Разработка технологии экстракта люцерны посевной и его использование для производства безалкогольных напитков антиоксидантной направленности

Результаты скрининговых исследований фактического питания населения Российской Федерации свидетельствуют о дефиците биологических активных веществ антиоксидантной направленности, в частности, флавоноидов в рационе отдельных групп населения. Источником флавоноидов являются растительные экстракты [1–4], в частности, экстракт люцерны посевной. Целесообразно дать краткую характеристику флавоноидов.

Классифицируют флавоноиды в соответствии с особенностями строения атомов углерода, связующих два ароматических кольца (C6–C3–C6): флаваны, флавоны, флавонолы, флаваноны, флаванонолы (дигидрофлавоно- лы), изофлавоны (изофлавоноиды), халконы, антоцианы (антоцианины), ауроны, неофла-воноиды [5]. Флавоноиды растений выполняют роль перехватчиков неустойчивых частиц с одним или несколькими неспаренным электронами, которые образуются в процессе жизнедеятельности клетки, ингибируют процессы свободно-радикального окисления и замедляют механизмы клеточного старения [6, 7]. Вступая в контакт со свободно радикальной частицей, они нейтрализуют её, а сами переходят в состояние стабилизированного долгоживущего радикала, не продолжающего дальнейшего образования цепи [8]. Способность выполнять функцию антиокислите- лей в клетках живого позволяет свидетельствовать о высоком потенциале флавоноидов, как биологически активных соединений, что представляет неиссякаемый интерес для многих исследователей, работающих в области разработки функциональных продуктов питания [9, 10].

Одним из перспективных направлений пищевой и перерабатывающей промышленности является разработка пищевой продукции массового потребления на основе экстрактов из местного растительного сырья, например, безалкогольных напитков с антиоксидантными свойствами.

Цель наших исследований – разработка новых рецептур, технологий и оценка качества безалкогольных напитков на основе экстракта люцерны посевной.

Объекты исследований:

• -    растительное сырье для производства экстракта (сухие измельченные листья люцерны посевной);

• -    сухой экстракт люцерны посевной;

• -    безалкогольный напиток с экстрактом люцерны.

В работе использовали общепринятые и инструментальные методы исследований: органолептические, физико-химические, биохимические и микробиологические. Достоверность полученных данных обеспечивалась применением методов сравнительного анализа с использованием пакета компьютерной программы «Statisticа 6.0».

Результаты исследований. В практике используют различные методы экстрагирования, например, метод диффузии, позволяющий получить концентрированный растительный экстракт с высоким содержанием микронутриентов (витаминов, микроэлементов, флавоноидов и других). Для получения необходимой концентрации экстрактов влагу удаляют выпариванием. Следует отметить, что в этом случае высокая температура снижает количество биологически активных веществ в экстракте, т. е. способствует разрушению термолабильных химических веществ.

При разработке новых безалкогольных напитков на основе экстрактов следует учитывать доступность и стоимость растительного сырья.

Для эксперимента использовали люцерну посевную, выращенную на территории ООО «Ясные поляны» Троицкого района Челябинской области. ООО «Ясные поляны» специализируется на производстве молока и полностью обеспечивает себя необходимым количеством кормов для крупного рогатого скота (КРС). В рационах молочного скота использует корма из бобовых культур, в частности, из люцерны посевной. Указанная культура культивируется на 200 га хозяйства. Следовательно, при внедрении в производство растительного экстракта из люцерны посевной сырье будет доступным и дешевым. Полученные экстракты люцерны в дальнейшем используются на предприятии ООО «НПП «Эраконд-Урал», специализирующемся на производстве продуктов питания. Организация «Эраконд-Урал» имеет долгосрочные договора с ООО «Ясные поляны» на поставку высушенной травы люцерна посевная.

Проведены исследования по изучению качественных характеристик растительного сырья урожая 2015 года.

В табл. 1 представлены органолептические показатели сухих измельченных листьев люцерны посевной. Из данных табл. 1 видно, что все исследуемые показатели соответствуют требованиям ТУ 9197-001-84518363-09. В табл. 2 представлены физико-химические показатели сухих измельченных листьев люцерны посевной, используемых для получения экстракта.

Таблица 1

Органолептические показатели сухих листьев люцерны посевной

Наименование показателя	Норма по ТУ 9197-001-84518363-09	Характеристика
Внешний вид	Измельченные листья с размером частиц от 1 до 8 мм	Измельченные листья с размером частиц от 1 до 5 мм
Цвет	Темно-зеленый	Темно-зеленый
Запах	Специфический, травянистый	Специфический, травянистый
Вкус	Горько-травянистый	Горько-травянистый

Из данных табл. 2 следует, что все исследуемые показатели соответствуют требованиям ТУ 9197-001-84518363-09. Влажность сухих измельченных листьев люцерны посевной составляет 11,6 % при норме не более 14 %, массовая доля общей золы –7 %, массовая доля посторонних примесей 0,5 %..

