Исследование влияния аскорбиновой кислоты на процесс потемнения сока из облепихи как ингредиента специального питания спортсменов

Введение. Фрукты и овощи являются необходимым и важным компонентом ежедневного рациона спортивного питания и поэтому имеют решающее значение в организации здорового питания спортсменов [1, 4, 5, 7, 12, 14, 21, 22, 29]. В то же время ритм современной жизни, а также невозможность ежедневного строгого следования рекомендациям здорового питания приводит к необходимости замены натуральных продуктов питания более удобными по форме потребления продуктами их переработки, в частности, такими как соки, концентраты, смузи и другие, обеспечивающими восполнение организма человека необ- ходимыми макро-, микронутриентами и витаминами [7].

С данной точки зрения облепиха (Hip-pophae rhamnoides L.) – это растение с высоким пищевым и технологическим потенциалом, ягоды которого содержат в больших количествах аскорбиновую кислоту, альфа-токоферол, каротиноиды, минеральные вещества (K, Na, Mg, Ca, Fe, Zn, Se), моносахариды, аминокислоты, полифенольные соединения, жирные кислоты, глицеринфосфолипиды, фитостеролы, сложные эфиры зеаксантина [33]. Всего в ягодах облепихи найдено более 190 соединений, обладающих различной био- логической активностью [12], что в полной мере позволяет отнести данный вид сырья к категории «суперфрукты». В настоящее время интерес к так называемым суперфруктам достаточно значителен, что в первую очередь связано с эффективной маркетинговой стратегией продвижения идеи исключительной пользы для здоровья ряда экзотических фруктов, в том числе и с низкой популярностью у потребителей всего мира. Облепиха является достаточно распространенным сырьем в мировом масштабе, однако промышленное использование ягод данной культуры связано в первую очередь с получением облепихового масла, что не позволяет полностью использовать пищевой потенциал ягод.

Облепиха, как и любое другое растительное сырье, подвержена обширным вариациям химического состава, которые обнаруживаются как среди популяций, подвидов, так и сортов. Общеизвестно, что ягоды подвида Hippophae rhamnoides subsp. sinensis (распространен в Китае) содержат в 5–10 раз больше аскорбиновой кислоты во фракции сока, чем ягоды подвида Hippophae rhamnoides subsp. rhamnoides (распространен в Европе) и ягоды подвида Hippophae rhamnoides subsp. mongo-lica (распространен в России) [24]. При этом содержание аскорбиновой кислоты среди выведенной в России сортов облепихи (подвид Hippophae rhamnoides subsp. mongolica ) обычно составляет 0,5–3,3 г/кг [30], в то время как содержание аскорбиновой кислоты в ягодах подвида Hippophae rhamnoides subsp. turki-stanica составляет от 2,5 до 4,2 г/кг [9].

Таким образом, с точки зрения формирования качества пищевых продуктов на основе облепихи, включая функциональные продукты для спецпитания спортсменов, содержание аскорбиновой кислоты в исходном сырье может определять направления его переработки.

В частности, можно использовать наиболее богатые аскорбиновой кислотой сорта данной ягоды для получения пищевых продуктов спортивного питания с минимальной технологической переработкой. Важно отметить, несмотря на значительную роль аскорбиновой кислоты в составе натуральных ингредиентов рациона питания человека (фруктов, овощей, травянистых растений), она, например, широко применяется в качестве пищевой добавки, антиоксиданта и улучшителя хлебопекарной муки.

Известно, что даже в обычных условиях хранения аскорбиновая кислота является достаточно нестабильным соединением, а присутствие таких факторов, как нагревание, наличие растворенного кислорода и ионов тяжелых металлов, значительно увеличивают скорость ее деградации [8]. При этом четкое понимание механизмов деградации аскорбиновой кислоты имеет решающее значение в определении стабильности и установлении срока годности широкого перечня пищевых продуктов, включая спортивное питание.

В условиях отсутствия окислителей аскорбиновая кислота (1) после перехода в фенольную форму L-кетоглутаровой кислоты (2) обычно подвергается самопроизвольному декарбоксилированию и обезвоживанию с образованием 3-дезокси-L-пентозона (3), который в дальнейшем превращается в фурфурол (4) [25] по схеме 1.

В окислительных условиях фурфурол также является конечным продуктом деградации аскорбиновой кислоты, однако промежуточными продуктами являются L-трео-пенто-2-улоза, 2-дезокси-эритропенто-2-улоза-1,4-лактон и 1,2-бутандион [25].

