Production and biochemical characterization of freeze-dried blueberry juice from enzymatically processed berries

Texto integral

1. Введение

Современные тенденции в пищевой индустрии предполагают широкое применение ягод и продуктов их переработки в производстве продуктов питания, содержащих биологически активные и функционально значимые вещества, которые имеют доказанное положительное воздействие на организм человека [1]. Однако по причине сезонности сбора ягод возможности их круглогодичного применения в пищевых технологиях существенно ограничиваются, что обусловливает целесообразность получения ягодных полуфабрикатов, доступных для использования в течение года. В настоящее время для переработки ягод существует большой арсенал технологических способов и приемов, позволяющих успешно решать эти задачи. Однако вопросы максимального сохранения биогенного потенциала ягод и достижения требуемых показателей качества все еще достаточно актуальны. Не менее важными являются вопросы обеспечения технологичности продуктов переработки ягод, удовлетворяющей критериям логистики и приемлемости в производстве.

Совершенствование современных технологий сушки, таких как вакуумная сублимационная сушка, позволяет комплексно подойти к решению проблем, связанных с сезонностью переработки ягод, с оптимизацией логистических расходов и с расширением географических зон поставки сырья (не только в контексте близости к предприятиям-потребителям), сохраняя при этом высокие органолептические свойства лиофилизированного продукта. Основное внимание уделяется ключевым характеристикам свежих ягод, таким как вкус, цвет и аромат, а также их пищевой и биологической ценности. Эффективность сублимационной вакуумной сушки доказана на примере ягод черники [2, 3] клюквы [3, 4], вишни, клубники [3], экстракта шиповника [5], плодов маоберри (Antidesma Bunius L.) [6], ферментированных ягод брусники [7] и др. Современные исследования в сфере применения сублимационной вакуумной сушки ягод и продуктов их переработки убедительно демонстрируют высокий уровень сохранности природных компонентов ягод в сравнении с другими способами высушивания. Представлены аргументированные данные, иллюстрирующие преимущества сублимационной вакуумной сушки по сравнению с конвективной [3, 6] и с распылительной сушкой [5]; отмечается более высокая стабильность биоактивного потенциала лиофилизированных продуктов в процессе хранения [8]. В настоящее время актуальны исследования, направленные на разработку технологических решений, позволяющих получать продукты и пищевые ингредиенты из ягод, обладающих функциональными свойствами [9].

Ягоды черники — признанный источник витаминов, минеральных веществ и минорных биологически активных веществ; они обладают мультитерапевтическим эффектом (антиоксидантным, противовоспалительным, противораковым, нейропротекторным и улучшающим зрение) [10, 11, 12, 13]. Одними из традиционных продуктов переработки ягод являются соки, аккумулирующие в себе достоинства спелых ягод. Эффективным технологическим решением может стать получение сублимированных черничных соков — концентратов полезных для здоровья человека природных компонентов ягод, в том числе натуральных красителей, антиоксидантов и ароматизаторов. Эти концентраты обладают увеличенным сроком годности по сравнению со свежими ягодами, что позволяет расширить ассортимент продуктов здорового питания и обеспечить доступность сезонной продукции в течение года.

Целью исследования является разработка технологических решений для получения сублимированного сока ягод черники, произведенного из ферментативно обработанной мезги ягод, а также исследование его биохимического состава.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

1. Определить режимы замораживания и температуру сублимации сока для осуществления процесса сублимационной сушки;
2. Дать биохимическую характеристику сублимированному соку черники как источнику полезных для здоровья человека природных компонентов ягод;
3. Оценить эффективность выбранных режимов сублимации с позиции сохранности биологически активных веществ сока.

Реализация поставленных задач заложит основы для разработки технологии сублимированного сока ягод черники, обеспечивающей эффективность процесса сублимационной сушки и наиболее полное сохранение БАВ ягод при получении порошкового сублимата.

2. Объекты и методы

В качестве объектов исследования использовали следующие сырьевые компоненты: дикорастущая лесная черника шоковой заморозки урожая 2022 года, собранная в лесах Карелии. Ферментные препараты (ФП): «Целлозим премиум» (ООО «БИОТЕХНОАЛЬЯНС», Россия) и «Мацеробациллин» (Институт биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г. К. Скрябина Российской академии наук ИБФМ РАН).

Для обоснования режимов замораживания и температуры сублимации применяли термический анализ. Криоскопическую температуру определяли методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) в интервале температур от +12 °C до минус 50 °C на установке Q20 (TA Instruments, США) при потоке Ar, равном 50 мл/мин. Криоскопическая температура — это температура, при которой начинается выделение кристаллов льда из раствора без переохлаждения.

Полученное значение криоскопических температур для определения доли вымороженной влаги при каждой конкретной температуре определяли по формуле (1):

$\omega =1-\frac{t_{кр}}{t}=1-\frac{273-T_{кр}}{273-T}$  (1),

где ω — доля вымороженной воды;

t_кр — криоскопическая температура;

t — текущая температура по шкале Цельсия;

Т_кр и Т — криоскопическая и текущая температура по шкале Кельвина.