В связи с тем, что люцерна посевная является источником биофлавоноидов, дальнейшие исследования посвящены разработки безалкогольных напитков антиоксидантной направленности. Определена антиоксидантная активность растительного сырья (табл. 3).

В табл. 4 приведены показатели безопасности сухих измельченных листьев люцерны посевной, используемых для получения экстракта.

Показатели безопасности сухих измельченных листьев люцерны посевной соответствуют требованиям ТРТС021/2011.

Из результатов комплексных исследований качества растительного сырья в сухих из-

Таблица 2

Физико-химические показатели сухих измельченных листьев люцерны посевной, используемых для получения экстракта

Наименование показателя	Норма по ТУ 9197-00184518363-09	Содержание
Влажность, %	Не более 14	11,6
Массовая доля общей золы, %	7,5	7,0
Массовая доля частиц размером свыше 8 мм, %	Не более 6	–
Массовая доля частиц проходящих сквозь сито с отверстиями 0,5 мм, %	Не более 2	0,4
Массовая доля посторонних примесей, % – органической (части других растений) – минеральной (песок, земля, пыль, камешки и др.)	2,0	0,5 0,6

Таблица 3

Антиоксидантная активность, содержание биофлавоноидов и микроэлементов в сухих измельченных листьев люцерны посевной, используемых для получения экстракта

Наименование показателя	Содержание
Антиоксидантная активность, моль экв. /дм3	1,5 ± 0,1
Биофлавоноиды в пересчете на лютеолин-7- гликозид, %	16,8 ± 0,04

Таблица 4

Показатели безопасности сухих измельченных листьев люцерны посевной, используемых для получения экстракта

Наименование показателя Допустимые уровни согласно ТР ТС 021/2011 Фактически Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г, не более 1×104 1×10 Бактерии группы кишечных палочек (колифор-мы), не допускаются в массе продукта, г 1,0 Не выделены E.coli, не допускаются в массе продукта, г 1,0 Не выделены S.aureus, не допускаются в массе продукта, г 1,0 Не выделены Плесени КОЕ/г, не более 10 Не выделены Дрожжи, КОЕ/г, не более 100 Не выделены B.cereus, не допускаются в массе продукта, г 2×102 Не выделены мельченных листьев люцерны посевной следует, что оно соответствует всем предъявляемым требованиям, является источником биологически активных веществ и может быть использовано для производства экстракта.

Полученный экстракт из люцерны в дальнейшем был использован в качестве сырья в производстве разработанных нами безалкогольных напитков.

Технология получения растительного экстракта люцерны посевной следующая: получение экстракта начинают с предварительной обработки растительного сырья высоким давлением 100–200 МПа в течение 60 с, в камеру высокого давления помещают растительное сырье в герметичной вакуумной упаковке, затем заполняют рабочей жидкостью (питьевой водой) до отказа и герметично закрывают, задают необходимое давление в рабочей камере.

Дальнейшая технология получения экстракта следующая (патент 2435455): после обработки растительное сырье и экстрагент (дистиллированная вода) в соотношении 1:6 помещали в смеситель. Экстрагирование проводили при температуре 55–60 °С в течение 6 часов при постоянном перемешивании. Экстракт из смесителя подавали с помощью насоса в реактор, оборудованный датчиком давления, температуры и предохранительным клапаном. После загрузки разогревали реактор паром при давлении 5,4–5,9 105 Па до температуры 90–95 °С в течение 90 минут. Из емкости экстракт после центробежной очистки от взвешенных частиц поступал из разности давления в выпарной аппарат, затем концентрированный экстракт в распылительную сушильную установку.

Проведены исследования содержания лю-теолина (антоксиданта) и антиоксидантной активности экстрактов: контрольный образец (без обработки растительного сырья высоким давлением) и образцы экстрактов с разными технологическими режимами обработки указанными выше.

При исследовании органолептических показателей полученного экстракта установлено, что независимо от технологических режимов они идентичны. Экстракт имеет форму порошка с темно-коричневым цветом, со специфическим травянистым горьким вкусом и запахом свойственным люцерне посевной.

В табл. 5 представлено содержание биофлавоноидов, микроэлементов и АОА экстракта люцерны при разных режимах предварительной обработки растительного сырья высоким давлением.

Из данных табл. 5 следует, что предварительная обработка высоким давлением достоверно увеличивает экстракцию БАВ. В образцах экстрактов содержание биофлавоноидов при втором технологическом обработки режиме выше, чем в контроле на 41,3 %, третьем – 112,1 % и в четвертом – 151,5 %. Аналогичные изменения АОА в экстракте отмечаются при указанных режимах обработки высоким давлением. В частности, наибольшая АОА – 18,9 моль экв. /дм3 (148,7 %) отмечается при предварительной обработке растительного сырья давлением 200 МПа в течение 60 с.

Следовательно, обработка растительного сырья давлением 200 МПа в течение одной минуты максимально увеличивает выход БАВ и АОА в сравнении с традиционной технологией получения растительных экстрактов.

