Изменение содержания биоактивных веществ клюквы в ходе ресурсосберегающей переработки

Александр Емельянов, Константин Емельянов, Елена Кузнецова
Госуниверситет – УНПК, г. Орел

1. Введение

Ресурсосберегающая переработка при пониженных температурах минимизирует потери биологической ценности плодово-ягодного сырья, позволяя получать пищевые продукты с высоким содержанием биологически активных веществ [1]. Одним из ценных пищевых продуктов являются ягоды клюквы. Ягоды содержат органические кислоты, сахара, пектиновые и красящие вещества, аскорбиновую кислоту, минеральные вещества [2]. Клюква используется в качестве природного консерванта и антиоксиданта, обладает бактерицидным и противомикробным действием, выводит из организма шлаки и соли тяжелых металлов, снижает негативные последствия радиоактивного облучения. Ресурсосберегающая переработка ягод клюквы позволит получать новые ингредиенты с высоким содержанием биологически активных веществ. В процессе переработки происходит изменение содержания биологически активных элементов, причем степень изменения содержания разных компонентов различна.

С целью выявления закономерностей в изменении содержания биологически активных веществ на разных стадиях ресурсосберегающей переработки выполнены исследования биологической ценности ягод клюквы и получаемых ингредиентов.

2. Эксперимент

После предварительной подготовки из ягод отжат сок. Содержание влаги в ягодах, соке прямого отжима и выжимках мякоти составило, соответственно, 88 %, 72 % и 80 %.  Сок концентрирован в вакууме при температуре до 50 ○С с помощью установки [1]. Концентрированный сок влажностью 57 % и выжимки мякоти досушены в конвективной сушилке при температуре до 50 ○С. В ходе сушки при достижении достаточной вязкости концентрат и выжимки пропущены через экструдер с получением гранул. Влажность гранулированного сока составила 46 %. Гранулы досушены при температуре до 50 ○С и размельчены в порошок. Перед размельчением влажность гранулированного сока составила 34 %. Порошкообразные сок и выжимки мякоти досушены в конвективной сушилке. Влажность порошкообразного сока составила 25 %, порошкообразных выжимок – 22 %.

В процессе переработки взяты пробы для исследования на пищевую и биологическую ценность. Одновременно с образцами сока исследованы ягоды клюквы и порошки сока и выжимок мякоти после хранения в течение 2 лет в обычных условиях при комнатной температуре. Порошки были получены по той же технологии. Влажность порошков сока и выжимок после длительного хранения составила, соответственно, 22 % и  13 %.

Внешний вид гранулированного и порошкообразного сока, а также порошка выжимок мякоти клюквы приведен на Рисунке 1.

3. Физико-химические свойства

Исследования физико-химических свойств клюквы и продуктов ее переработки выполнено стандартными методиками. Данные по минеральному составу получены с помощью рентгеноструктурного анализатора в системе электронного микроскопа Jeol.

Результаты лабораторных исследований биологической ценности ягоды и продуктов переработки клюквы на разных стадиях удаления влаги и после длительного хранения приведены в Таблице 1.

Из Таблицы 1 следует, что  клюква и продукты ее переработки обладают биологической ценностью. Продукты переработки существенно превосходят ягоду по ряду компонентов. Для концентрированного сока кратность превышения составила до 19 для органических кислот, до 12 для белков, до 5 для каталазы. Порошок выжимок так же превосходит ягоду по ряду показателей. Превышение достигает порядка величины для белков и органических кислот и двукратного для клетчатки, пектина и растворимых в воде пентозанов. В порошке выжимок содержание нерастворимых в воде пентозанов такое же, как и в ягоде, тогда как содержание восстанавливающих сахаров в три раза меньше. Выжимки превосходят сок и ягоду по содержанию клетчатки и пектина.

Результаты исследования витаминного состава ягоды и продуктов переработки клюквы на разных стадиях удаления влаги приведены в Таблице 2.

Из Таблицы 2 следует, что клюква и продукты ее переработки богаты витаминами. Продукты переработки по содержанию β-каротина и витаминов группы В существенно превосходят ягоду. Для концентрированного сока кратность превышения составляет до 63 для β-каротина, до 39 для рибофлавина, до 21 для пиридоксина, до 15 для ниацина и до 3,3 для аскорбиновой кислоты. Кратность превышения для порошка выжимок составляет до 68 для β-каротина, до 44 для рибофлавина, до 31 для пиридоксина, и до 19 для ниацина. Содержание аскорбиновой кислоты в выжимках меньше, чем в ягоде. Высокое содержание β-каротина и витаминов группы В обеспечивает биологическую активность продуктам переработки клюквы.

Результаты изучения минерального состава ягоды и продуктов переработки клюквы на разных стадиях удаления влаги приведены в Таблице 3.

Из Таблицы 3 следует, что концентрированный сок и сухие выжимки мякоти клюквы имеют богатый минеральный состав. Содержание отдельных компонентов в соке и выжимках выше, чем в ягоде. Кратность превышения для концентрированного сока составляет до 2,8 для хлора, до 2,4 для железа, до 2,2 для меди, до 2 для калия, до 1,7 для натрия и молибдена. Кратность превышения для порошка выжимок составляет до 3,8 для железа, до 3,5 для магния, до 2,4 для кальция и молибдена, до 2 для серы, фосфора и меди. Высокое содержание железа, молибдена, меди, марганца обеспечивает биологическую активность продуктам переработки клюквы.

4. Изменение содержания биологически активных веществ

По результатам исследования физико-химического состава построены зависимости относительного изменения ряда параметров, определяющих биологическую активность, как функции содержания сухих веществ в процессе концентрации сока клюквы. Относительное изменение представлено кратностью изменения содержания компонента биологической ценности сока по отношению к его содержанию в ягоде.

