Исследование технологических процессов извлечения экстрактивных веществ из осмо-обезвоженной ягодной продукции

Продукты переработки, а именно растительное сырье является ценным источником органических веществ и в медицине используется в лечебно-профилактических целях [1]. К таким продуктам переработки относятся и осмотически обезвоженные ягоды, которые обладают витаминами, минеральными и биологически активными веществами [2, 3].

В процессе длительного хранения качественные показатели продуктов переработки

плодово-ягодного сырья существенно видоизменяются, поэтому в технологии пищевых производств используют вытяжки (экстракты) [4, 5].

Процесс экстракции представляет собой избирательное извлечение отдельных компонентов из сложного по составу сырья при помощи растворителя (экстрагента), обладающего избирательной растворимостью. Экстрагирование в системе «твердое тело – жидкость» – один из важнейших технологических процессов, нашедших широкое распространение в пищевой промышленности [1, 7, 8].

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Чехани Н.Р. и др. утверждают, что в последние годы в подходах к созданию новых препаратов из растительного сырья, наметились тенденции к разработке ресурсосберегающих технологий, что обеспечивается применением различных экстрагентов, схем и режимов экстракции, использованием аппаратуры, позволяющей в значительной степени увеличить выход экстрактивных и действующих веществ [9].

Содержание экстрактивных веществ является одной из важных характеристик, которая дает возможность установить качество экстракта, получаемого из растительного сырья. Известно, что процесс извлечения экстрактивных веществ зависит от рядя факторов, таких как размер сырья, продолжительность экстракции и температура [1, 10, 11].

Сегментирование имеет значимое значение для экстрагирования. Как показывают литературные исследования правильный выбор размера позволяет лучше сохранить клеточную структуру ягод, диффузионные процессы протекают оптимально эффективно, экстрагирование замедляется, и полученная вытяжка содержит меньше механических примесей и легче очищается.

Известно, что чрезмерное измельчение сырья (0,1 см) приводит к слеживанию из чего следует, что экстрагент (растворитель) через такую массу будет проходить очень плохо. Слишком мелкое измельчение фракции резко увеличивает количество разорванных клеток, что приводит к вымыванию сопутствующих веществ, загрязняющих вытяжку (белки, пектины, полимеры и др.), в экстрагент переходит большое количество взвешенных частиц [12–17]. В результате вытяжки получаются мутные, трудно-осветляемые [12, 18–21] и фильтруемые, а при более крупном измельчении (свыше 1 см) переход биологически активных веществ – антиоксидантов будет недостаточным.

Традиционным способом для экстрагирования растительного сырья являются водно-спиртовые растворы, но извлечение водорастворимых

Наиболее доступным и экономичным средством для экстрагирования является вода. При экстрагировании водой в конечном продукте присутствуют водорастворимые вещества, и нет жирорастворимых. Поэтому в качестве экстрагента использовали питьевую воду соответствующая требованиям ТР ЕАЭС 044/2017.

На первом этапе производили экстрагирование осмо-сушеных ягод земляники, малины, черной смородины водным раствором при разных температурных режимах с диапазонами от 30 °С до 40 °С, от 50 °С до 60 °С и от 70 °С до 80 °С. Известно, что при высокой температуре (более 80 °С) ускоряется процесс экстрагирования, но такая температура отрицательно влияет на ценные вещества экстракта. Поэтому, основным критерием при определении оптимального времени экстрагирования является сохранение аскорбиновой кислоты.

Осмо-сушеные ягоды заливали водным раствором в соотношении 1 : 5, настаивали в течение 12 часов, периодически перемешивали. После экстрагирования отделяли жидкую фазу (настой) от ягод и определяли выход экстракта.

Для определения продолжительности экстрагирования осмо-сушеных ягод руководствовались выходом сухих веществ из переработанной продукции. Измерения проводили рефрактометрическим методом через каждые два часа. Оптимальное время экстрагирования определяли по максимальному выходу сухих веществ (рисунок 1).