Анализ биохимических характеристик сока и сублимированного порошка черники выполняли с помощью физико-химических методов.

Массовую долю сухих веществ в соке определяли рефрактометрическим методом на рефрактометре ИРФ-454 Б2М (ОАО «Казанский оптико-механический завод», Россия).

Массовую долю влаги определяли гравиметрическим методом (высушиванием до постоянной массы при температуре 105 ºС в сушильном шкафу LOIP LF-120/300-VS1 (ЗАО ЛОиП, Россия)).

Массовую долю золы определяли гравиметрическим методом с использованием муфельной печи СНОЛ 3/11 (ООО «Технотерм», Россия).

Содержание антоцианов определяли в соответствии с государственным стандартом¹ на спектрофотометре UNICO 2800 (United Products and Instruments, Inc, США).

Содержание хинной, яблочной и лимонной кислот исследовали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на хроматографе Agilent модели 1260 Infinity II LC (Agilent Technologies, США). Использовали аналитическую колонку Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Подвижная фаза — раствор 0,2 М КН₂РО₄ с 2,4 ед. рН, скорость потока 0,8 мл/мин, температура колонки 20 °C, спектрофотометрический детектор с длиной волны 214 нм, объем инжекции 10 мкл.

Титруемую кислотность определяли потенциометрически в соответствии с государственным стандартом² на автоматическом титраторе АТП-02 (ООО «НПО Аквилон», Россия).

Суммарное содержание полифенольных соединений анализировали методом Фолина-Чокальтеу в соответствии с руководством³ на спектрофотометре UNICO 2800 (United Products and Instruments, Inc, США).

Профиль и количественное содержание полифенолов определяли методом ВЭЖХ. Исследования проводили с применением высокоэффективного жидкостного хроматографа Agilent модели 1260 Infinity II LC (United Products Instruments, Inc, США), использовали аналитическую колонку Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм, длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, температура колонки 20 ºС. Подвижная фаза: элюент А — дистиллированная вода, В — абсолютный метанол, С — смесь дистиллированной воды/ледяная уксусная кислота 96:4 (по объему). Программа градиента: 0 мин — 15% В и 85% С; 15 мин — 75% А и 25% В; 20 мин — 15% А и 85% В; 40 мин — 40% А и 60% В; 45 мин — 5% А и 95% В; 55 мин — 5% A и 95% B; 60 мин — 85% A и 15% B; 70 мин — 85% A и 15% B. При этом скорость подачи элюента составляла: 0 мин — 0,5 мл/мин; от 15 до 70 мин — 0,8 мл/мин. Объем вводимой пробы — 5 мкл. Детектирование осуществляли при 280 (галловая кислота, эпикатехин, коричная кислота), 303 (ресвератрол), 330 (кофейная, хлорогеновая и феруловая кислота) и 360 нм (рутин и кверцетин); указанные длины волн были предварительно выбраны по спектрофотометрическим параметрам определяемых компонентов.

Профиль антоцианов исследовали методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent модели 1260 Infinity II LC (United Products and Instruments, Inc, США) с использованием аналитической колонки Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм, длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, температура термостата 40 ºС. Детектирование проводили на спектрофотометрическом детекторе при длине волны 518 нм. Объем инжекции — 5 мкл. Подвижная фаза: элюент А — 10%-ный раствор муравьиной кислоты; элюент В — 10%-ный раствор муравьиной кислоты, содержащий 50% ацетонитрила и 40% дистиллированной воды. Программа градиента: 0 мин — 88% А и 12% В; 26 мин — 70% А и 30% В; 35 мин — 0% А и 100% В; 43 мин — 88% А и 12% В.

Содержание никотинамида (РР) определяли методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ). Анализ проводили на хроматографе Agilent модели 1260 Infinity II LC с использованием аналитической колонки Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм, длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Температура колонки составляла 25 °C, подвижная фаза — раствор дигидрофосфата калия 0,05 моль/л рН = 3,0, скорость подачи элюента — 1 мл/мин. Объем вводимой пробы — 20 мкл. Детектирование осуществляли на спектрофотометрическом детекторе при длине волны 261 нм.

Определение витамина С осуществляли с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Использовали хроматограф Agilent модели 1260 Infinity II LC, аналитическую колонку Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм, длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Подвижная фаза — раствор дигидрофосфата натрия 0,1 моль/л рН = 2,5, скорость потока 0,65 мл/мин, температура колонки 25 ºС, спектрофотометрический детектор с длиной волны 243 нм, объем инжекции 10 мкл.

