Text (PDF):
Read
Download
Введение В процессе жизнедеятельности организм человека испытывает постоянное влияние факторов внешней среды. Экология, микробиологическое окружение, климатические изменения, психологические аспекты проживания в социуме - все эти внешние факторы воздействуют на человека с меняющейся интенсивностью, требуя постоянной выработки приспособительных реакций (адаптации). Напряжение защитных сил организма в процессе преодоления вредного внешнего фактора должно быть оптимальным. Эта оптимальная зона определена профессором Н.В. Лазаревым как состояние неспецифической повышенной сопротивляемости (СНПС) [2, 5]. Если учесть тот факт, что по данным мировой статистики только 7-8 % населения земного шара можно отнести к категории здоровых (а в нашей стране таких лишь 2 %), то становится понятным, почему каждый человек и здравоохранение в целом должны быть ориентированы на решение задач повышения общей сопротивляемости организма и профилактики заболеваний. В многочисленных научных исследованиях показано, что с помощью адаптогенов растительного происхождения можно существенно повысить устойчивость организма к воздействию различных неблагоприятных факторов, таких как облучение, воздействие низких и высоких температур, попадание в организм канцерогенных и отравляющих веществ, вирусов, микробов и пр. История применения адаптогенов насчитывает не одно тысячелетие. Согласно ряду публикаций изучение адаптогенов началось еще с Древнего Востока [1]. Адаптогены способны вызывать и поддерживать в организме нужную адаптивную реакцию, обеспечивать повышение резистентности, поскольку являются природными биостимуляторами. Также в качестве средства, повышающего неспецифическую резистентность организма, может выступать аскорбиновая кислота. Подобная универсальность определяется способностью регулировать течение стрессорной реакции [1]. Значение адаптогенов для организма чрезвычайно велико, поскольку речь идет о создании в организме с помощью адаптогенов своеобразного «запаса прочности» - резерва здоровья, что принципиально для профилактики заболеваний [2]. Адаптогены повышают неспецифическую реактивность организма, стимулируют гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему, повышают активность механизмов антиокислительной защиты. Они стабилизируют биологические мембраны, защищают их от распада при перегрузке, способствуют процессам синтеза, обмена веществ, своеобразному обновлению, омоложению организма. Растения улучшают транспорт кислорода к мышцам, к нервной системе, увеличивая образование эритроцитов и препятствуя действию гипоксических стрессов. Создание продуктов функционального питания с добавлением функциональных пищевых ингредиентов различной направленности, а именно создание пищевых продуктов с добавлением адаптогенов - веществ, способных повышать неспецифическую сопротивляемость организма человека к широкому спектру вредных воздействий физической, химической и биологической природы, и иммуномодуляторов - веществ, способных оказывать регулирующее действие на иммунную систему [3], является перспективным направлением развития пищевой промышленности. Наиболее высокими адаптогенными свойствами обладают женьшень, лимонник китайский, родиола розовая, элеутерококк колючий. Это так называемые «большие» адаптогены. Высокие адаптогенные свойства у солодки голой, эхинацеи пурпурной, подорожника большого, одуванчика лекарственного, гингко-билоба, астрагала, цветочной пыльцы, имбиря, розмарина, расторопши пятнистой, рябины обыкновенной, актинидии коломикта, володушки золотистой, цветов липы. Мягкими адаптогенными свойствами обладают чеснок, шалфей, ромашка аптечная, крапива двудомная, мята перечная, полынь, любисток, брусника, крушина и многие другие растения. Целью данной работы является обоснование и разработка тонизирующих напитков на основе природных биостимуляторов для повышения резистентности организма и оценка их эффективности. Объекты и методы исследований В качестве сырья, обладающего адаптогенными свойствами, выбраны плоды лимонника китайского, рябины обыкновенной, актинидии коломикты, трава эхинацеи пурпурной, володушки золотистой, плоды расторопши пятнистой, корни и корневища родиолы розовой и элеутерококка колючего, цветы липы. Все растения заготавливали в июле-августе 2008-2011 гг. Сбор растений осуществляли в фазе цветения. Данная фаза характеризуется наибольшим содержанием БАВ, а также максимальной выраженностью вкусоароматических свойств. При выполнении работы использовались общепринятые и специальные методы исследований [7]. Характеристика Сырье лимонник китайский рябина обыкновенная актинидия коломикта Внешний вид Ягоды шаровидные 5-12 мм, мякоть содержит семена Ягоды шаровидные 9-11 мм Ягоды продолговато-округлые, 11-15 мм Цвет Красный Оранжево-красный Прозрачно-зеленый Вкус Вяжуще-кислый, с характерным ароматом Терпкий, горьковатый Нежный, сладкий Определение антиоксидантной активности проводили потенциометрическим методом по методике Х.