Исследование влияния предварительной обработки ягод брусники c применением композиции ферментных препаратов на химический состав сока

Применение ферментных препаратов для переработки плодово-ягодного сырья является одним из ключевых направлений в создании малоотходных, ресурсосберегающих технологий, позволяющих рационально и комплексно использовать богатый природный потенциал сырья.

Ранее проведенными исследованиями осуществлен мониторинг эффективности применения ферментных препаратов различной субстратной специфичности для обработки ягод брусники при получении сока. С учетом данных химического состава ягод брусники в исследованиях был задействован достаточно широкий спектр ферментных препаратов пек-толитического и глюканолитического действия отечественного и импортного производства, которые применялись как индивидуально, так и в составе композиции. Наилучшие результаты получены с применением композиций Ресtinех-ХХL – БрюззаймВGХ (МЭК-1) и Рапидаза СR-LаminехВG2 (МЭК-2), использование которых на стадии предварительной обработки ягод способствует увеличению выхода сока на 20% и 26% соответственно [2].

Целью данного исследования явилось обоснование ферментативной обработки ягод брусники при получении сока для наиболее полного извлечения в сок содержащихся в ягодах природных компонентов и функциональных пищевых ингредиентов на основании изучения химического состава брусничных соков, полученных с применением предварительной ферментативной обработки ягод и без использования ферментных препаратов.

В работе использовали композиции ферментных препаратов, с которыми ранее были получены наилучшие результаты – МЭК-1 и МЭК-2.

Для исследования влияния предварительной ферментативной обработки ягод брусники на выход в сок экстрактивных и биологически активных веществ проводили сравнительный анализ по их содержанию в соке, полученном без ферментативной обработки ягод (ФОЯ), и в соке, полученном с применением МЭК (СФБ). Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Влияние предварительной ферментативной обработки ягод брусники на выход в сок экстрактивных веществ Table 1.

The influence of red whortleberryenzymatic pretreatment on the output of extractive components into the juice

Наименование компонента| Component Name	Содержание компонента, мг/100 г. ягод брусники The content of the component, mg/100 g red whortleberry
	Сок без ФОЯ Juice without Foy	СФБ, полученный с применением МЭК-1 SWFs produced using IEC 1	СФБ, полученный с применением МЭК-2 SWFs produced using IEC 2
Растворимый белок, г | Soluble protein, g	0,35 ± 0,050	0,42 ± 0,062	0,46 ± 0,054
Редуцирующие сахара (в пересчете на глюкозу), г | Reducing sugars (expressed as glucose), g	2,92 ± 0,060	3,37 ± 0,053	3,48 ± 0,062
Органические кислоты (титруемые) (в пересчете на лимонную кислоту), г | Organic acids (titrable) (interms of citric acid), g	1,68 ± 0,14	1,99 ± 0,12	2,15 ± 0,15
Витамин С, мг | Vitamin C, mg	11,4 ± 0,9	17,5 ± 1,1	18,2 ± 1,1
Полифенольные соединения, мг | Polyphenolic compounds, mg	389,4 ± 15,1	460,2 ± 15,4	495,6 ± 15,7
Проантоцианидины, мг | Proanthocyanidinsmg	2,3 ± 0,3	3,1 ± 0,3	4,7 ± 0,4
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг | Flavones and flavonols (calculated as rutin), mg	0,83 ± 0,03	4,5 ± 0,05	4,9 ± 0,09
Антоцианы (в пересчете на цианидин 3 гликозид), мг | Anthocyanins (calculated as cyanidin 3 glucoside), mg	175 ± 12,3	209,5 ± 12,0	233 ± 14,0

Обсуждение результатов

Как свидетельствуют полученные результаты проведение предварительной ферментативной обработки ягод брусники способствует существенному увеличению выхода экстрактивных веществ ягод в соковую фракцию (СФБ) по сравнению с соком, полученным без применения ферментных препаратов (сок без ФОЯ). Установлено существенное увеличение выхода в сок ценных природных компонентов и функциональных пищевых ингредиентов – органических кислот, сахаров, белковых веществ (в 1,2–1,3 раза), витамина С (в 1,5–1,6 раза), биологически активных полифенольных соединений (в 1,2–1,3 раза), в том числе, флавонов и флавонолов (в 5,4–5,9 раза), антоцианов (в 1,2–1,3 раза), проантоцианидинов (в 1,2–1,6 раза) (таблиц а 1) . Усиление экстрактивных свойств растительной ткани отмечается под действием МЭК-1 и МЭК-2, но все же более предпочтительно с этой точки зрения выглядит композиция на основе ферментных препаратов Рапидаза СR-Lаminех ВG2 (МЭК-2) (таблица 1) . В пользу выбора этой композиции свидетельствует и тот факт, что применение ее на стадии предварительной обработки ягод способствует увеличению выхода сока на 26% [2].