Определение пантотеновой кислоты (В5) проводили методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ) на хроматографе Agilent модели 1260 Infinity II LC с использованием аналитической колонки Zorbax ODS c размером частиц 5 мкм длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Температура колонки составляла (20 ± 5) ºС, подвижная фаза — раствор метанол: водный раствор фосфата натрия (1:9) с рН = 2,5, скорость подачи элюента — 0,5 мл/мин. Объем вводимой пробы — 20 мкл. Детектирование осуществляли на диодноматричном детекторе при длине волны 220 нм.

Содержание глюкозы, фруктозы и сахарозы рассчитывали методом обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии (ОФ-ВЭЖХ) с использованием хроматографа Agilent модели 1260 Infinity II LC, аналитической колонки Zorbax NH₂ c размером частиц 5 мкм длиной 250 мм и внутренним диаметром 4,6 мм. Подвижная фаза: ацетонитрил и дистиллированная вода в соотношении 80:20, скорость потока 1,4 см³/мин, температура термостата колонки (32 ± 0,1) ºС, рефрактометрический детектор, температура термостата ячейки детектора (32 ± 0,1) ºС, объем инжекции пробы 5 мкл.

Содержание общего белка определяли по методу Кьельдаля на анализаторе азота UDK 159 (VELP Scientifica SRL, Италия), который заключается в определении азота с последующим пересчетом на белок. Учитывая, что в исследуемых образцах низкое содержание липидов, коэффициент пересчета азота на белок брали равным 5,7.

Для определения микро- и макроэлементов использовали метод атомной абсорбции и атомно-абсорбционный спектрометр А-2 ООО «НПО Аквилон» с электротермической ячейкой и пламенной горелкой соответственно. Пробоподготовку проводили c применением системы микроволнового разложения speedwave MWS-2, (Berghof Products + Instruments GmbH, Германия). Разложение пробы проводили при следующих условиях: нагрев до давления 150 кПа со скоростью 20 кПа/мин, затем нагрев до давления 800 кПа со скоростью 80 кПа/мин, выдержка 1 мин при давлении 800 кПа, нагрев до давления 1500 кПа со скоростью 80 кПа/мин, выдержка 10 мин при давлении 1500 кПа и охлаждение.

Процедура ферментативной обработки ягод черники. Ягоды черники дефростировали при комнатной температуре и подвергали измельчению. Полученную массу нагревали до 45 °C, периодически перемешивали, вносили ферментные препараты в концентрациях 0,01% каждый к массе ягодной мезги (8,8 ед. ЦлС/г целлюлозы и 6 667 ед. Пектат-лС/г пектина) и проводили гидролиз при температуре 45 ºС в течение 90 минут [14]. По окончании гидролиза ферменты инактивировали нагреванием, затем прессованием отжимали сок через нейлоновую ткань плотностью 200 г/см³.

Сбор данных и обработку результатов проводили с помощью программных обеспечений: высокоэффективные жидкостные хроматографы Agilent модели 1260 Infinity II LC — OpenLab CDS2.5, потенциометрический титратор АТП-02 — Nitrate 5.x, атомно-абсорбционный анализатор — AAWin 3.0.

Все измерения были выполнены в трех параллельных измерениях, результаты представлены как среднее арифметическое ± стандартное отклонение.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Замораживание сока черники

Для получения мелкокристаллической структуры сок черники замораживали в морозильной камере при температуре минус 40 °C и при интенсивной циркуляции воздуха со скоростью 10 м/с [15].

3.2. Вакуумная сублимационная сушка сока черники

Для выбора температуры сублимации был использован термический анализ сырья. Известно, что для эффективного проведения процесса сублимационной сушки фруктов и ягод из замороженного сырья должно быть удалено фазовым переходом «лед — пар» (т. е. сублимацией) порядка 85–90% содержащейся в объекте сушки влаги [15]. Числовая зависимость доли замороженной влаги при конкретной температуре — это индивидуальный параметр для каждого вида сырья.

Результаты термического анализа показали, что криоскопическая температура сока черники составляет минус 3,35 °C, что является достаточно низким значением для сырья растительного происхождения. По полученному значению криоскопической температуры рассчитана доля вымороженной влаги в зависимости от температуры продукта. Результаты исследования представлены на Рисунке 1.

 

Рисунок 1. Зависимость доли вымороженной влаги от температуры замораживания в соке черники

Figure 1. Dependence of the proportion of frozen-out moisture on a freezing temperature in blueberry juice

 

Данные Рисунка 1 свидетельствуют о том, что 90% вымороженной влаги в продукте достигается при температуре минус 23 °C. Это значение выбрано соответствующим температуре фазового перехода «лед — пар» при последующей сублимационной сушке.

Температуру досушивания выбирали из соображения обеспечения сохранности термолабильных компонентов, входящих в состав исследуемых образцов, которая должна составлять 38–40 °C. Продолжительность процесса сублимационной сушки составляла 16 часов. Критерием окончания сушки служила конечная влажность высушенных образцов — 4%.

