбачають комплексне використання сировинних ресурсів, а також застосування раціональних технологічних режимів перероблення сировини.

Істотними й доступними джерелами антоціанових барвників в умовах України є бузина чорна, смородина, чорниця, чорноплідна горобина, вишня, виноград темних сортів та їхні відходи.

11.6. Характеристика нетрадиційної антоціановмісної сировини на прикладі дикорослих ягід бузини

Бузина – Sambucus – належить до роду рослин сімейства Жимолостевих – Caprifoliaceae.

У світі нараховується близько 20 видів бузини. Її часто розводять у садах і парках як декоративну рослину. В Україні найпоширеніші два види рослини: бузина чорна й бузина червона (кістіста, звичайна). Однак харчову й лікарську цінність має тільки бузина чорна.

На відміну від бузини червоної, плоди якої вважаються отрутними, бузина чорна не містить ніяких шкідливих речовин. Для одержання барвника використовується бузина чорна (S.nigra) і бузина трав'яниста (S.ebulus L.). Бузина чорна – Sambucus nigra L. – високий чагарник або невелике дерево із кремово-білими дрібними квітками в плоскій парасолькоподібній мітелці. Плоди бузини чорної – фіолетово-чорні ягодоподібні кістянки. Зібрані в гроні у вигляді напівпарасольки шириною 10...14 см. Смак ягід бузини чорної солодкувато-кислий.

Чорна бузина в Україні зустрічається як підлісок у листяних лісах і між заростями чагарників. Її розводять у садах і парках. В Україні у великій кількості росте в західному регіоні, Кримі, центральних частинах, зокрема, у Полтавській області. Цвіте вона в травні-червні, а плодоносить у липні-серпні.

Точні запаси бузини чорної в Україні поки ще не встановлені. Однак, за деяким даними вони можуть становити від 20 000 до 50 000 т. Урожайність коливається в межах 100...200 кг/га.

У колишньому СРСР хімічний склад ягід чорної бузини вперше був досліджений Ф.В. Церевітіновим ще в 1949 р. Середній вміст води в ягодах становить близько 80 %, нерозчинні речовини – 8,85 %, а розчинні – 11,41 %. Вміст інвертного цукру становить 5,2 %, глюкози – 2,8 %, фруктози – 2,5 %, вільні кислоти (у перерахуванні на яблучну) – 1,1 %, дубильні речовини – 0,31 %, клітковина – 6,95 %, азотисті речовини – 2,56 % і зола – 0,64 %.

Бузиновий цвіт має гіркий глікозид самбунігрин, самбуцинігрин, рутин, дубильні речовини, холін, яблучну, валеріанову, оцтову, хлорогенову, кофеїнову кислоти, стерини, вітамін С (0,28 %), ефірні олії (терпени).

До складу плодів Sambucus nigra L. входять антоціанові сполуки, дубильні речовини, цукри, білки й вільні амінокислоти, клітковина, органічні кислоти (яблучна, винна, лимонна, валеріанова, оцтова), аскорбінова кислота (вітамін С), каротиноїди, ефірні олії, ліпіди, слизові речовини, камеді, воски, мінеральні солі.

У плодах неповної зрілості виявлено глІкозид самбунігрин, подібний з амігдаліном. При гідролізі самбунігрин дає синильну кислоту й кофеїн, подібний до нікотину. У зрілих плодах самбунігрин відсутній. При дозріванні плодів збільшується вміст цукрів і пектинових речовин до досягнення плодами 1/3 властивого їм розміру, а потім знижується.

У середні ХХ століття бузину вважали священним деревом, тому що їй приписували незвичайну цілющу силу. Уважали, що ягоди бузини при щоденному вживанні в їжу здатні продовжувати життя. У фітотерапії широко використовуються як плоди, так і квіти бузини чорної.

Бузиновий цвіт входить у збір для полоскань Species diaphoraticae і застосовується зовнішньо у вигляді промивань і компресів при запаленнях шкіри, екземах, вуграх і себореї. Настій квіток бузини вживають також і всередину як потогінний засіб. Настій квіток S.nigra є ефективним засобом для полоскання горла при ангіні.

Фармакологічні властивості чорної бузини в значній мірі базуються на здатності ефірної олії, яка має оригінальний склад, пригнічувати в розведенні 1 : 1500 ріст Staphylococcus aureus, а в розведенні 1 : 480 інактивувати бактеріофаг E.coli.

Антоціани також мають сильний бактерицидний ефект. Наприклад, бактерицидна дія мальвідину стосовно E.coli в 33 рази сильніша, ніж у карболової кислоти. У зв'язку із цим препарати, які містять антоціани чорної бузини, використовуються для лікування деяких шлункових хвороб. У народній медицині знайшла застосування навіть кора бузини, яку використовують як сечогінний засіб, а листи й молоді гілки – як проносний.