Как видно из полученных данных, наибольший выход сухих веществ в процессе экстрагирования из ягод (9,74-12,45%) наблюдается при температуре 70-80 °С, продолжительность составляет в 1,3-1,6 раза меньше, чем при меньших температурных режимах.

земляника садовая | strawberry малина | raspberry черная смородина | black currant

Рисунок 1. Влияние продолжительности экстрагирования ягод на выход экстрактивных веществ

Figure 1. The effect of the duration of extraction of berries on the yield of extractive substances

Время экстрагирования описывается полиномиальными уравнениями регрессии 2-ой степени:

• -    для земляники садовой (рисунок 2):

при температуре 30–40 °C у 3 = -0,3002 х² + 3,117 х + 0,315 (R² = 0,992)

при температуре 50–60 °C у 2 = -0,3054 х² + 3,0915 х + 2,536 (R² = 0,99332)

при температуре 70–80 °C у 1 = -0,2161 х² + 2,3236 х + 5,056 (R² = 0,98911)

• -    для малины (рисунок 3):

при температуре 30–40 °C у 3 = -0,1436 х² + 1,6784 х + 2,108 (R² = 0,9493)

при температуре 50–60 °C у 2 = -0,1034 х² + 1,3712 х + 4,389 (R² = 0,9318)

при температуре 70–80 °C у 1 = -0,1034 х² + 1,3712 х + 5,389 (R² = 0,9318)

• -    для черной смородины (рисунок 4):

при температуре 30–40 °C у 3 = -0,375 х² + 3,6893 х + 0,24 (R² = 0,9847)

при температуре 50–60 °C у 2 = -0,4087 х² + 4,0795 х + 1,561 (R² = 0,9829)

при температуре 70–80 °C у 1 = -0,3373 х² + 3,351 х + 4,361 (R² = 0,9937)

8      10      12

Время, ч | Time, hr

Рисунок 2. Прирост сухих веществ в землянике садовой в процессе экстрагирования, %

Figure 2. The increase in dry matter in strawberries in the process of extraction, %

e 30-40°С A 50-60°С ■ 70-80°С

8       10      12

Время, ч | Time, hr

Рисунок 3. Прирост сухих веществ в малине в процессе экстрагирования, %

• Figure 3.    The increase in solids in raspberries during the extraction process, %

  
  
  

• 30-40°С A 50-60°С ■ 70-80°С

2      4      6      8      10     12

Время, ч | Time, hr

Рисунок 4.  Прирост сухих веществ в черной смородине в процессе экстрагирования, %

• Figure 4.    The increase in solids in blackcurrant during the extraction process, %

На рисунке 5 представлены данные по изменению содержанию витамина С в зависимости от температуры экстрагирования.

Исследования показали, что экстрагирование при температуре 50–60 °С отмечается наибольшее содержание витамина С от 25,9 до 90,2 мг/100 г экстракта. При температуре от 60 до 70 °С содержание аскорбиновой кислоты уменьшилось на 26,1 и 47,5%. Это можно объяснить тем, что при высокой температуре происходят значительные потери аскорбиновой кислоты и использовать данный параметр температурного режима не рекомендуется, несмотря на выявленный значительный выход сухих веществ при экстрагировании.

Рисунок 5. Содержание витамина С в зависимости от температурного режима экстрагирования осмо-

сушеных ягод

• Figure 5.    Vitamin C content depending on the temperature regime of extraction of osmo-dried berries

Заключение

Установлено, что оптимальное время экстрагирования по выходу сухих веществ (от 20,82 до 25,07%) осмо-сушеных ягод при температуре от 50 до 60 °С и высокое сохранение витамина С до 20,8 и 36,4% составило 8 часов. Полученный температурный режим для процесса экстрагирования явился наиболее щадящим, способствует сохранению термостабильных соединений, которые подвержены быстрому разрушению при более высоких температурах.