Образующиеся в ходе указанных выше превращений аскорбиновой кислоты карбонильные соединения являются реакционно-

O

COH

H2O

C OH

H C OH

HO C H

CH

HO 2

- H2O

- CO2

OH C

CO

CH

HC OH

CH ₂

HO 2

Схема 1. Самопроизвольная деградация аскорбиновой кислоты до фурфурола Scheme 1. Spontaneous degradation of ascorbic acid to furfural способными интермедиатами и включаются в общий механизм реакции Майяра наравне с производными фурана [13, 19, 26, 31]. Таким образом, установлена прямая зависимость между содержанием аскорбиновой кислоты в пищевых продуктах и их цветовыми характеристиками, причем вызывающей нежелательное окрашивание, снижающее потребительские достоинства продуктов [28].

При создании современных продуктов спортивного питания предпочтение отдается технологическим решениям, направленным на сохранение максимальной полезности и натуральности пищевого продукта, в том числе отсутствие в его составе искусственных добавок, особенно консервантов. При этом фактически единственными приемлемыми методами консервирования остаются методы, основанные на процессе термической гибели микроорганизмов. В то же время тепловые процессы оказывают негативное воздействие на качество готового продукта, в частности, происходит потеря термолабильных питательных и биологически активных веществ, образование нежелательных соединений (например, 5-гидроксиметилфурфурола при получении облепиховых напитков с добавлением мёда) [23], изменение цвета продукта, сопровождающееся реакциями неферментативного покоричневения, карамелизации и разложения аскорбиновой кислоты [11, 18, 27].

Таким образом, на основе всего вышесказанного исследование влияния аскорбиновой кислоты на процесс неферментативного потемнения при приготовлении осветленного облепихового сока как самостоятельного компонента спортивного питания и как функционального ингредиента в составе спортивных продуктов достаточно актуально, своевременно, имеет как теоретическое, так и широкое практическое значение.

Целью наших исследований явилось изучение динамики содержания аскорбиновой кислоты в процессе приготовления облепихового сока из нескольких распространенных в Алтайском крае сортов облепихи, а также влияния деградации аскорбиновой кислоты на оптические характеристики готового продукта как самостоятельного компонента и функционального ингредиента продуктов для спецпитания спортсменов.

Материалы и методы исследований. Материалом исследований служили соки, полученные методом прямого отжима ягод низ- кокислотных сортов облепихи (Алтайская, Чуйская, Эссель), собранных в 2018, 2019 гг. на территории Алтайского края. Осветление соков проводилось бентонитом GranuBent PORE-TEC (ERBSLOEH Geisenheim AG, Германия) в сочетании с их предварительной обработкой ферментным препаратом пекто-литического действия Rapidase Clear (DSM Nutritional Products Ltd, Швейцария). Обработка ферментным препаратом проводилась для разрушения пектиновых веществ, препятствующих эффективному осветлению облепихового сока за счет образования агломератов с частичками облепихового масла. Финишную фильтрацию соков проводили через фильтр-картон марки SEITS-KS80.

Количественное определение редуцирующих сахаров проводили химическим методом с использованием перманганата калия [2]. Содержание титруемых кислот определяли потенциометрическим титрованием в пересчете на преобладающую яблочную кислоту [3]. Количественное определение аскорбиновой кислоты проводили с использованием 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия (Supelco, CAS# 620-45-1) [20].

Определение мутности исследуемых соков проводили при помощи портативного турдибиметра HACH 2100P (Hach, США) по методике, рекомендованной производителем.

Определение массовой концентрации общих фенольных веществ проводили колориметрическим методом с использованием реактива Фолина – Чокальтеу [10, 15, 32] на спектрофотометре ПЭ-5300ВИ («Экрос», Россия) с предварительным разбавлением образцов в 100 раз.

Оптические и хроматические характеристики исследуемых образцов облепиховых соков на всех этапах эксперимента определяли согласно действующим методическим рекомендациям OIV [16, 17] с использованием спектрофотометра UV-1800 (Shimadzu, Япония). На основании полученных спектральных характеристик соков рассчитывали:

– значение показателя интенсивности цвета, определяемого как сумма показателей абсорбции при длинах волн 420, 520 и 620 нм ( I ):

I = A 420 + A 520 + A 620 , (1)

– значение показателя оттенка цвета, определяемого как отношение показателей абсорбции, измеренных при длинах волн 420 и 520 нм ( N ):

N = A420 /A520 ,(2)

– значение показателя желтизны цвета ( G , %), определяемого по формуле [15]:

G = (1,28X-1,06Z )100(3)

где X , Y и Z – координаты цвета в системе CIE:

X = 0,42 - 7625 + 0,35 ■ T550 + 0,21 ■ T445

Y=0,20 ■ 7625 + 0,63-T550 + 0,17 ■ T495

Z = 0,24 ■ T495 + 0,94 ■ T445,(6)

где T 625 , T 550 , T 445 , T 495 – коэффициенты пропускания, определенные относительно дистиллированной воды при соответствующих длинах волн, %.