Однак найбільш фармакологічне значення мають ягоди бузини. Зокрема, настій плодів бузини чорної застосовують при захворюваннях дихальних органів, при туберкульозі, бронхітах (для відділення мокротиння), при застуді, цукровому діабеті, гепатиті, виразковій хворобі шлунка й дванадцятипалої кишки. Настій плодів і квітів S.nigra використовують також і зовнішньо – для припарок при ревматизмі. Настій сушених ягід і сік зі свіжих володіють легенею проносним дією.

Ягоди вживають під час хронічних колік нирок у вигляді чаю, киселю, варення й сиропу. У суміші з листами й квітками їх рекомендують як болезаспокійливий засіб тим, у кого водянка, гіпокінезія жовчних шляхів, анемія або гіпотонія шлунка й товстого кишечнику.

Сік ягід S.nigra має заспокійливу дію й тому входить до складу седативних засобів, зокрема паситу. У гомеопатії плоди бузини чорної використовують при алергійному риніті, мігрені, тремтінні рук,шкірній сверблячці, клімактеричних припливах, порушеннях мінерального обміну (пародонтоз, остеохондроз) і атеросклерозі.

Високий вміст біофлавоноїдів в S.nigra спричиняється радіопротекторними, антиоксидантними, протизапальними властивості. Ягоди бузини чорної можна застосовувати при явищах Р-гіповітамінозу (геморагічний діатез, дрібні крововиливи, підвищена проникність і ламкість капілярів), перебуванні в зоні з підвищеною радіоактивністю, гіпертонічної хвороби, інтоксикаціях, пов'язаних із з'єднаннями миш'яку, саліцилатів і антикоагулянтів.

Для профілактичних цілей і при хворобах нирок і сечового міхура, діабеті й хронічних кольках рекомендується готувати з ягід бузини повидло, сиропи, чай і киселі та вживати їх без будь-якого дозування.

Квіти і ягоди вживають як харчовий продукт. Головним кулінарним достоїнством плодів бузини є червоний барвник, який міститься в них, відмінної, антоціанової природи, добре розчинний у воді.

Колись барвниками підфарбовували вина, особливо портвейни. У деяких країнах Північної Європи із плодів бузини роблять фруктовий суп, що їдять із печеними яблуками й кнедликами (останні можуть бути замінені підсмаженим хлібом).

11.7. Опис технологічного процесу одержання порошкоподібного й концентрованого барвників з бузини

Загальна технологічна схема одержання порошкоподібного й концентрованого бузинового барвника наведена на рис. 11.8.

На основі цієї технологічної схеми можливе одержання трьох видів антоціанових барвників – порошкоподібного й концентрованих до масової частки сухих речовин 27...29 % і 62...63 % барвників з ягід бузини рис 11.9.).

Рис. 11.8. Принципова технологічна схема отримання порошкоподібного та концентрованих барвників із ягід бузини

Рис. 11.9. Процесно-апаратурна схема виробництва порошкоподібного й концентрованих харчових барвників: 1- струшуюча мийна машина; 2-конвеєр сортувальний стрічковий; 3-елеватор; 4-дробарка-кетяговідділювач; 5-ємність з підігрівом; 6-шнековий прес безперервної дії; 7-насос; 8-накопичувальна ємність; 9-екстрактор; 10 - теплообмінний апарат; 11-ємність; 12-фільтруюча центрифуга; 13-ємність із конічним дном; 14 - накопичувальна ємність; 15 - фільтр-прес; 16 - вакуум-випарний апарат; 17 - ультрафільтраційна установка; 18 – зворотно-осмотична мембранна установка плоскорамного типу

Сировину, яка надійшла на завод, зберігали на сировинному майданчику під навісом не більше 1 години. У холодильнику при температурі ±1 °С допускається зберігання бузини протягом 3...5 доби.

Згідно технологічної схеми (рис. 11.8) миття сировини відбувалося винятково під душем або струшуючій мийній машині (1), аналогічно ягодам суниці.

Вимиту сировину в машині (1) вивантажували на стрічковий сортувальний конвеєр (2), де проводили її інспекцію за якістю. Підготовлена сировина елеватором (3) надходила на дробарки-кетяговідділювачі (4), оскільки кетяги не містять антоціанів.

Подрібнену масу збирали в ємності з підігрівом (5), де проводили обробку її ферментним препаратом ЕПГ Г10х у концентрації 0,02...0,04 % при t = 40...45 °С протягом 1,5 години для руйнування пектинових речовин, що дозволяє збільшити вихід соку й антоціанових пігментів на 16,9 %, 19...24 % відповідно й прискорити підвищення концентрації сухих речовин маси при вакуум-випарюванні й мембранному концентруванні.

