Влияние процесса бланширования овощей на пероксидазную активность и содержание витамина С и b-каротина

Обоснование выбора темы

В настоящее время все больше внимания уделяется здоровому и полноценному питанию, с каждым годом растет число людей, интересующихся функциональным питанием. Известно, что обработка продуктов питания приводит к снижению содержания либо к существенной потере витаминов, минералов и других полезных веществ, поэтому обработанные продукты не могут в полной мере удовлетворить потребительский спрос [1,2]. Для того чтобы восполнить потерянные вещества во время обработки, пищевые продукты обогащаются специальными добавками (витаминами, минералами антиоксидантами) [3]. Однако классические методы фортификации продуктов питания труднодоступными синтетическими нутриентами, малоустойчивы и труднореализуемы [4]. Обогащение пищевых продуктов – практически и экономически эффективная стратегия предупреждения проблем, связанных с питанием широких групп населения [5]. В настоящее время все больше привлекают исследовательский интерес натуральные добавки в виде растительного сырья [6].

Среди широкого ассортимента пищевых продуктов большой популярностью пользуются зерновые каши быстрого приготовления. Зерновые - хороший источник углеводов и белков, а использование в виде добавок фруктов или овощей позволяет дополнять продукты витаминами, антиоксидантами, клетчаткой и другими полезными веществами [7].

Морковь – одна из наиболее предпочтительных овощей из-за ее кулинарной универсальности и большого количества нутриентов, таких как фитонутриенты, пищевые волокна и минералы. Иммуномодулирующие, онкологические и радиозащитные свойства компонентов моркови хорошо известны и широко используются во всем мире [8]. Морковь содержит β-каротин – предшественник витамина А в организме человека, который является очень стабильным и универсальным природным пигментом, широко используемым в пищевой, косметической и медицинской промышленности [9].

Плоды тыквы также являются ценным источником витаминов, например, B6, K, тиамина и рибофлавина, а также минералов, как калий, фосфор, магний, железо и селен. Мякоть тыквы – ценная добавка для пищевых продуктов разных возрастных категорий [10]. Свежая морковь и тыква с высоким содержанием влаги подвержена гниению, что приводит к большим потерям и отходам.

Снижение уровня активности воды, достигаемое путем обезвоживания, позволяет консервировать овощи и фрукты. Поскольку основным фактором ухудшения качества обработанных фруктов и овощей являются различные ферменты, инактивация ферментов имеет важное значение. С целью инактивации ферментов ключевым этапом в процессе обезвоживания фруктов и овощей является бланширование [11]. Пероксидаза – наиболее термостойкий фермент в растениях, по этой причине измерение активности пероксидазы широко используется в качестве индикатора остановки действия ферментов в обработанных продуктах. Общепризнано, что если пероксидаза инактивирована, то весьма маловероятно, что и другие ферменты будут активны [12]. К примеру, снижение активности этих ферментов в моркови, цветной капусте и французской фасоли при нагревании повысило стабильность этих овощей при хранении [13]. При этом, желательно свести к минимуму воздействие термической обработки, инактивируя пероксидазу на подходящем остаточном уровне [14].

Бланширование может вызвать нежелательные изменения физико-химических свойств, таких как цвет, текстура и содержание питательных веществ, из-за потерь, вызванных нагреванием, а также диффузией или выщелачиванием [15]. Оценка потери питательных веществ во время процесса обработки продуктов обычно ведется путем учета количественных изменений аскорбиновой кислоты. Аскорбиновая кислота может сочетаться с другими антиоксидантами, включая витамин E, β-каротин и селен, обеспечивая синергетический антигипертензивный эффект [16]. Аскорбиновая кислота растворима в воде, что делает ее склонной к вымыванию из клеток. Витамин термолабилен, чувствителен к pH, ионам металлов и свету и может разлагаться оксидазой аскорбиновой кислоты [17]. Сохранение аскорбиновой кислоты после обработки является хорошим показателем сохранения других компонентов [18].

В данной работе внимание сосредоточено на подборе оптимальных режимов процесса бланширования тыквы и моркови, при которых происходит подавление пероксидазной активности, с одновременным сохранением витамина С и β-каротина. Критериями выбора добавок из овощей были их функциональные свойства и гармоничное сочетание с кашами.