На Рисунке 2 приведены кривые кратности изменения содержания органических кислот (кривая 1), белков (2), клетчатки и пектина (3) в процессе концентрации сока клюквы. Из кривой 1 следует, что в процессе переработки и хранения концентрация органических кислот непрерывно возрастала, достигая насыщения при величине 64 %, в 19 раз превосходящей концентрацию в ягоде.

В результате вакуумного выпаривания, конвективной сушки и гранулирования содержание белков в соке выросло более чем на порядок величины от 0.39 % до 5.4 %. Однако последующее размельчение гранул, конвективная сушка и длительное хранение порошкообразного сока привели к уменьшению концентрации до 3 %.

Содержание клетчатки и пектина оставалось неизменным в процессе переработки и хранения и соответствовало содержанию в ягоде.

Зависимости относительного изменения содержания пентозанов в процессе переработки клюквы представлены на Рисунке 3.

Из приведенных на Рисунке 3 кривых следует, что в результате отжима концентрация пентозанов в соке уменьшилась по сравнению с ягодой на 40 % для растворимых в воде пентозанов (1) и в 20 раз для нерастворимых (2). Вакуумное выпаривание сока повысило содержание растворимых в воде пентозанов на 80 %  до максимального значения 0.18 %. В процессе конвективной сушки, гранулирования сока, размельчения гранул и длительного хранения порошкообразного сока концентрация пентозанов монотонно убывала до значения меньшего, чем в ягоде.

Концентрация нерастворимых в воде пентозанов монотонно возрастала при выпаривании в вакууме, конвективной сушке и гранулировании, оставаясь меньше концентрации в ягоде. Размельчение и длительное хранение снизили содержание пентозанов в порошкообразном соке.

Исследована каталазная активность клюквы и продуктов ее переработки. Биологическая роль каталазы заключается в защите клеточных структур от разрушения под действием перекиси водорода. Каталазная активность оценена количеством H2O2 (мг), разложившейся за время инкубации 1 г сырья. Кривые относительного изменения концентрации каталазы (кривая 1) и восстанавливающих сахаров (2) сока клюквы как функции содержания сухих веществ приведены на Рисунке 4.

Как следует из приведенных на Рисунке 4 зависимостей, каталазная активность возрастает пятикратно в процессе отжима сока, вакуумного выпаривания, конвективной сушки и гранулирования, сопровождавшемся ростом содержания сухих веществ от 12 до 56 %. В результате последующих размельчения, сушки и длительного хранения каталазная активность уменьшилась до значения исходного продукта.

Содержание восстанавливающих сахаров уменьшилось при отжиме вдвое и оставалось неизменным при вакуумном выпаривании, сушке и гранулировании. Конвективная сушка гранулированного сока повысила содержание восстанавливающих сахаров на 40 %. Размельчение гранул, сушка и длительное хранение порошкообразного сока уменьшили содержание восстанавливающих сахаров более чем в два раза.

Кратность изменения содержания витаминов в соке клюквы как функция содержания сухих веществ представлена на Рисунке 5.

Из приведенных на Рисунке 5 зависимостей следует монотонный рост содержания β-каротина и витаминов группы В. Отжим и выпаривание в вакууме обеспечили трехкратное повышение содержания аскорбиновой кислоты в концентрируемом соке до 62,2 мг/100 г. Однако в результате конвективной сушки, размельчения и двухлетнего хранения порошкообразного сока содержание аскорбиновой кислоты уменьшилась до величины 37,5 мг/100 г, в два раза превышающей содержание в ягоде.

Кратность изменения содержания макро- и микроэлементов в соке клюквы как функция содержания сухих веществ представлена на Рисунке 6.

Из приведенных на Рисунке 6 зависимостей следует, что в результате отжима концентрация минеральных веществ в соке оказалась меньше, чем в ягоде. Однако с ростом содержания сухих веществ в процессе удаления влаги наблюдалось непрерывное повышение концентрации макро- и микроэлементов. Кратность превышения концентрации относительно ягоды составила до 2.4 для железа, до 2.2 для меди, до 1.4 для магния.

6. Заключение

Таким образом, исследованы изменения физико-химического состава ягод и продуктов ресурсосберегающей переработки клюквы. Показано, что продукты переработки обладают высокой биологической ценностью и превосходят ягоду до 19 раз по содержанию органических кислот, до 12 раз по содержанию белков, до 5 раз по  каталазной активности и до 2 раз по содержанию пентозанов. Исследован витаминный состав продуктов переработки клюквы. Показано, что продукты переработки превосходят ягоду по содержанию β-каротина до 68 раз, рибофлавина до 44 раз, пиридоксина до 31 раза, аскорбиновой кислоты до 3 раз. Установлен минеральный состав и показано, что продукты переработки превосходят ягоду по содержанию железа до 3.8 раз, магния до 3.5 раз, кальция, серы, фосфора, меди, молибдена и цинка до 2.0-2.4 раз. Установлены закономерности изменения содержания биологически активных веществ в процессе ресурсосберегающей переработки клюквы.

Л и т е р а т у р а
1. A. A. Emelyanov and K. A. Emelyanov, “A Novel Method of Fruit Raw Material Reprocessing”, Engineering, Vol. 2, No. 12, December 2010, pp. 962-968.
2. Khimicheskii sostav produkta «klyukva» http://www.sunduk.ru/receipts/prods/p10124.htm

Статья опубликована в журнале Biochemistry and Biophysics (BAB) Volume 1 Issue 1, March 2013, С. 1-6