З. Брайниной [6], содержание полифенольных веществ - методом Еруманиса [8], содержание витаминов - спектрофотометрическим методом, пектиновых веществ - титриметрическим методом [7]. Результаты и их обсуждение Содержание биологически активных веществ в свежем сырье изучалось с учетом литературных данных о химическом составе. Характеристика ягодного сырья представлена в табл. 1. Таблица 1 Органолептическая характеристика плодов свежего ягодного сырья Оценка количественного содержания биологически активных веществ проводилась в свежих плодах. Физико-химические показатели свежего исследуемого сырья представлены в табл. 2. Таблица 2 Физико-химические показатели исследуемого сырья Показатель Сырье лимонник китайский рябина обыкновенная актинидия коломикта Содержание влаги, % 83,07±0,01 86,69±0,08 84,06±0,01 Сумма титруемых кислот, % 3,02±0,03 0,87±0,05 2,62±0,04 Массовая доля пектиновых веществ, % 1,42±0,09 0,74±0,12 0,83±0,14 Массовая доля полифенольных веществ, мг/100 г 693,41±5,29 2498,14±1,51 448,62±1,04 Массовая доля аскорбиновой кислоты, мг/100 г 58,0±0,07 159,1±0,02 294,5±0,01 Массовая доля витамина Р, мг/100 г 89,4±0,2 298,5±0,1 55,0±0,7 Массовая доля катехинов, мг/100 г 49,2±0,1 83,3±0,2 62,2±0,4 Массовая доля лейкоантоцианов, мг/100 г 23,1±0,7 435,7±0,2 92,3±0,6 Массовая доля дубильных веществ, % 1,11±0,07 0,73±0,02 0,98±0,05 Полученные результаты свидетельствуют о достаточно высоком содержании биологически активных веществ в анализируемом сырье. Были проведены исследования по разработке напитков с соком на основе сока актинидии коломикта. В качестве дополнительных источников биологически активных веществ для приготовления напитков функциональной направленности использовали растительное сырье с учетом сочетаемости органолептических показателей растений в составе напитков. Особое внимание уделяли отсутствию токсичных веществ, наличию красящих и ароматических соединений, а также веществ, обладающих антимикробным, антиоксидантным действием [10, 11]. Как известно, соки и экстракты в качестве полуфабрикатов широко используются при приготовлении продуктов с функциональными свойствами. В нашей работе была разработана технология получения экстракта из эхинацеи пурпурной, расторопши пятнистой, родиолы розовой, элеутерококка колючего и соков из лимонника китайского, рябины обыкновенной и актинидии коломикта. Мойка 1-й способ: измельчение до размера частиц 2-4 мм 2-й способ: нагревание мезги до t = 45-55 °С с 10-15 % добавлением воды 3-й способ: замораживание ягод с последующим измельчением при t = -18 °С в течение 48 ч Инспекция Осушение Упаковывание Извлечение сока центрифужным способом Рис. 1. Технологическая схема подготовки сырья Пищевая и биологическая ценность соков обусловлена содержанием в них в растворенном и легкоусвояемом виде белков, углеводов, органических кислот, флавоноидов, витаминов и минеральных веществ. Количество и качество соков зависят от предварительной обработки ягод и методов его извлечения. Способность плодовой ткани к выделению сока (сокоотдачи) зависит от устойчивости цитоплазматических мембран к механическим воздействиям, их вязкости и эластичности. Важное значение также имеют цитолого-анатомическая структура клеточной ткани и содержание пектиновых веществ в ягодах. Для ягод лимонника китайского, рябины обыкновенной и актинидии коломикта, цитоплазматические мембраны которых эластичны и имеют высокую вязкость, одно механическое воздействие для извлечения сока малоэффективно. Поэтому нами было проведено экспериментальное изучение влияния методов предварительной обработки ягод на физико-химические показатели и выход сока. Отличительные особенности каждого способа заключаются в технологии обработки сырья, при первом способе используется свежее сырье, которое измельчается до размера 2-4 мм, второй способ заключается в нагревании мезги до t = 45-55 ºС с добавлением 15 % воды, при третьем способе используют замороженное сырье с последующим измельчением. Технологическая схема подготовки сырья представлена на рис. 1. Результаты исследований влияния методов обработки ягод на выход сока представлены в табл. 3. Таблица 3 Влияние методов обработки ягод на выход сока Сырье Выход сока из 1 кг сырья, см3 при обработке 1-й способ 2-й способ 3-й способ Лимонник китайский 545±0,5 586±0,5 615±0,5 Рябина обыкновенная 523±0,5 597±0,5 628 ±0,5 Актинидия коломикта 594±0,5 668±0,5 730 ±0,5 Анализ приведенных данных (табл. 