Материалы и методы исследований

Образцы моркови сортов «Алау» и «Дербес», а также тыквы сорта «Карина» приобретены у Казахского научно-исследовательского института картофелеводства и овощеводства.

Для подбора оптимальных режимов бланширования были использованы: паровая обработка, обработка горячей водой с температурой 95оС и бланширование микроволновым излучением, при различных интервалах обработки. В случае применения пара и горячей воды временные интервалы составляли – 30, 60, 90, 120 и 180 сек, эксперименты в микроволновой печи длились в течение 30, 60 и 90 сек, так как увеличение продолжительности обработки более 90 секунд вызывает подгорание продукта. Перед бланшированием сырье очищали, образцы нарезали кольцами толщиной 0,5 см, по достижении необходимой продолжительности обработки образцы остужали в ледяной воде.

Активность пероксидазы измеряли методом, описанных в работах [18] и [19], с незначительной модификацией. Образцы моркови и тыквы были гомогенизированы в 10 мл дистиллированной воды. Гомогенизированные жидкости центрифугировали при 1670×g в течение 15 мин, а надосадочную жидкость фильтровали. Раствор субстрата готовили путем смешивания гваякола, 30% Н 2 О 2 и 0,1 М калий-фосфатного буфера (рН 6,5) в объемном соотношении 1:1:998. Раствор образца (0,12 мл) и раствор субстрата (3,48 мл) смешивали и измеряли поглощение при 470 нм с помощью спектрофотометра (V-530, JASCO). Ферментативную активность определяли по наклону начальной линейной части коэффициента поглощения и делили на начальную активность, которая была получена из свежего образца. Измерения были повторены 3 раза.

Массовая доля β-каротина в овощах определялась согласно ГОСТ Р 54058–2010 и ГОСТ EN 12823-2-2014.

Определение органических кислот проводилось методом капиллярного зонного электрофореза на приборе Капель М-105, разработанного ООО «Люмэкс».

Результаты и их обсуждение

Как отмечалось, об эффективности бланширования обычно судят по степени инактивации фермента пероксидазы. Она может катализировать большое количество реакций, которые тесно связаны с ухудшением качества      стуры продуктов. Таким образом, для оценки сырых и небланшированных продуктов [20].      качества бланширования исследуемых образцов

Следовательно, важно вместе со степенью      нами были выбраны такие факторы как содер- инактивации пероксидазы при бланшировании      жание аскорбиновой кислоты, β-каротина, уро- учитывать потери питательных веществ, неже-       вень инактивации пероксидазы (табл. 1).