Підготовлена маса самопливом надходила в бункер шнекового преса безперервної дії (6), де проводилося вичавлення соку. Отриманий сік за допомогою відцентрового насоса (7) перекачували в накопичувальну ємність (8), де він міг використатися самостійно або в суміші з екстрактом.

Вичавки направляли в екстрактор (9), розташований на естакаді, заливали водою, підкисленою лимонною кислотою в співвідношенні 1:1. У випадку використання екстракту для одержання барвника по СРТ можливо використання хлористоводневої кислоти. Як показали наші досліди, екстрагування вичавок доцільно проводити протягом 10...14 хв. при t = 30...40 °С у 5-6 кратних повторностях зі швидкістю обертання вала мішалки 75 про/хв.

Суміш соку й екстракту з вичавок бузини змішували, пропускали через теплообмінний апарат (10) для миттєвого підігріву й охолодження й направляли в ємність на естакаді (11), звідки подавали на фільтруючу центрифугу (12) для видалення суспензій, і на фільтр-прес (15).

Аналіз на повноту очищення показав, що для екстракту бузини перед згущенням цілком достатньо таких загальноприйнятих у технології способів видалення дисперсних часток.

У запропонованій нами технології отриманий екстракт після очищення можна використати для одержання порошкоподібного барвника за седиментаційно-регенераційною технологією або змішувати його із соком з ягід бузини з наступним концентруванням методом зворотного осмосу або вакуум-випарюванням (Трикова І.Н., Одеса, 1999).

Сік, як відзначено в технологічній схемі, у зв'язку зі вмістом поряд з антоціанами ряду інших цінних та біологічно активних речовин, доцільно направляти на СО₂ концентрування або при відсутності мембранного устаткування на вакуум-випаровування.

Для одержання порошкоподібного барвника за седиментаційно-регенераційною технологією екстракт із вичавок ягід бузини накопичували в ємності з конічним дном і мішалкою (13) на естакаді. У ємність для осадження антоціанів додавали 10...20 % розчин NaOH до досягнення необхідного оптимального значення рН і додавали 10% розчин MgCl₂ до появи іонів магнію в розчині, наявність яких установлювали хімічним методом або за допомогою іон-селективних електродів.

Проводили перемішування й відстоювання суміші до появи чіткої границі осад-розчин. Отриманий осад відокремлювали від рідкої фази (зливання через вентиль) і піддавали регенерації підібраним нами розчинником (10% спиртової розчин лимонної кислоти) у мінімальній для розчинення кількості (1:2...1:4 до маси осаду – 1-я регенерація, 1:2 – 2-я регенерація. 5-у регенерацію при співвідношенні 1:1 у зв'язку з незначною кількістю пігментів, що залишилися в осаді, можна не проводити).

Отриманий концентрат збирали в накопичувальній ємності (14). Далі його можна використати безпосередньо або, що більш доцільно, наносити на основу. Як носій можна застосовувати цукор, пектин, крохмаль. У випадку використання бузинового ХБ для підфарбовування продуктів для діабетиків як носій доцільно використовувати ксиліт або сорбіт. Носій засипали в ємність із обігрівом і вакуумом (16), дозували та концентрований барвник у розрахунковій кількості до масової частки сухих речовин не менше 92 % і концентрації барвника не менше 11 %, ретельно перемішували, видаляли екстрагент під дією вакууму при t не вище 40...45 °С и водночас розмішували для подрібнювання можливих грудочок. Отриманий порошок вивантажували й розфасовували в герметичну світлозахищену тару.

При можливості використання в технологічному процесі ультрафільтрації, попередньо очищений від грубих часток сік після центрифугування збирали в збірник, пропускали через фільтр-прес (15), а звідти подавали на половолоконну ультрафільтраційну установку УПВ-6 (17), де відбувалося остаточне очищення екстракту від колоїдних часток. Отриманий фільтрат направляли в ємність зворотноосмотичної мембранної установки МР-6,3/100 плоскорамного типу (18) для концентрування до необхідного вмісту сухих речовин (27...29 %). Концентрований барвник подавали на фасування й консервування.

При відсутності зазначеного устаткування сік можна концентрувати у вакуум-випарному апараті, потім підігріти до 80...85 °С (термічне оброблення методом гарячого розливу). Концентрат у гарячому вигляді направляли на фасування, закупорювання, зберігання.

Висновки

1. В умовах нинішнього несприятливого екологічного довкілля особливо важливою є здатність живого організму пристосовуватись до несприятливих чинників навколишнього середовища, щоб зберегти життєздатність і уникнути різних захворювань.