Сублимированный сок черники представлял собой мелкодисперсный кристаллический порошок с насыщенным фиолетово-черным цветом и ярко выраженным ароматом черники (Рисунок 1). Вкус — кисло-сладкий, черничный, терпкий, вяжущий.

 

Рисунок 2. Сублимированный сок черники из ферментативно обработанных ягод

Figure 2. Freeze-dried blueberry juice from enzymatically processed blueberries

 

3.3. Исследование биохимического состава нативного и сублимированного соков черники

Для оценки эффективности выбранных режимов сублимации проводили анализ биохимического состава нативного и сублимированного соков. Результаты проведенных исследований представлены в Таблице 1.

 

Таблица 1. Биохимическая характеристика нативного и сублимированного соков ягод черники

Table 1. Biochemical characterization of the native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Показатель	Содержание на 100 г абсолютно сухого вещества (а. с. в.)
		Нативный сок	Сублимированный сок
1.	Сухие вещества, г	10,1 ± 0,04	96,0 ± 2,0
2.	Зола, г	—	2,49 ± 0,03
3.	Белок, г	—	1,32 ± 0,75
4.	Органические кислоты, в пересчете на лимонную, г	14,06 ± 0,15	13,9 ± 0,15
5.	Глюкоза, г	30,10 ± 3,34	29,72 ± 2,84
6.	Фруктоза, г	42,65 ± 5,53	42,0 ± 5,4
7.	Полифенольные соединения, в пересчете на галловую кислоту, мг	4530 ± 627	3940 ± 503
8.	Антоцианы, в пересчете на цианидин-3-глюкозид, мг	2 594 ± 311	2230 ± 267

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

По результатам исследования определено, что основная масса сухих веществ в соке и сублимате приходится на органические кислоты и сахара, причем последние преобладают. Сахара представлены глюкозой и фруктозой, фруктоза доминирует, ее содержание в 1,4 раза превышает содержание глюкозы (Таблица 1, Рисунок 3). Сахарозы в соках не обнаружено, что согласуется с ранее проведенными результатами по исследованию химического состава ягод черники [16] (Рисунок 3).

 

Рисунок 3. Хроматограммы стандартов глюкозы, фруктозы, сахарозы (А), сахаров нативного (Б) и сублимированного соков (В)

Figure 3. Chromatograms of the standards of glucose, fructose, saccharose (А), sugars of native (Б) and (В) freeze-dried juice

 

Содержание органических кислот в соке и в сублимированном соке составляет соответственно 14,06 ± 0,15 и 13,9 ± 0,15 г/ 100 г а. с. в. (Таблица 2). Известно, что органические кислоты положительно влияют на органы системы пищеварения, играют важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса [17, 18, 19, 20]. Кроме того, именно сахара и органические кислоты вносят весомый вклад в формирование вкусовой характеристики соков. Сахаро-кислотный индекс (СКИ) нативного и сублимированного соков составлял 5,17 и 5,23 соответственно.

Как свидетельствуют данные хроматографических исследований, в наборе органических кислот в соке и сублимате сока выявлены хинная, яблочная, лимонная кислоты (Рисунок 4, Таблица 2).

 

Рисунок 4. Хроматограммы стандартов органических кислот (А), органических кислот нативного (Б) и сублимированного соков черники (В)

Figure 4. Chromatograms of the standards of organic acids (А), organic acids of native (Б) and (В) freeze-dried blueberry juice

 

Таблица 2. Содержание некоторых органических кислот в нативном соке и в сублимате сока черники

Table 2. Content of certain organic acids in native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Наименование	Содержание, г /100 г абсолютно сухого вещества (а. с. в.)
		Нативный сок	Сублимированный сок
1.	Хинная кислота	3,5 ± 0,19	3,3 ± 0,18
2.	Яблочная кислота	5,6 ± 0,54	5,45 ± 0,54
3.	Лимонная кислота	4,60 ± 0,23	4,56 ± 0,23

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

Установлено, что и в соке, и в сублимате сока черники превалирует яблочная кислота как доминирующая в ягодах черники [16]. Ее содержание в нативном и в сублимированном соках превосходит в 1,6 раза и в 1,2 раза содержание хинной и лимонной кислот соответственно. Как показывают результаты исследований, сублимация не оказывает заметного влияния на общее содержание и количественное перераспределение сахаров и органических кислот в соках.

Количество полифенолов в соке и в сублимате сока черники составляет 4530 ± 627 и 3940 ± 503 мг/100 г а. с. в. соответственно: общие потери составили 13% (Таблица 1). Полученные аналогичные результаты согласуются с данными других исследователей [21, 22]. В составе полифенольных соединений идентифицированы кверцетин, рутин, эпикатехин, ресвератрол, а также фенолокислоты — галловая, коричная, хлорогеновая, кофейная и феруловая кислоты (Таблица 3).