Повышение экстрактивной способности растительной ткани после предварительной ферментативной обработки ягод брусники благоприятно сказывается на химическом составе сока (таблиц а 2) .

Таблица 2.

Химический состав брусничного сока, полученного с применением МЭК-2

Table 2.

The chemical composition of red whortleberry juice produced using IEC 2

Компонент| Component	Содержание в 100 мл| The content of the component, per 100 ml
Растворимый белок, г | Soluble protein, g	0,52 ± 0,07
Редуцирующие вещества (в пересчете на глюкозу), г| Reducing sugars (expressed as glucose), g	3,95 ± 0,14
Органические (титруемые) кислоты (в пересчете на лимонную), г | Organic acids (titrable) (in terms of citric acid), g	2,5 ± 0,15
Витамин С, мг | Vitamin C, mg	20,7 ± 1,5
Полифенольные соединения, мг | Polyphenolic compounds, mg	563 ± 16,2
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг| Flavons and flavonols (calculated as rutin), mg	5,6 ± 0,05
Проантоцианидины,               мг| Proanthocyanidins, mg	5,6 ± 0,07
Катехины, мг| Catechins, mg	10,5 ± 1,2
Антоцианы(в пересчете на цианидин-3-гликозид), мг| Anthocyanins (calculated as cyanidin-3-glucoside), mg	265 ± 11,3

Оригинальный вкус брусничного сока формируют органические кислоты в сочетании с сахарами. Органические кислоты принимают участие в ощелачивании организма, снижают риск синтеза в организме канцерогенных нитрозаминов, а значит и риск развития онкологической патологии [8]. Из фруктовых кислот в составе брусничного сока выявлены лимонная и яблочная кислоты, с явным доминированием лимонной кислоты (таблица 3)

Таблица 3. Содержание некоторых органических кислот, мг/100 г. ягод брусники

Table 3.

Some organic acids content, mg/100 gred whortleberry

Наименование кислоты| Acidname	СокбезФОЯ Juice without Foy	СФБ, полученный с применением МЭК-2 SWFs produced using IEC 2
Бензойная кислота мг/г| Benzoicacid	16,5	23,2
Лимонная кислота | Citric acid	1608	2006
Яблочная кислота| Malic acid	57,5	119,9

Особенностью ягод брусники является наличие в их составе природного консерванта – бензойной кислоты, которая обладает антисептическими свойствами, что обусловливает способность продуктов переработки ягод к длительному хранению. Помимо лимонной, яблочной и бензойной кислоты, в составе ягод брусники в малом количестве присутствуют винная и салициловая кислоты [1].

Применение комплекса гидролитических ферментов позволяет увеличить в 1,3 раза выход органических кислот в соковую фракцию (таблиц а 1) – с 1,68 г/100 г. ягод брусники в соке до 2,15 г/100 г. в СФБ, полученном с МЭК-2, и их содержание составляет 2,5 ± 0,15 г/100 мл (таблица 2) . Экстракция лимонной и яблочной кислот возросла в 1,3 и 2,1 раза соответственно, а бензойной кислоты – в 1,4 раза (таблица 3, рисунок 1 –3) .

Наличие органических кислот в брусничном соке и в СФБ обусловливает низкое значение активной кислотности среды (рН~2,7), которое способствует естественной защите сока от действия микроорганизмов [8].

DAD1 B, Sig=272,4 Ref=off (26042016\BR000002.D)

10                  12                  14                  16               min

Рисунок 1. Хроматограмма бензойной кислоты в брусничном соке, полученном без ФОЯ

Figure 1.HРLC-chromatogramme of benzoic acid in the red whortleberry juice produced without FPB

DAD1 B, Sig=272,4 Ref=off (26042016\BR000003.D)

Рисунок 2. Хроматограмма бензойной кислоты в СФБ

Figure2. HРLC-chromatogramme of benzoic acid in SWFs produced using IEC 2

16               min

Рисунок 3. Содержание органических кислот в брусничном соке без ФОЯ и СФБ, мг/100 г. ягод брусники

Figure3. Organic acids content in the red whortleberry juice produced without FPB and in SWFs produced using IEC 2, mg/100 g. red whortleberry

Углеводы ягод брусники представлены легкоусвояемыми сахарами, обусловливающими энергетическую ценность. Проведение предварительной ферментативной обработки ягод брусники позволяет увеличить содержание редуцирующих сахаров в соковой фракции в 1,2 раза (с 2,92 до 3,37–3,48 г/100 г. ягод брусники) (таблица 1) . Их содержание в СФБ, полученном с применением МЭК-2, составляет 3,95 ± 0,14 г/100 мл (таблица 2) .