2. Сучасні наукові дослідження підтверджують, що адаптаційна здатність кожної людини безпосередньо залежить від тих хімічних елементів, які надходять з повітрям, водою та харчовими продуктами.

3. Найбільш простий шлях насичення усіх тканин організму необхідними елементами полягає у використанні природних комбінацій біологічно активних сполук, які швидко засвоюються організмом, оскільки протягом тисячоліть еволюційно входять до раціону харчування.

4. Надзвичайно цінним джерелом таких функціональних інгредієнтів є овочі, фрунти та ягоди (в тому числі дикорослі), які виконують в організмі ряд важливих функцій і мають обов’язково входити до раціону здорових і хворих людей у свіжому та консервованому вигляді або як харчові біодобавки.

5. На прикладі ягід чорної смородини, малини та бузини чорної показано багатий біохімічний склад ягідної сировини культивованих та дикорослих видів, і передусім, наявність комбінацій двох універсальних вітамінів – С і Р, які мають доведену високу фізіологічну та терапевтичну активність.

6. Єдиним на сьогодні способом, який дає можливість раціонально переробити рослинну сировину, в тому числі ягідну, на сухі напівфабрикати з підвищеним вмістом усіх біологічно цінних речовин, є сублімаційне або кріогенне сушіння при температурах, нижче нуля, з використанням рідкого азоту або інших холодоагентів.

7. Метод кріогенної технології є найбільш ефективним шляхом вирішення завдання одержання функціональних харчових продуктів та харчових біодобавок з профілактичними, лікувальними, радіопротекторними властивостями з будь-яких видів традиційної (ягоди смородини, малини) та нетрадиційної (листя і бруньки смородини) сировини.

8. Полівітамінна композиція сухих сублімованих порошків справляє різнобічний вплив на організм людини, посилюючи її адаптаційні можливості, імунний захист, поліпшуючи обмін речовин.

9. Культивовані та дикорослі ягоди відзначаються також великими концентраціями біофлавоноїдів, передусім, антоціанів, що робить їх багатим джерелом для отримання натуральних харчових барвників і їх використання для надання кольору та біологічної цінності різним групам харчових продуктів.

Контрольні запитання до теми 11

1. Охарактеризувати поняття адаптаційної здатності живого організму і його зв’язок зі структурою харчування.

2. Лікувальні властивості компонентів плодоовочевої сировини та їх вплив на життєдіяльність організму людини.

3. Унікальність низькотемпературних технологій для отримання харчових продуктів підвищеної біологічної цінності.

4. Ягоди, листя і бруньки чорної смородини як перспективна сировина для отримання функціональних інгредієнтів.

5. Дати характеристику біохімічного складу сублімованих порошків з чорної смородини.

6. Білковий та амінокислотний склад сублімованих порошків з чорної смородини.

7. Зміни якісного і кількісного складу ягід малини при заморожуванні і зберіганні.

8. Поліфенольні сполуки ягід малини та динаміка їх біотрансформації при дозріванні.

9. Дикорослі ягоди як перспективне джерело отримання натуральних харчових барвників.

10. Характеристика нетрадиційної антоціановмісної сировини (на прикладі ягід бузини чорної).

11. Зобразити та охарактеризувати принципову технологічну схему отримання концентрованих барвників з ягід бузини чорної.

12. Зобразити та охарактеризувати принципову технологічну схему отримання порошкоподібних барвників з ягід бузини чорної.

Рекомендована література

1. Петрова В.П. Биохимия дикорастущих плодово-ягодных растений. – К.: Вища школа, 1986. – 287 с.

2. Наместников А.Ф. Химия в консервной промышленности. – М.: Пищ.пром-сть, 1969. – 300 с.

3. Липкан Г.Н. Применение плодово-ягодных растений в медицине. – К.: Здоров’я, 1988. – 152 с.

4. Скрипников Ю.Г. Технология переработки плодов и ягод. – М.: Агропромиздат, 1988. – 110 с.

5. Харборн Дж.Б. Биохимия фенольных соединений. – М.: Мир, 1988. – С.108-136.

6. Павлюк Р.Ю., Черевко А.И., Симахина Г.А. Новые технологии витаминных углеводсодержащих добавок и их использование в продуктах профилактического действия. – Харьков-Киев, 1997. – 285 с.

7. Сімахіна Г.О. Розроблення та вдосконалення технологій цукристих речовин та цукромістких добавок. Дис…докт.техн..наук 05.18.05, 1999, Київ. – 437 с.

8. Тюрикова И.С. Разработка технологии консервированных антоциановых красителей из ягод бузины черной: дис. … канд. техн. наук. – Одесса, 1999. – 226 с.