 

Таблица 3. Содержание некоторых полифенольных соединений в соке и в сублимате сока черники

Table 3. Content of certain polyphenolic compounds in native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Наименование	Содержание, мг/кг абсолютно сухого вещества (а. с. в.)
		Сок	Сублимированный сок
1.	Галловая кислота	877,2 ± 105	675,8 ± 81
2.	Коричная кислота	42,1 ± 5,0	34,5 ± 3,1
3.	Кофейная кислота	173,6 ± 20,8	147,6 ± 14,6
4.	Хлорогеновая кислота	1478,3 ± 177,4	1241,8 ± 119,6
5.	Феруловая кислота	536,4 ± 64,4	462,1 ± 55,5
6.	Кверцетин	42,7 ± 5,1	42,4 ± 5,0
7.	Рутин	367,0 ± 44,0	315,6 ± 34,5
8.	Эпикатехин	11 506,3 ± 550	10 402,7 ± 600
9.	Ресвератрол	40,3 ± 4,0	39,5,0 ± 3,9

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

Основная польза полифенолов для организма заключается в их антиоксидантных свойствах [23, 24, 25, 26]. Анализ данных исследований показывает, что среди выявленных флавоноидов преобладает эпикатехин: в соке его количество составляет 11506,3 ± 550 мг/кг а. с. в. и в сублимате — 10402 ± 600 мг/кг а. с. в. Эпикатехин — один из представителей природных мономерных катехиновых соединений, с присутствием которых довольно часто отождествляют чай зеленый. Потери эпикатехина при сублимационной сушке составили 9,6%. О высокой сохранности эпикатехина ранее сообщали [6] в своих исследованиях по изучению фенольного профиля плодов маоберри после сублимационной сушки. Самые известные флавоноиды — кверцетин и его гликозид, рутин — обнаруживаются в количествах 42,7 ± 5,1; 42,4 ± 5,2 мг/кг а. с. в. и 367,0 ± 44,0; 315,6 ± 34,5 мг/кг а. с. в. соответственно. Примечательно, что выбранные режимы сублимации позволяют сохранить в полном объеме кверцетин. Полученные нами результаты согласуются с наблюдениями других исследователей [27]. Потери рутина составили 14%. Рутин способствует улучшению кровообращения, а также укреплению сосудов за счет защиты липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) от окисления [28, 29]. Мощный фенольный антиоксидант ресвератрол также обнаружен в составе нативного и сублимированного соков. Как и кверцетин, он хорошо сохраняется в процессе сублимации. Установлено, что ресвератрол и кверцетин ингибируют агрегацию тромбоцитов человека in vitro и обладают потенциальными противоопухолевыми свойствами за счет индукции клеточной дифференцировки и ингибирования протеинтирозинкиназы [30, 31]. Некоторыми исследованиями доказано, что кверцетин и ресвератрол проявляют высокую активность у пациентов с сахарным диабетом 2 типа [31, 32], что способствует эффективному снижению риска его развития [32, 33]. Приводятся сведения, что ресвератрол способен опосредовать противовоспалительные процессы, ингибируя экспрессию циклооксигеназы-1 и 2 (ЦОГ-1 и 2) и функции гидропероксидазы [34, 35].

Из обнаруженных гидроксикоричных кислот лидирует хлорогеновая кислота, в меньших концентрациях — феруловая, кофейная и коричная кислоты. Вышеуказанные кислоты обладают высокими антиоксидантными свойствами. Установлено, что антиоксидантная активность хлорогеновой кислоты в 27 раз превышает антиоксидантную активность нарингенина, присущего всем цитрусовым. По литературным данным, самой высокой антиоксидантной активностью из выявленных в соках оксикоричных кислот обладает кофейная кислота, затем следуют феруловая и хлорогеновая кислоты [36]. Для хлорогеновой и кофейной кислот установлено гипогликемическое действие [37]. В литературе приводятся сведения, что хлорогеновая, кофейная, феруловая кислоты оказывают мягкое гипохолестеринемическое действие, снижают риск развития желчекаменной болезни [38, 39, 40, 41]. Хлорогеновая кислота — самая значимая в количественном отношении фенолокислота ягод черники. Известно, что при тепловом воздействии она разрушается [42]. При сублимационной сушке ее потери составили 15,9%. Тем не менее в ранее проведенных исследованиях показано, что сублимационная сушка является более предпочтительной в отношении сохранности хлорогеновой кислоты в ягодах черники по сравнению с другими видами сушки [3].

В исследуемых образцах идентифицируется галловая кислота, содержание которой в соке составляет 877,2 ± 105 мг/кг а. с. в, а сублимированном соке черники — 675,8 ± 47 мг/кг а. с. в (Таблица 3). Галловая кислота обладает антибактериальным, антивирусным, гипогликемическим, антиоксидантным действием, ускоряет заживление ран и ожогов [43, 44, 45, 46].

Известно, что различные биоактивные фенольные соединения эффективны при гипертонии [47, 48], показана эффективность полифенолов при ожирении [49, 50, 51, 52]. В их числе — обнаруженные в соках отдельные представители — кверцетин, рутин, феруловая, кофейная, галловая кислоты, ресвератрол.