Важным показателем эффективности предварительной ферментативной обработки ягод брусники при получении сока является увеличение содержания растворимых форм белка. Известно, что белки в растительном сырье образуют комплексы со структурными полисахаридами и в силу сложной природной организации вплетены в ткань клеточной стенки. Гидролитическое расщепление гемицеллюлозы, целлюлозы и пектиновых веществ – структурных составляющих клеточных стенок – способствует высвобождению и переводу в растворимое состояние связанных форм белка [4, 5].

В ходе исследований установлено увеличение выхода растворимого белка в СФБ в 1,2–1,3 раза (таблиц а 1) . Содержание белка в брусничном соке, полученном с применением МЭК-2, составляет 0,52 ± 0,07 г/100 мл (таблица 2) .

Из витаминов, синтезируемых в ягодах брусники, особый интерес представляет витамин С, накапливающийся в ягодах в наибольших количествах. Витамин С (аскорбиновая кислота) участвует в окислительно-восстановительных процессах, тканевом дыхании, обмене аминокислот, углеводов, жиров и холестерина; необходим для образования белка коллагена, связывающего клетки сосудов, костной ткани, кожи, для заживления ран. Витамин С нейтрализует действие свободных радикалов, образующихся при переваривании пищи; предотвращает преобразование нитратов в нитрозамины, являющиеся сильными канцерогенами [10].

Как показали результаты исследований, выход витамина С в соковую фракцию после обработки ягод МЭК-1 и МЭК-2 увеличился в 1,5–1,6 раза, и его содержание в соке, полученном с применением МЭК-2, составило 20,7 ± 1,5 мг/100 мл (таблица 1, 2, рисунок 4). Увеличение выхода аскорбиновой кислоты, по всей видимости, связано с гидролитическим расщеплением структурных компонентов клеточной стенки, и. прежде всего, целлюлозыи гемицеллюлозы, в результате чего высвобождаются и переходят в экстракт связанные формы витамина С [3, 6, 11].

Содержание в растительном сырье фенольных соединений является важнейшим показателем их биологической ценности, определяющим его антиокислительную активность. Процессы окисления в организме человека приводят к преждевременному старению и развитию целого ряда патологий [10, 11].

Полученные результаты свидетельствуют, что проведение предварительной ферментативной обработки ягод брусники позволило повысить выход биоактивных полифенольных соединений в 1,3 раза (с 389,4 ± 15,1 до 495,6 ± 15,7 мг/100 г. ягод брусники) (таблица 1, рисунок 5) и их содержание в СФБ составило 563 ± 16,2 мг/100 мл (таблица 2) .

Рисунок 4. Содержание витамина С в брусничном соке без ФОЯ и СФБ, мг/100 г ягод брусники

Figure 4. Vitamin C content in thered whortleberry juice produced without FPB and in SWFs produced using IEC 2, mg/100 g. red whortleberry

Рисунок 5. Содержание полифенольных соединений в брусничном соке без ФОЯ и СФБ, мг/100 г ягод брусники Figure 5. Polyphenolic compounds content in thered whortleberry juice produced without FPB and in SWFs produced using IEC 2, mg/100 g. red whortleberry

Существенную фракцию фенольных соединений составляют флавоноиды. В последние годы существенно возрос интерес к этой группе органических соединений ввиду присущего им широкого спектра биологической активности. Как показали проведенные исследования, применение композиции ферментных препаратов для обработки ягод брусники при получении сока, позволяет увеличить выход в сок представителей флавоноидов: флавонов и флавонолов (в 5,4–5,9 раза), антоцианов (в 1,2– 1,3 раза), катехинов (в 1,7 раза), проантоцианидинов (в 1,3–2,0 раза) (таблица 1) . Их содержание в брусничном соке, полученном с применением МЭК-2 составляют 5,6 ± 0,05 мг/100 мл, 265 ± 11,3 мг/100 мл, 10,5 ± 1,2 мг/100 мл, 5,6 ± 0,07 мг / 100 мл соответственно (таблица 2) .