Восприятие внешнего вида облепихового сока (нативного без обработки – образец № 1 и осветленного по предложенной схеме – образец № 2) изучали по основополагающим характеристикам (внешний вид, чистота цвета) методом тестирования фокус-группы из 36 спортсменов, занимающихся боксом, – мужчин в возрасте от 20 до 25 лет в хорошей физической форме, здоровых.

Результаты исследований и их обсуждение. Полученный из облепихи сок прямого отжима представляет собой сложную трехфазную дисперсную систему, которая состоит из водной фазы, содержащей органические кислоты, сахара, витамины и другие водорастворимые компоненты ягод, и твердой фазы, представляющей собой мельчайшие частицы плодовой мякоти и оболочек ягоды и содержащие в своем составе инкапсулированное облепиховое масло, а также капель свободного облепихового масла. В табл. 1 представлены результаты химического анализа образцов сока.

Как видно из табл. 1, выбранные сорта облепихи относятся к низкокислотным с относительно высоким содержанием сахаров; наблюдается широкое варьирование концентрации аскорбиновой кислоты, что в условиях низкого значения активной кислотности создает предпосылки для протекания реакций деградации аскорбиновой кислоты с образованием интермедиатов неферментативного покоричневения пищевых продуктов.

Необходимость осветления нативного сока облепихи как функционального ингредиента продуктов для спортивного питания связана с его непривлекательными органолептическими характеристиками, в частности, наличие эффекта расслаивания при хранении и агломерации масляных включений в плавающее на поверхности трудно разрушаемое кольцо. Имеются сведения [6] об осветлении облепиховых соков бентонитом, однако требуются большие дозировки препарата, что снижает экономическую эффективность.

На наш взгляд, эффективное решение проблемы осветления нативного сока облепихи возможно только комбинированной физико-ферментативной обработкой, позволяющей на предварительной стадии осветления добиться разрушения пектиновых веществ со снижением вязкости обрабатываемого сока, а также высвободить частички масла из твердой фазы, что облегчит связывание масла и бентонита.

На рис. 1 представлены результаты использования ферментного препарата Rapidase Clear при обработке соков прямого отжима. Обработка ягодной мезги не проводилась, поскольку это привело бы к большему накоплению частичек масла в осветляемом соке

Таблица 1

Table 1

Содержание основных веществ сока из исследуемых сортов облепихи

Composition of sea buckthorn juices depending on sea buckthorn varieties

(n = 3, M ± m)

Сорт Variety	Активная кислотность, ед. рН Active acidity, pH	Титруемая кислотность, в пересчете на яблочную кислоту, г/дм3 Titratable acidity reported as malic acid, g/dm3	Массовая концентрация аскорбиновой кислоты, мг/кг Mass concentration of ascorbic acid, mg/kg	Массовая концентрация редуцирующих сахаров, г/дм3 Mass concentration of reducing sugars, g/dm3
Алтайская Altayskaya	3,08 ± 0,11	10,8 ± 0,1	845,0 ± 42,1	93,1 ± 2,7
Чуйская Chuyskaya	3,11 ± 0,08	13,4 ± 0,1	1340,0 ± 60,3	86,4 ± 3,1
Эссель Essel	3,14 ± 0,14	13,7 ± 0,1	536,0 ± 21,4	94,6 ± 2,5

обработки, ч

0,01%     0,03%     0,05%

Продолжительность обработки, ч

обработки, ч

0,01%     0,03%     0,05%

0,01% 0,03%     0,05%

Сорт «Алтайская»

Сорт «Чуйская»

Сорт «Эссель»

Рис. 1. Влияние продолжительности ферментации на вязкость образцов соков Fig. 1. The effect of fermentation duration on juice viscosity

Рис. 2. Влияние продолжительности ферментации на содержание аскорбиновой кислоты в образцах соков Fig. 2. The effect of fermentation duration on ascorbic acid content in juice samples

и затруднению процесса осветления. Дозировку ферментного препарата варьировали от 0,01 до 0,05 % к массе сока, продолжительность обработки составляла 6 ч при температуре 45 °С. Эффективность обработки оценивали по снижению показателя кинематической вязкости облепихового сока (см. рис. 1).