Анализ полученных результатов показал, что совокупные потери выявленных полифенольных веществ при сублимации составили 11,2%: по отдельным представителям — 9,6–23% (Таблица 3). Полученные результаты еще раз подтвердили вывод о том, что различные фенольные соединения обладают разной термической стабильностью [6, 53] и кинетика термической деструкции всех фенольных соединений определяется главным образом фенольным составом, а также характеристиками сырья [54]. Наиболее уязвимыми с позиции сохранности в процессе сублимации показали себя фенолокислоты: их потери составили 13,7–23%. Самые большие потери претерпевает галловая кислота (23%), наименьшие — феруловая (13,7%) (Таблица 3).

В семействе флавоноидов особое место занимают антоцианы, обусловливающие характерную окраску ягод и продуктов их переработки [55]. Доказана роль антоцианов в укреплении стенок сосудов и соединительной ткани как антиоксидантных и бактерицидных агентов [56, 57, 58]. Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что нативный и сублимированные соки содержат значительные количества антоциановых пигментов: 2594 мг/100 г а. с. в. и 2230 мг/100 г а. с. в. соответственно: потери антоцианов при сублимации составили 14% (Таблица 1). Подобная тенденция продемонстрирована на примере ягод клюквы: при температуре сублимационной сушки 30–50 °C потери антоциановых соединений в целой ягоде и мезге не превышали 20% [4]. Показан более низкий уровень сохранности (до 65%) антоцианов в ягодах черники при сублимационной сушке [21]. При производстве ягодных порошков для сохранения антоциановых пигментов способ сублимационной сушки является наиболее выгодным, это описано в работе [8].

Сравнительный анализ результатов изучения сохранности фенолокислот и антоцианов показывает, что полученные данные выходят за рамки представлений, сформулированных в работах [6, 59] и иллюстрирующих большую толерантность к теплу фенолокислот, чем антоциановых соединений. В настоящих исследованиях установлена обратная тенденция: потери фенолокислот (в частности, галловой кислоты — 23%) были выше, чем потери антоцианов (14%). В этом контексте следует сделать акцент и на том, что фенолокислоты показали свою большую нестабильность и в сравнении с флавоноидами (кверцетин, рутин, эпикатехин): их потери выше (на 13,7–23%), чем у отдельных представителей флавоноидов (Таблица 3), что также не согласуется с выводами авторов вышеприведенных работ. По всей видимости, это лишний раз подтверждает тот факт, что термическая деструкция фенольных соединений определяется не только термостабильностью отдельных ее представителей, но и фенольной композицией обрабатываемого сырья и его характеристиками.

Анализ профиля антоцианов соков черники показал наличие специфических индивидуальных антоцианов, построенных на основе пяти антоцианидинов — цианидина, дельфинидина, петунидина, пеонидина, мальвидина, гликозилированных остатками глюкозы, галактозы, арабинозы (Таблица 4, Рисунок 5), что согласуется с результатами работ других ученых [27].

 

Таблица 4. Качественный и количественный состав антоцианов сока и сублимированного сока черники

Table 4. Qualitative and quantitative composition of anthocyans of native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Наименование антоциана	Содержание, ٪
		Сок	Сублимированный сок
1	Дельфинидин-3-галактозид Dpd-gal	10,6	3,7
2	Дельфинидин-3-глюкозид Gpd-3-glu	13,2	17,8
3	Цианидин-3-галактозид Cyd-3-gal + Дельфинидин-3-арабинозид Dpd-3-ara	16,1	9,7
4	Цианидин-3-арабинозид Cyd-3-ara	10,3	12,8
5	Цианидин-3-глюкозид Cyd-3-glu	14,4	19,2
6	Петунидин-3-глюкозид Ptd-3-glu	4.5	2,2
7	Петунидин-3-арабинозид Ptd-3-ara	3,5	3,2
8	Пеонидин-3-глюкозид Pnd-3-glu + Мальвидин-3-галактозид Mvd-3-gal	7,2	8,5
9	Пеонидин-3-арабинозид Pnd-3-ara	12,7	15,3
10	Мальвидин-3-глюкозид Mvd-3-glu	4,7	4,4
11	Мальвидин-3-арабинозид Mvd-3-ara	2,8	3,2

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

Рисунок 5. Хроматограммы антоцианов нативного (А) и сублимированного соков черники (Б)

Figure 5. Chromatograms of anthocyans of native (А) and freeze-dried (Б) blueberry juice

 