лательные изменения цвета и ухудшение тек-

Таблица 1 - Эффективность бланширования корнеплодов

Способ бланширования	Время обработки, сек	Содержание β- каротина, мг/100г	Содержание витамина С, мг/100г	Активность пероксидазы, %
Морковь сорта «Алау»
Контроль, свежие овощи	0	65,45±0,25	0,96±0,7	0
Кипячение	30	47,86±1,1	0,70±1,5	71
	60	45,11±0,99	0,53±0,56	69
	90	35,93±0,3	0,32±0,3	88
	120	31,50±2,4	0,09±1,9	96
	180	26,45±0,8	0,08±0,85	99
Микроволновое воздействие	30	62,37±0,6	0,96±0,45	63
	60	62,07±0,5	0,95±0,98	90
	90	60,59±1,6	0,95±0,36	100
Обработка паром	30	55,78±0,25	0,68±0,84	74
	60	50,24±1,08	0,61±1,5	79
	90	50,02±0,71	0,52±0,9	89
	120	49,71±0,56	0,46±0,14	99
	180	26,36±1,7	0,39±0,66	100
Морковь сорта «Дербес»
Свежие	0	78,4±0,02	0,94±0,15	0
Кипячение	30	47,86±0,8	0,70±0,9	71
	60	46,18±0,6	0,53±0,45	66
	90	35,33±1,3	0,30±0,06	91
	120	31,07±0,04	0,18±0,2	99
	180	26,36±1,6	0,08±1,5	100
Микроволновое воздействие	30	63,74±1,01	0,94±0,7	61
	60	61,25±0,26	0,93±0,6	92
	90	60,59±0,89	0,92±1,7	100
Обработка паром	30	55,24±0,24	0,66±0,08	75
	60	49,88±0,69	0,60±0,9	80
	90	49,74±1,2	0,51±0,31	90
	120	49,71±0,1	0,45±0,12	99
	180	26,45±0,9	0,38±1,4	99
Тыква сорта «Карина»
Свежие	0	8,55±0,9	0,78±0,3	0
Кипячение	30	5,67±1,2	0,52±0,25	80
	60	4,03±0,25	0,37±0,06	89
	90	2,77±1,39	0,26±1,5	89
	120	4,05±2,1	0,15±0,25	97
	180	3,40±0,69	0,06±0,96	100
Микроволновое воздействие	30	7,34±0,45	0,77±0,34	89
	60	6,57±0,03	0,77±0,18	100
	90	4,35±1,8	0,76±1,1	100
Обработка паром	30	8,39±0,15	0,48±0,23	89
	60	7,81±2,3	0,36±0,48	94
	90	6,18±0,78	0,24±0,96	97
	120	5,62±0,41	0,15±1,3	99
	180	4,78±0,06	0,06±0,08	99

Хотя основными механизмами потери аскорбиновой кислоты во время парового или микроволнового бланширования могут быть ферментативное окисление и термическое разложение, основным механизмом потерь аскорбиновой кислоты во время бланширования горячей водой является выщелачивание или диффузия из растения в бланширующую воду. Потери аскорбиновой кислоты при бланшировании в горячей воде сильно зависят от времени бланширования. Нами обнаружено, что более короткое время бланширования в горячей воде (30 сек) моркови сорта «Дербес» приводит к более высокому удержанию аскорбиновой кислоты (0,70 мг/100г), что согласуется с литературными данными.

Также выявлена прямая зависимость содержания витамина С после бланширования паром тыквы сорта «Карина» от продолжительности обработки. Содержание аскорбиновой кислоты снизилось с 0,78±0,3 мг/100 г до 0,06±0,08 мг/100 г. Снижение содержания аскорбиновой кислоты в брокколи и цветной капусте во время бланширования согласуется с исследованиями [19].

Установлено, что при бланшировании микроволновым излучением наблюдается увеличение уровня витамина С в испытуемых образцах моркови сортов «Алау» и «Дербес». Так, при 30 сек обработки микроволновым излучением моркови сорта «Дербес», концентрация аскорбиновой кислоты увеличилась с 0,94 до 0,96 мг/100г, при 60 сек – повысилась до 1,01 мг/100г, а в моркови сорта «Алау» при 30 сек с 0,96 до 0,98 мг/100г, при 60 сек – до 0,99 мг/100г соответственно.

Бланширование микроволновым излучением тыквы сорта «Карина» при 60 сек показало незначительное снижение витамина С с 0,78 мг/100г до 0,77 мг/100г. Данные результаты совпадают с исследованиями других групп ученых [20]. Возможно, такая динамика связана с тем, что микроволновое воздействие увеличивает возможности химической экстракции в образцах.

Таким образом, удерживание витамина С в образцах моркови сортов «Алау» и «Дербес», тыквы сорта «Карина» при обработке микроволновым излучением было значительно выше, чем при бланшировании паром и в горячей воде. Это было связано с низкими потерями витамина С вследствие выщелачи-вания при микроволновом бланшировании.