Как и ожидалось, наилучшие результаты были получены при использовании максимальной концентрации фермента Rapidase Clear, равной 0,05 % к массе обрабатываемого сока вне зависимости от сорта ягоды. Обработка ферментным препаратом сока из облепихи сорта «Эссель» показала наибольшую эффективность, что может быть обусловлено низкой масличностью ягод по сравнению с двумя другими сортами. В целом, применение ферментного препарата позволяет снизить вязкость сока на 7,2–9,4 % по отношению к исходному значению.

На рис. 2 представлена динамика содержания аскорбиновой кислоты в облепиховых соках при их ферментативной обработке препаратом Rapidase Clear в дозировке 0,05 %.

Результаты исследований показывают равномерное снижение концентрации витамина С при ферментативной обработке соков в течение 6 ч при 45 °С. Для оценки влияния

Продолжительность обработки, ч

Продолжительность обработки, ч

Продолжительность обработки, ч

о Алтайская о Чуйская △ Эссель о Алтайская о Чуйская △ Эссель о Алтайская о Чуйская △ Эссель

Рис. 3. Влияние продолжительности ферментации на цветовые характеристики образцов сока Fig. 3. The effect of fermentation duration on color characteristics of juice samples деградации аскорбиновой кислоты на оптические характеристики сока образцы центрифугировали, пропускали через фильтр-картон для осветления, а затем проводили спектрофотометрическое исследование. Результаты представлены на рис. 3.

Таким образом, на данной стадии эксперимента подтверждена взаимосвязь концентрации аскорбиновой кислоты в соке и его цветовых характеристик. С деградацией аскорбиновой кислоты происходит усиление интенсивности цвета пропорционально динамике снижения аскорбиновой кислоты, также увеличивается показатель желтизны цвета, что свидетельствует о приобретении образцами коричневых оттенков.

На следующем этапе исследования проводили обработку соков после ферментации 5%-ной суспензией бентонита в возрастающей концентрации от 1 до 3 г/дм3. После внесения бентонита образцы интенсивно перемешивали в течение 10 мин, затем выдерживали в течение 24 ч и определяли мутность образцов, долю образовавшегося осадка, а также концентрацию витамина С и оптические характеристики. В табл. 2 показаны результаты осветления образцов облепиховых соков, обработанных ферментным препаратом Rapidase Clear в дозировке 0,05 % к массе.

Результаты показали, что использование предварительной обработки ферментным препаратом позволяет снизить дозировку бен- тонита при осветлении облепихового сока до 2,5 г/дм3 для используемых сортов облепихи, что позволяет сократить экономические издержки при их изготовлении. Можно видеть, что общие потери витамина С на этой стадии производства составляют около 30 %.

На рис. 4 показан внешний вид облепихового сока по мере увеличения дозировки бентонита (слева-направо, сорт «Эссель»).

Как и ранее, для определения цветовых характеристик перед спектрофотометрическим исследованием образцы соков отфильтровывали через фильтр-картон. Результаты исследований отражены на рис. 5.

Таким образом, обработка облепиховых соков бентонитом приводит к частичному восстановлению исходных цветовых характеристик сока, что, вероятно, объясняется избирательной сорбцией темноокрашенных соединений, образующихся при деградации аскорбиновой кислоты. Результаты, полученные в ходе проведенных исследований, подтверждают первоначальную гипотезу о влиянии концентрации витамина С на процесс потемнения облепихового сока при получении осветленного облепихового сока как функционального ингредиента для продуктов спортивного питания.

Особый интерес представляет изучение восприятия внешнего вида облепихового сока, осветленного по приведенной в настоящей работе схеме, так как, несмотря на содержа- ние физиологически ценных нутриентов, органолептические характеристики натурального сока, в частности, внешний вид и чистота цвета, остаются основополагающими. Данный факт особенно важен для спортсменов, ведущих интенсивный тренировочный процесс, когда следует избегать негативных эмоциональных состояний. Плодовоовощные соки являются частью рациона спортивного питания как с точки зрения восполнения потерь жидкости, так и с точки зрения коррекции витаминного и антиоксидантного статуса [1, 4, 5, 7].