В составе нативного сока преобладали антоцианы, построенные на основе цианидина, дельфинидина и пеонидина: цанидин-3-галактозид + дельфинидин-3-арабинозид (16,1%), цианидин-3-глюкозид (14,4%), дельфинидин-3-глюкозид (13,2%), пеонидин-3-арабинозид (12,7%), дельфинидин-3-галактозид (10,6%), цианидин-3-арабинозид (10,3%) (Таблица 4). Содержание остальных представителей антоциановых соединений находилось на уровне 2,8–7,2%. Наиболее значимые в количественном отношении антоцианы показали хорошую сохранность и при сублимации: их содержание увеличилось в 1,2–1,35 раза, в том числе цианидин-3-глюкозида — одного из доминирующих антоцианов сока, что согласуется с ранее проведенными исследованиями, демонстрирующими высокую его сохранность в плодах маоберри и черники при сублимационной сушке [6, 27]. Исключение составили цианидин-3-галактозид + дельфинидин-3-арабинозид и дельфинидин-3-галактозид: их доля в сублимате снизилась соответственно в 1,65–2,85 раза (Таблица 4).

Результаты исследования содержания витаминов (витамина С, никотинамида, витамина В5) в сублимате и в нативном соке показали их достаточно высокую сохранность при сублимации: потери составили 14–22%. Приводятся сведения о том, что сохранность витаминов группы В при сублимационной сушке в 3,5 раза выше, чем при сушке горячим воздухом, а сохранность витамина С — в 1,9 раза [3]. Витамин С — самый термолабильный витамин. В нашем исследовании наибольшие потери (22%) претерпел витамин С: его содержание снизилось с 358,5 ± 15,6 мг/100 г а. с. в. в нативном соке до 280,0 ± 12,2 мг/100 г а. с. в. в сублимате. Однозначных выводов о сохранности витамина С в литературе не приводится. Авторы указывают на широкую вариабельность результатов, характеризующих степень сохранности витамина С в плодах и ягодах при сублимационной сушке [60]. По-видимому, это связано с особенностями высушиваемого сырья, его химического состава, а также с условиями сублимации (Таблица 5).

 

Таблица 5. Содержание витаминов в соке и сублимате черники

Table 5. Content of vitamins in native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Наименование витамина	Содержание, на абсолютно сухое вещество (а. с. в.)
		Сок	Сублимированный сок
1.	Витамин С, мг/100 г	358,5 ± 15,6	280,0 ± 12,2
2.	Никотинамид РР, мг/100 г	1,67 ± 0,14	1,42 ± 0,12
3.	Витамин В5, мг/100 г	108,2 ± 10,7	94,9 ± 7,0)

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

Проведен анализ макро- и микроэлементного состава нативного и сублимированного соков черники (Таблица 6). По данным Таблицы 6 следует, что соки содержат множество минеральных компонентов, выполняющих многочисленные функции в организме человека, что соки богаты различными минеральными компонентами, выполняющими многочисленные функции в организме человека.

 

Таблица 6. Содержание микро- и макроэлементов в соке и в сублимате черники

Table 6. Content of micro- and macro-elements in native and freeze-dried blueberry juice

№ п/п	Наименование элемента	Содержание на 100 г абсолютно сухого вещества (а. с. в.)
		Сок	Сублимированный сок
Макроэлементы
1.	Натрий, мг	32,0 ± 3,2	30,0 ± 3,0
2.	Кальций, мг	69,1 ± 6,9	66,3 ± 6,6
3.	Магний, мг	48,0 ± 4,8	47,5 ± 4,8
4.	Калий, мг	420,8 ± 16,6	415,5 ± 16,4
5.	Фосфор, мг	69,9 ± 6,9	70,0 ± 7,0
Микроэлементы
6.	Железо, мг	4,13 ± 1,44	3,9 ± 1,36
7.	Марганец, мг	1,41 ± 0,16	1,25 ± 0,14
8.	Цинк, мкг	0,74 ± 0,15	0,63 ± 0,13
9.	Алюминий, мкг	0,48 ± 0,10	0,42 ± 0,09
10.	Медь, мкг	6,8 ± 0,68	6,6 ± 0,66
11.	Никель, мкг	0,049 ± 0,010	0,036 ± 0,010
12.	Селен, мг	0,22 ± 0,07	0,20 ± 0,07

Примечание: значения представляют собой средние значения ± стандартное отклонение от среднего значения для группы n = 3 при использовании коэффициента Стьюдента 0,95.

 

Целесообразность определения минеральных веществ в составе соков была продиктована их физиологической значимостью и эссенциальностью для организма человека. По количеству макроэлементов преобладающим является калий, далее в порядке убывания располагаются фосфор, кальций, магний, натрий. Макроэлементы участвуют в генерации и проведении возбуждения сердечной мышцы (калий, магний), входят в состав зубов, костей (кальций, магний), белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов (фосфор), регулируют водно-солевой баланс (натрий). В тройке лидеров микроэлементов присутствуют железо, марганец и селен (Таблица 7). Микроэлементы участвуют во всех основных процессах, протекающих в организме, поскольку входят в состав гормонов, витаминов, ферментов. Они необходимы для роста (цинк, марганец), кроветворения (железо, медь, цинк), синтеза соединительной ткани (медь), регулируют углеводный и жировой обмен (никель), защищают организм от вредных внешних воздействий (селен). Анализ представленных результатов показывает, что содержание выявленных макроэлементов в нативном и сублимированном соках меняется незначительно в процессе сублимации: потери составляют 0,1–6,0%, что согласуется с данными, полученными другими авторами [61]. Более заметное уменьшение наблюдается по содержанию микроэлементов — на 2,9–14,8%.