Изучение влияния различных способов бланширования на содержание β-каротина в образцах моркови сортов «Дербес» и «Алау», тыквы сорта «Карина» выявило, что из трех методов бланширования паровая обработка привела к минимальной потере β - каротина, за которой следовали обработка микроволновым излучением и горячей водой. После бланширования паром образцов моркови сорта «Алау» при 30 сек концентрация β-каротина снизилась с 65,45 мг/100г до 55,78 мг/100г, при 60 сек -50,24 мг/100г, а при 90 сек незначительно снизилась на 50,02 мг/100г. В течение 120 сек -49,71 мг/100г, при 180 сек бланширование паром заметно снизилась до 26,36 мг/100г. При аналогичных режимах в образцах моркови сорта «Дербес» концентрация β каротина снизилась при 30 сек с 78,4 мг/100г до 55,24 мг/100г, а при 60,90,120 сек концентрация β каротина варьировалась в 49,88 мг/100г, 49,74 мг/100г, 49,71 мг/100г соответственно. При 180 сек данный показатель составил 26,45 мг/100г, что показывает нецелесообразность использования данного режима при бланшировании паром.

После паровой обработки тыквы сорта «Карина» в течение 30 сек осталась почти сохраненной и составила 8,39 мг / 100 г (в необработанных образцах этот показатель составил 8,55 мг / 100 г). При 60, 90, 120, 180 сек концентрация β каротина постепенно снижалась, что составило 7,81 мг/100г, 6,18 мг/100г, 5,62 мг/100г, 5,62 мг/100г, 4,78 мг/100г соответственно. Между тем, бланширование горячей водой серьезно снизило β-каротин тыквы, и после 30 и 180 секунд бланшировки он снизился до 5,67 мг / 100 г и 3,40 мг /100 г, соответственно.

Таким образом, результаты показали, что даже короткий период обработки горячей водой может значительно снизить содержание β каротина, в основном из-за вымывания водорастворимых питательных веществ и термического разложения. Среди трех методов бланширования, исследованных в этой работе, паровая обработка образцов моркови сортов «Алау» и «Дербес», тыквы сорта «Карина» оказалась лучшим методом бланширования для сохранения содержания β- каротина.

Считается, что бланширование паром относительно недорогое и сохраняет большинство минералов и водорастворимых компонентов по сравнению с бланшированием водой из-за незначительного эффекта выщела-чи-вания. Было обнаружено, что с увеличением времени бланширования во время различных обработок, остаточная активность пероксидазы значительно снизилась (табл. 1). По срав-нению с обработкой горячей водой, паровая обработка и микроволновое излучение при-водили к более быстрой инактивации ферментов при одинаковой продолжительности бланширования. При 30 сек активность пероксидазы тыквы сорта «Карина» после обработки микроволновым излучением и паром составила 89%. Через 60 и 90 сек при обработке микроволновым излучением активность пероксидазы в обоих случаях составила 100%. При бланшировании паром тыквы сорта «Карина» через 60 и 90 сек показатель активности пероксидазы составил 94% и 97% соответственно, через 120 и 180 сек данный показатель достиг 99%.

Через 30 сек после обработки паром и обработки микроволновым излучением относительная активность пероксидазы моркови сорта «Алау» снизились на 74% и 63% соответственно, тогда как образцы, полученные после бланширования в горячей воде, имели еще 29% относительной активности фермента. Результаты показали, что обработка образцов моркови сортов «Алау» и «Дербес» микроволновым излучением более эффективна в отношении инактивации пероксидазы по сравнению с обработкой паром и горячей водой. Было обнаружено, что оптимальная продолжительность бланширования микроволновым излучением – более 60 секунд, что было достаточно для достижения снижения активности пероксидазы на 90%, которые рекомендуется учеными, похожие результаты получены в исследованиях [21].

Заключение, выводы

Таким образом, результаты исследований показали, что оптимальным способом бланширования является микроволновое воздействие для моркови в течении 90 сек, для тыквы достаточно 60 сек. При этом максимально подавляется активность пероксидазы и сохраняются витамин С и β-каротин. При паровой обработке оптимальным для всех культур является время обработки 120 сек.

Кипячение как способ бланширования нежелателен, так как при данном способе при достижении максимальной инактивации пероксидазы происходит усиленное разрушение витамина С и β-каротина.

Данная работа была поддержана финансированием научно-технической программы Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан на 2021-2023 годы BR10764998 Раз- работка технологий с использованием новых штаммов полезных микроорганизмов, ферментов, нутриентов и других комплектов при производстве специальных диетических продуктов питания в рамках выполнения проекта «Разработка технологии продуктов быстрого приготовления функционального назначения».