Цель исследования – разработка технологии получения пищевых витаминосодержащих концентратов из природного сырья методом высокочастотного диспергирования. Задачи: разработать условия экстрагирования для получения витаминсодержащего концентрата на основе облепихи с максимальной эффективностью; провести органолептический и физико-химический анализ полученного концентрата облепихи; изучить сроки хранения полученных концентратов; для подтверждения экологической безопасности полученного продукта и чистоты эксперимента определить содержание тяжелых металлов в концентрате облепихи. Объекты исследования – технологии производства пищевых концентратов из природного растительного сырья. Разработанная технология проверена на плодах облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoi¬des L.), собранной на территории республики Северная Осетия – Алания. Представлены оптимальные условия экстрагирования для получения витаминосодержащего концентрата, приведены сравнительные результаты по анализу витаминного состава концентратов, полученных по традиционной технологии, и концентрата, приготовленного по разработанной технологии. Сравнение результатов выхода продуктов по классической и предложенной технологиям производства концентратов облепихи подтверждает эффективность высокочастотного диспергирования в процессе получения пищевых витаминосодержащих концентратов. Предложенная технология имеет увеличенный выход по сравнению с классическими в среднем в 2 раза. Разработанная технология переработки сырья является перспективным инновационным подходом к увеличению содержания витаминов и сохранению полезных свойств природного продукта, так как среди существующих технологий производства отсутствует метод извлечения питательных веществ за счет диспергирования при помощи ультразвуковой обработки в органичес¬кой среде. Изучены сроки хранения концентрата. Для подтверждения экологической безопаснос¬ти продукта и чистоты эксперимента определено содержание тяжелых металлов в концентрате облепихи. По результатам органолептического анализа, проведенного согласно ГОСТ ISO 6658-2016, полученный концентрат облепихи сохраняет свои основные органолептические характеристики, что повышает его потенциал применения для использования в пищевой промышленности. Показано, что предложенная технология позволяет решить проблему импортозамещения и получения высококачественной продукции с применением натурального сырья.
облепиха, концентрат, импортозамещение, витамины, технология, элементный анализ
Введение. На сегодняшний день в рамках реализации Концепции технологического развития на период до 2030 г. (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 20 мая 2023 г. № 1315-р) особую актуальность приобретает импортозамещение зарубежных технологий (продуктов, услуг). В связи с уходом ряда иностранных компаний у отечественных производителей появляется возможность создания конкурентоспособной продукции.
Производители различных пищевых компаний стремятся заменить синтетические добавки натуральными [1]. Основным источником натуральных добавок выступает растительное сырье [2, 3], так как в нем содержится большое количество биологически активных веществ. В качестве растения, наиболее богатого по содержанию биологически активных, дубильных, пектиновых веществ, выступает облепиха крушиновидная (Hippophae rhamnoides L.) [4–10].
На территории Северной Осетии – Алании облепиха крушиновидная встречается вдоль скалистого хребта и реже у основания водораздельного хребта: плотные заросли облепихи – 130 га; искусственные насаждения – 4 га [9]. Наличие достаточного количества насаждений в Северной Осетии позволяет рассматривать ягоды облепихи как доступный и ценный растительный ресурс.
В известных технологиях переработки ягод облепихи используют на этапе производства высокую температуру и углекислый газ под давлением более 15 атмосфер, что увеличивает технологические риски. В ряде технологических схем в качестве исходного сырья используются не плоды, а сок облепихи, что является нецелесообразным и более трудоемким. Отдельные технологии изначально вводят сахар в состав концентрата, что значительно ограничивает область его применения.
Задачи: разработать условия экстрагирования для получения витаминсодержащего концентрата на основе облепихи с максимальной эффективностью; провести органолептический и физико-химический анализ полученного концентрата облепихи; изучить сроки хранения полученных концентратов; для подтверждения экологической безопасности полученного продукта и чистоты эксперимента определить содержание тяжелых металлов в концентрате облепихи.
Объекты и методы. Объекты исследования – технологии производства пищевых концентратов из природного растительного сырья. Разработанная технология проверена на плодах облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.), собранной на территории республики Северная Осетия – Алания.