4. Заключение

В результате проведенных исследований определены параметры процесса сублимационной сушки нативного сока ягод черники: температура сублимации — минус 23 ± 2 ºС, температура досушки — 38–40 °C. Продолжительность процесса сублимационной сушки для сока составляла 16 часов до получения конечной влажности 4%. Показано, что сублимированный сок сохраняет все атрибуты качества нативного сока: вкус, цвет, аромат.

На основании сравнительного биохимического анализа показано, что соки содержат богатый комплекс природных пищевых, биологически активных и минорных компонентов: исследованы профили флавоноидов, антоцианов, феноло- и органических кислот, состав сахаров, витаминов и минеральных веществ. Показано, что процесс сублимации не сопровождается качественными изменениями состава соков: в них идентифицируется одинаковый набор природных соединений. Установлено, что выбранные параметры сублимации позволяют минимизировать потери природных компонентов ягод: сохранность биологически активных и минорных веществ составила не менее 77% от их исходного содержания в нативном соке. Высокую сохранность продемонстрировали кверцетин и ресвератрол, потери эпикатехина составили 9,6%, фенолокислот 13,7–23,0%, витаминов 14–22%. Наиболее уязвимыми с позиции сохранности показали себя витамин С и галловая кислота: их содержание в сублимированном соке снизилось на 22 и 23% соответственно по сравнению с нативным соком. Анализ антоцианового профиля нативного и сублимированного соков выявил изменения в количественных соотношениях отдельных антоциановых соединений. Показано, что одни из наиболее значимых в количественном отношении антоцианы нативного сока (дельфинидин-3-глюкозид, цианидин-3-арабинозид, цианидин-3-глюкозид) хорошо сохраняются при сублимации: их содержание в процентном соотношении увеличилось в 1,2–1,35 раза, в то время как доля цианидин-3-галактозида + дельфинидин-3-арабинозида и дельфинидин-3-галактозида в сублимате снизилась соответственно в 1,65 и 2,85 раза. Установлено уменьшение в сублимате сока содержания макроэлементов (до 6,0%); более заметные потери зафиксированы у микроэлементов (до 14,8%). Анализ представленных результатов показал перспективность использования при получении сокового черничного сублимата технологии и выбранных режимов сублимации, обеспечивающих возможность получения технологичного ягодного ингредиента с максимальным сохранением природных биологически активных и минорных компонентов ягод для применения в продуктах здорового питания.

 

¹ ГОСТ 32709–2014 «Межгосударственный стандарт продукция соковая. Методы определения антоцианинов». М.: Стандартинформ, 2014. — 20 с.

² ГОСТ ISO 750–2013 «Продукты переработки фруктов и овощей. Определение титруемой кислотности» М.: Стандартинформ, 2019. — 8 с.

³ Р 4.1.1672–03 «Руководство по методам контроля качества и безопасности биологически активных добавок к пище». Утверждено и введено в действие Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г. Г. Онищенко 30 июня 2003 г. Электронный ресурс: https://docs.cntd.ru/document/1200034795. Дата доступа 05.12.2023

Sobre autores

Е. Alekseenko

Russian Biotechnological University

Email: AlekseenkoEV@mgupp.ru
ORCID ID: 0000-0001-6208-0999

Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Biotechnology and Technology of Bioorganic Synthesis Products

Rússia, Moscow

N. Karimova

Russian Biotechnological University

Autor responsável pela correspondência
Email: karimovanyu@mgupp.ru
ORCID ID: 0000-0002-3848-1482

Postgraduate Student, Head of the Testing Laboratory Center, Engineering Center “Advanced Food Technologies and Food Safety”

Rússia, Moscow

G. Semenov

Russian Biotechnological University

Email: sgv47@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0003-2320-9985

Doctor of Technical Sciences, Professor, Senior Researcher, Laboratory of Composite Materials, Center for Collective Use “Advanced Packaging Solutions and Recycling Technologies”

Rússia, Moscow

I. Krasnova

Russian Biotechnological University

Email: ira3891@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-6658-0373

Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Laboratory of Composite Materials, Center for Collective Use “Advanced Packaging Solutions and Recycling Technologies”

Rússia, Moscow

O. Bakumenko

Russian Biotechnological University

Email: oebakumenko@mgupp.ru
ORCID ID: 0000-0001-9532-6131

Doctor of Technical Sciences, Professor, Docent, Professor, Department of Functional Design Food and Nutritional Science

Rússia, Moscow

Bibliografia

Arquivos suplementares