На завершающем этапе исследовали влияние предварительной ферментативной обработки ягод брусники на минеральный состав брусничного сока.

Результаты проведенных исследований свидетельствуют о наличии богатого и разнообразного комплекса минеральных компонентов (таблиц а 4) .

Таблица 4. Минеральный состав брусничного сока и СФБ, полученного с применением МЭК-2 (мг/кг)

Table 4.

The mineral compositionof the red whortleberry juice produced without FPB and in SWFs produced using IEC 2, mg/kg

Наименование элемента| Element Name	Сок, полученный без ФОЯ| Juice without Foy	СФБ, полученный с применением МЭК-2| SWFs produced using IEC2
Серебро|Silver	0,13	0,14
Алюминий| Aluminium	63,23	93,1
Кальций| Calcium	104,1	98,6
Цинк|Zinc	1,32	1,61
Хром|Cromium	0,08	0,18
Железо|Iron	3,02	3,94
Калий| Potassium	425,0	481,85
Литий|Lithium	0,64	0,76
Магний| Magnesium	45,55	60,55
Марганец| Manganese	25,92	33,66
Натрий| Sodium	32,45	16,44
Никель|Nickel	0,16	0,28
Фосфор| Phosphorus	170,2	209,1
Кремний| Silicon	4,64	8,48

Анализ полученных результатов показывает, что проведение ферментативной обработки положительно сказывается на минеральном составе брусничного сока: отмечается увеличение содержания большинства исследуемых минеральных компонентов. По-видимому, локализуясь в ягодах в составе водорастворимых солей, минеральные вещества легко переходят в соковую фракцию за счет применения активного комплекса гидролаз, расщепляющих некрахмальные полисахариды клеточной стенки и разрушающих множественные ассоциативные связи, удерживающие минеральные вещества со структурными образованиями.

Лидирующие позиции среди минеральных веществ принадлежат калию (его содержание – 425 мг/кг в соке и 481,8 мг/кг в СФБ) (таблица 4) . Известно, что соли калия положительно действуют на организм: ещё находясь в кишечнике, калий задерживает образование мочевой кислоты, избыток которой может привести к отложению солей и мочекаменной болезни; участвует в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия в организме, необходим для нормальной деятельности мышц, в том числе сердца [7, 9].

Достаточно высокие показатели по содержанию фосфора и кальция.

Кальций и фосфор участвуют в построении костной ткани [9]. Кроме того, выявлена протекторная роль кальция в отношении радионуклидной и свинцовой интоксикации; фосфор помогает правильному росту клеток и нормальной работе почек, участвует в процессе усвоения витаминов и преобразования пищи в жизненную энергию [9]. Содержание этих жизненно важных элементов составляет 104,1 мг/кг и 170,2 мг/кг в брусничном соке и 98,6 мг/кг и 209,1 мг/кг в СФБ соответственно (таблица 4) .

Из других макроэлементов следует отметить наличие магния и натрия.

Магний подобно калию является основным внутриклеточным катионом. Он необходим для предупреждения аритмии и быстрой утомляемости, поддерживает нормальную работу сердечнососудистой системы [9]. Содержание магния составляет 45,5 мг/кг в соке и 60,55 мг/кг в СФБ (таблица 4) . Примечательно, что уровень содержания натрия в СФБ снижается (почти в два раза) и составляет 16,44 мг/кг против 32,45 мг/кг в соке (таблица 4) .

Из обнаруженных микроэлементов следует упомянуть о марганце. Его содержание в СФБ по сравнению с соком увеличивается в 1,3 раза и составляет 33,66 мг/кг (таблица 4) .

Марганец оказывает положительное влияние на функцию кроветворных органов, принимает участие в углеводном обмене (необходим для секреции инсулина – гормона поджелудочной железы), участвует в липидном обмене (препятствует отложению жира в печени) и синтезе холестерина, проявляет антиоксидантные способности [9].

Алюминий, который идентифицируется в составе минеральных веществ брусничного сока, играет важную роль в построении костной и соединительной ткани, формировании эпителия [9]. Установлено, что в результате ферментативной обработки ягод, содержание алюминия в соковой фракции возрастает в 1,5 раза и составляет 93,1 мг/кг (таблица 4) .