Разработанный технологический цикл получения концентрата подробно описан в заявке на патент и включает три основные стадии:
1) высокочастотное диспергирование сырья (для вскрытия витаминов, макро- и микроэлементов из целлюлозной решетки) – классические методы используют только малоэффективное механическое или термическое извлечение;
2) экстракция полярными растворителями (для полного извлечения содержимого сырья, включая жирорастворимые витамины) – классические методы используют только водную экстракцию или не используют другие растворители, что понижает количество извлеченных веществ;
3) низкотемпературная сушка (для сохранения витаминов) – классические методы используют термические методы обработки, что деструктурирует многие витамины.
При высушивании сухой остаток составил 24–26 % от массы сырья, в то время как сухой остаток, полученный по технологии водной экстракции, составляет 12 % от массы сырья, что свидетельствует (по данному параметру) об увеличении среднего выхода продукта в 2 раза.
Ягоды облепихи высушивали под воздействием инфракрасного излучения (150 Вт на 100 г сырья) до содержания влаги менее 10 %, затем замораживали при температуре –5 °С и перемалывали до пастообразного состояния. Проводили экстракцию в спиртовой среде (98 %) под воздействием ультразвука 80 Вт/100 г, при градиентном поднятии частоты от 20 до 400 кГц, постоянном перемешивании и температуре не выше 50 °С в течение 30 мин. После этого экстракт отделяли от смеси, которую подвергали повторной процедуре экстракции. Затем оба раствора смешивали и отгоняли спирт при температуре 30–40 °С, после чего отгоняли жидкую фазу с градиентом повышения температуры от 30 до 40 °С при давлении 10,1325 кПа. На финальной стадии эксперимента проводили сушку смеси при температуре 47°С и давлении 5,0662 кПа.
Органолептический анализ проводили согласно ГОСТ ISO 6658-2016.
Качественный и количественный состав полученного концентрата исследовали методами атомно-эмиссионной спектрометрии и атомно-абсорбционной спектроскопии.
Разложение полученных концентратов для определения в них минеральных компонентов проводили методом кислотной минерализации с использованием лабораторной микроволновой установки MARS 6 (CEM).
Элементный анализ концентрата облепихи выполняли на спектрометре с параллельным излучением с индуктивно связанной плазмой ICPE-9000 производства Shimadzu Corporation (Япония).
Проверка экологической безопасности концентрата (определение концентрации ионов тяжелых металлов в нем) проводилась методом атомно-абсорбционной спектроскопии на атомно-абсорбционном спектрометре МГА-1000. Это метод, при котором свободные атомы газа поглощают электромагнитное излучение на определенной длине волны для получения измеримого сигнала. Концентрация газообразных атомов на оптическом пути пропорционально изменяет сигнал поглощения, так что можно надежно измерить содержание элемента.
Результаты и их обсуждение. По результатам проведенного органолептического анализа сделано заключение, что полученный по разработанной технологии концентрат облепихи имеет горьковато-кислый, свойственный облепиховому соку вкус и оранжевый цвет. Все члены дегустационной комиссии признали наличие вкуса, характерного исходному продукту.
Результаты элементного анализа полученного концентрата представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Содержание минеральных компонентов в концентрате облепихи, мкг/100 г концентрата
Также с целью подтверждения экологической чистоты концентрата из облепихи было проведено определение содержания ионов тяжелых металлов в концентрате методом атомно-абсорбционной спектроскопии.
Результаты атомно-абсорбционного анализа представлены в таблице.
Как видно из данных таблицы, пищевой витаминный концентрат из облепихи не содержит тяжелых металлов, т. е. является экологически безопасным.
После получения концентратов из облепихи по существующей и разработанной технологии был проанализирован витаминный состав, результаты которого представлены на рисунке 2.