В исследовании восприятия внешнего вида облепихового сока приняли участие 36 зани- мающихся боксом мужчин в возрасте от 20 до 25 лет, здоровые, в хорошей физической форме, не болеющие какими-либо заболеваниями. Добровольцы принимали по 150 см3 образцов облепихового сока (T = 18–20 °С): образец № 1 – нативный сок без обработки, образец № 2 – нативный сок, обработанный ферментным препаратом Rapidase Clear в сочетании с бентонитом. Все тестируемые спортсмены отдали предпочтение образцу сока № 2, отметив его наибольшую внешнюю привлекательность: однородность, прозрачность и чистый желто-золотистый цвет без признаков покоричневения.

Таблица 2

Table 2

Сорт Variety	Показатель Parameter	Д озировка бентонита, г/дм3 сока Bentonite, g/dm3 of juice
		1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
Алтайская Altayskaya	Мутность, ед. NTU Turbidity, NTU	980 ± 11,0	427 ± 8,0	64,5 ± 3,4	6,8 ± 1,1	5,1 ± 1,0
	Доля осадка, % Sedimentation rate, %	4,5 ± 0,2	8,2 ± 0,2	11,4 ± 0,4	16,5 ± 0,5	2 2,1 ± 0,5
	Аскорбиновая кислота, мг/кг Ascorbic acid, mg/kg	689 ± 8	623 ± 11	577 ± 7	518 ± 6	488 ± 12
Чуйская Chuyskaya	Мутность, ед. NTU Turbidity, NTU	1087,0 ± 14,0	582,0 ± 9,0	102,0 ± 4,0	7,2 ± 1,0	4,3 ± 0,8
	Доля осадка, % Sedimentation rate, %	6,4 ± 0,3	9,8 ± 0,4	13,7 ± 0,5	18,4 ± 0,5	2 3,2 ± 0,3
	Аскорбиновая кислота, мг/кг Ascorbic acid, mg/kg	1105 ± 13	1025 ± 8	67 ± 3	874 ± 4	796 ± 8
Эссель Essel	Мутность, ед. NTU Turbidity, NTU	876,0 ± 14,0	368,0 ± 7,0	36,5 ± 2,9	3,7 ± 0,6	3,1 ± 0,4
	Доля осадка, % Sedimentation rate, %	4,3 ± 0,2	7,6 ± 0,4	9,8 ± 0,4	13,4 ± 0,5	1 7,5 ± 0,5
	Аскорбиновая кислота, мг/кг Ascorbic acid, mg/kg	472 ± 11	428 ± 8	411 ± 6	376 ± 5	355 ± 5

Результаты осветления образцов облепиховых соков

The results of sea buckthorn juice clarification

(n = 3, M ± m)

Бентонит, г/дм3

Мутность, ед. NTU

1,0               1,5               2,0               2,5               3,0

876,0 ± 14,0    368,0 ± 7,0      36,5 ± 2,9       3,7 ± 0,6       3,1 ± 0,4

Рис. 4. Внешний вид сока облепихи из сорта «Эссель» при осветлении Fig. 4. Visual appearance of clarified sea buckthorn juice from the Essel variety

0 1 1,5 2 2,5 3

Концентрация бентонита, г/дм3

бентонита, г/дм3

о Алтайская о Чуйская △ Эссель

Рис. 5. Влияние концентрации бентонита на цветовые характеристики образцов сока Fig. 5. The effect of bentonite concentration on color characteristics of juice samples

Концентрация бентонита, г/дм3

о Алтайская о Чуйская △ Эссель

о Алтайская о Чуйская △ Эссель

Выводы

• 1.    В ходе работы получены результаты, показывающие, что использование ферментного препарата Rapidase Clear позволяет снизить вязкость облепихового сока за счет разрушения пектиновых частиц, являющихся составной частью трехфазной системы нативного сока облепихи.

• 2.    Установлено, что предварительная обработка ферментным препаратом Rapidase Clear позволяет снизить дозировку бентонита до 2,5 г/дм³, что дает положительный экономический эффект при промышленном производстве облепихового сока как ингредиента продуктов для спецпитания спортсменов.

• 3.    Доказано, что, несмотря на увеличение интенсивности коричневого тона облепихового сока при ферментной предобработке, связанной с окислительной деградацией витамина С при повышенной температуре, последующая обработка бентонитом позволяет провести избирательную сорбцию темноок-рашенных соединений, что компенсирует вклад окислительных процессов при ферментации и дает возможность получения облепихового сока с привлекательными потребительскими свойствами для последующего использования самостоятельно или в составе функциональных продуктов для спецпитания спортсменов.