Таблица 5

Содержание биофлавоноидов, микроэлементов и АОА экстракта люцерны при разных режимах предварительной обработки растительного сырья высоким давлением

Наименование показателя	Режимы предварительной обработки растительного сырья высоким давлением
	1 (контроль)	2 (100 МПа, 60 с)	3 (150 МПа, 60 с)	4 (200 МПа, 60 с)
Биофлавоноиды в пересчете на лютеолин-7-гликозид, мг/г	65,2 ± 3,25	92,1 ± 2,62**	138,3 ± 3,24**	164,0 ± 3,87**
Антиоксидантная активность, моль экв./дм3	7,3 ± 1,5	11,2 ± 1,1*	15,1 ± 1,2*	18,9 ± 1,0*

Примечание: *Р ≤ 0,01; **Р ≤ 0,001.

Таким образом, предварительная обработка растительного сырья высоким давлением существенно интенсифицирует концентрацию БАВ, при этом рациональным режимом предварительной обработки растительного сырья является следующий: обработка растительного сырья давлением 200 МПа в течение 60 с.

В табл. 6 представлены органолептические показатели экстракта люцерны посевной.

Проведены исследования микробиологических показателей экстрактов в течение 12 месяцев хранения. КМАФАнМ в контрольных образцах экстрактов после 3, 6 и 12 месяцев хранения составляет 1×101, 15×102 и 20×105 КОЕ/г. В опытных образцах экстрактов МА-ФАнМ не обнаружены на всем периоде хранения, что объясняется механизмом бактерицидного действия высокого давления. Давление более 150 МПа разрушает клеточную оболочку и органоиды микроорганизмов.

Следовательно, обработка растительных экстрактов высоким давлением позволяет расширить возможности обеспечения сохранности пищевой продукции и в некоторой степени является инновационной технологией.

Таким образом, предварительная обработка растительного сырья и экстракта высоким давлением существенно интенсифицирует концентрацию биологически активных веществ и обеспечивает стерильность экстракта, увеличивая его сроки хранения в 2 раза.

По результатам проведенных исследований в области технологии получения экстракта люцерны получен патент № 2431412 «Cпособ получения БАД «Эрамин» к пище и БАД «Эрамин» и свидетельство о государственной регистрации №77.99.11.3.У.9568.10.89 от 14.10.2009 г., ТУ 9197-001-84518363-09.

Разработана рецептура и технология безалкогольных напитков с использованием экстракта люцерны. В состав безалкогольного напитка входят: сахар-песок, экстракт люцерны посевной, кислота лимонная пищевая, натрия бензоат, сорбат калия, двуокись углерода и вода.

Технология производства следующая: в емкости с мешалкой и рубашкой с паровым подогревом из сахара-песка готовят сахарный сироп, полученный сироп фильтруют и перекачивают в купажный резервуар, затем вносят все компоненты указанные выше. Лимонную кислоту вводят в купаж в виде профильтрованного 50 %-ного водного раствора, растворы бензоата натрия и сорбата калия готовят непосредственно перед употреблением.

После приготовления купажного сиропа приступают к приготовлению безалкогольного напитка путем добавления в купажный сироп воды, перемешивания, фильтрования и передачи в автомат для розлива в потребительскую тару. Углекислота вводится во время розлива в автомате.

Установлено, что разработанный безалкогольный напиток имеет высокую органолептическую оценку 24,7 балла (отлично), антиоксидантную направленность (антиоксидантная активность составляет 17,2 моль экв. /дм3, содержание биофлавоноидов в пересчете на лютеолин-7-гликозид – 97 мг/1 л напитка), по показателям безопасности соответствует требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011.

Таким образом, предварительная обработка растительного сырья (люцерны посевной) высоким давлением существенно интенсифицирует концентрацию биофлавоноидов. Рациональным режимом является следующий: обработка растительного сырья давлением 200 МПа в течение 60 с, что обеспечивает АОА – 18,9 моль экв./дм3 и содержание биофлавоноидов 164,0 мг/г в пересчете на лютео-лин-7-гликозид.

Таблица 6

Органолептические показатели экстракта люцерны посевной по истечении 16 мес. хранения при t от 0 до 25 °С, ОВВ ≤ 75 % (Х ± Sх; n = 10)

Наименование показателя	Норма по ТУ	Фактически
Внешний вид	Пластическая масса	Пластическая масса
Цвет	Темно-коричневый	Темно-коричневый
Вкус и запах	Специфический, свойственный люцерне посевной	Специфический, свойственный люцерне посевной

Разработана рецептура и технология безалкогольного напитка на основе экстракта люцерны посевной. Разработанный безалкогольный напиток имеет высокую органолептическую оценку 24,7 балла (отлично), антиоксидантную направленность 17,6 моль экв./дм3, содержание биофлавоноидов в пересчете на лютеолин-7-гликозид – 142 мг/1 л напитка, по показателям безопасности соответствует требованиям технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011.