Результаты определения содержания тяжелых металлов в концентрате облепихи
|
Тяжелый металл, мг/кг |
Результат анализа |
ПДК, мг/кг |
|
Кадмий |
Не обнаружен |
0,03 |
|
Свинец |
Не обнаружен |
0,4 |
|
Цинк |
6,6 |
10,0 |
Рис. 2. Содержание витаминов в концентратах облепихи, полученных по традиционной
и разработанной технологиям, мкг/100 г концентрата
По данным, представленным на рисунке 2, видно, что содержание витаминов в концентрате, полученном по разработанной технологии, выше содержания витаминов в концентрате, полученном традиционным методом. Кроме того, предлагаемая новая технология, в отличие от имеющихся технологий, позволяет извлечь витамин Е.
Анализ показателей окислительной порчи и микробиологических показателей позволил установить сроки хранения. При температуре 5 °С срок хранения концентрата из облепихи составил 30 сут.
Разработанная технология позволяет получать концентрат из облепихи, сохраняя комплекс полезных свойств исходного сырья. Технология является экономически выгодной, расширяющей состав экстрагируемых веществ и увеличивающей выход продукта при сравнении с традиционными методами. Разработанная технология диссертационного получения пищевых витаминосодержащих концентратов из облепихи может быть внедрена на пищевых производствах.
Заключение
1. Сравнение результатов выхода продуктов по классической и предложенной технологиям производства концентратов облепихи подтверждает эффективность высокочастотного диспергирования в процессе получения пищевых витаминосодержащих концентратов. Предложенная технология имеет увеличенный выход по сравнению с классическими в среднем в 2 раза.
2. Разработанная технология переработки сырья является перспективным инновационным подходом к увеличению содержания витаминов и сохранению полезных свойств природного продукта, так как среди существующих технологий производства отсутствует метод извлечения питательных веществ за счет диспергирования при помощи ультразвуковой обработки в органической среде.
3. По результатам органолептического анализа, проведенного согласно ГОСТ ISO 6658-2016, полученный концентрат облепихи сохраняет свои основные органолептические характеристики, что повышает его потенциал применения для использования в пищевой промышленности.
1. Effect of lipophilic sea buckthorn extract on cream cheese properties / A. Ghendov-Moşanu [et al.] // J Food Sci Technol. 2020. № 57. P. 628–637.
2. Roman I., Stănilă A., Stănilă S. Bioactive com¬pounds and antioxidant activity of Rosa cani¬na L. biotypes from spontaneous flora of Transylvania // Chem Cent J. 2013 Apr 23;7(1):73.
3. Bioactive profile, health benefits and safety evaluation of sea buckthorn (Hippophae rham-noides L.): A review / T.A. Wani [et al.] // Cogent Food & Agriculture. 2016. Т. 2, № 1. С. 1128519.
4. Пантелеева Е.И. Пищевое и лекарственное использование облепихи // Аграрная наука – сельскому хозяйству: сб. ст. XII Междунар. науч.-практ. конф. (Барнаул, 7-8 февраля 2017 г.): в 3 кн. Кн. 2 / Алтайский гос. аграр. ун-т. Барнаул, 2017. С. 30–34.
5. Перспективы расширения ассортимента продукции из плодов облепихи / Я.В. Смольникова [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 2. С. 186–190. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023-2-186-190.
6. Природные ресурсы Республики Северная Осетия-Алания: Т. Растительный мир / М-во охраны окр. среды РСО – Алании / науч. ред. А.Л. Комжа, К.П. Попов, отв. ред. В.С. Вагин. Владикавказ: Проект-Пресс, 2000. 544 с.
7. Vitamins and their role in human body / A. Suy¬chinov [et al.] // International Journal of Pharmaceutical Research. 2019. Т. 11, № 3. С. 1246–1248.
8. О перспективах использования витамина D и других микронутриентов в профилактике и терапии COVID-19 / О.А. Громова [и др.] // РМЖ. 2020. Т. 28, №. 9. С. 32–38.
9. Биологическая роль витаминов / И.А. Долматова [и др.] // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2020. Т. 11, № 1. С. 116–119.
10. Методы повышения эффективности выхода сока из ягод облепихи / Л.П. Шароглазова [и др.] // Вестник КрасГАУ. 2023. № 1. С. 214–218. DOI:https://doi.org/10.36718/1819-4036-2023- 1-214-218.