3) позволяет сделать вывод, что наилучшим способом обработки является замораживание ягод при t = -18 ºС в течение 48 ч с последующим измельчением. Содержание БАВ в соке из дикорастущих ягод представлено в табл. 4. Таблица 4 Физико-химические показатели соков из растительного сырья Показатель Лимонник китайский Рябина обыкновенная Актинидия коломикта Массовая доля содержания сухих веществ, % 14,6±0,1 16,1±0,4 11,5±0,3 Сумма титруемых кислот, % 1,92±0,4 0,54±0,2 1,68±0,1 Массовая доля полифенольных веществ, мг/100 г 515,08±1,13 1129,32 ±1,162 284,62 ±0,97 Массовая доля аскорбиновой кислоты, мг/100 г 44,4±0,01 102,5±0,04 196,8±0,07 Массовая доля витамина Р, мг% 76,2±0,3 678,2±0,2 42,0±0,1 Массовая доля катехинов, мг/100 г 28,1±0,3 64,1±0,1 49,6±0,3 Массовая доля лейкоцианов, мг/100 г 17,5±0,1 312,6±0,4 66,9±0,2 Массовая доля дубильных веществ, % 0,98±0,01 0,59±0,01 0,68±0,03 Далее нами был исследован процесс получения водных экстрактов из растительного сырья для получения напитков с высокими органолептическими свойствами и физиологической ценностью. Экстрагирование растительного сырья при определенных условиях позволяет переходить в раствор таким основным вкусовым и ароматическим соединениям, как моно-, ди- и трисахаридам, пигментам, дубильным веществам, циклическим спиртам, органическим кислотам, ряду флавоноидов и некоторым минеральным соединениям. Экстрагирование проводили методом мацерации, при котором происходит процесс разрушения клеточных стенок лекарственного растительного сырья и растворение экстрагируемых веществ. В результате обработки априорной информации были выделены наиболее значимые факторы, оказывающие наибольшее влияние на качественные показатели процесса экстракции. К ним отнесены: температура экстрагента Т, °С; время экстракции tЭ, мин; гидромодуль η. Обозначения факторов и уровни их варьирования приведены в табл. 5. Таблица 5 Факторы и уровни их варьирования Факторы Т, °С tЭ, мин η Обозначение х1 х2 х3 Верхний уровень (+1) 105 300 0,05 Основной уровень (0) 85 240 0,075 Нижний уровень (-1) 65 180 0,1 Для нахождения коэффициентов полинома использовался ортогональный центрально-композиционный план второго порядка. Ортогональное планирование позволяет получить независимые оценки коэффициентов регрессии с минимальной дисперсией [9]. Ортогональность центрально-композиционного плана второго порядка обеспечивается соответствующим подбором звездного плеча α (для трех факторов α = 1,2154) и специальным преобразованием квадратичных переменных хi2 по выражению хi/ = xi2 - d, (1) где d - поправка, зависящая от числа факторов. Значимость коэффициентов регрессии проверялась по критерию Стьюдента. Общий вид функции для матрицы ортогонального центрально-композиционного плана второго порядка имеет следующий вид: y = b0 + b1x1 + b2x2 + b3x3 + b12x1x2 + b13x1x3 + + b23x2x3 + b123x1x2x3 + b11x12 + b22x22 + b33x32 (2) В результате решения задачи определены независимые переменные, влияющие на критерий оптимизации, которые имеют следующие значения: - температура экстрагента (Т) - 85 °С; - время экстракции (tЭ) - 240 мин; - гидромодуль (η) - 1:15. В полученных по разработанному режиму экстрактах определено содержание биологически активных веществ (табл. 6). Таблица 6 Физико-химические показатели и состав экстрактов лекарственных растений Наименование сырья Показатель Массовая доля сухих веществ, % Массовая доля флавоноидов, % Массовая доля дубильных веществ, % Эхинацея пурпурная 4,1±0,3 0,73±0,03 1,42±0,21 Плоды расторопши пятнстой 4,9±0,1 0,65±0,06 1,14±0,35 Корни элеутерококка колючего 5,2±0,5 0,62±0,04 1,32±0,14 Корни родиолы розовой 5,5±0,2 0,71±0,01 1,25±0,18 Цветы липы 4,2±0,1 1,01±0,06 0,78±0,49 Трава володушки золотистой 4,4±0,3 0,98±0,03 1,52±0,09 Высокое содержание флавоноидов в анализируемом сырье предопределяет большую антиоксидантную эффективность будущих напитков (рис. 2). Рис. 2. Антиоксидантная активность исследуемого сырья Наибольшая антиоксидантная активность наблюдалась у эхинацеи пурпурной - 14,2 мг/г. На основании полученных результатов были разработаны следующие композиции экстрактов. Композиция 1 - родиола розовая - эхинацея пурпурная - цветы липы в соотношении (1:1:3). Композиция 2 - корни элеутерококка - володушка золотистая - расторопша пятнистая (1:3:1). Композиция 3 - родиола розовая - володушка золотистая - цветы липы (1:2:2). Таким образом, в результате проведенных исследований растительного сырья были обоснованы, получены и изучены сок и водные экстракты из дикорастущих растений. Показано, что все полученные полуфабрикаты имеют высокую биологическую активность и могут использоваться как функциональные составляющие в технологии тонизирующих напитков. В результате проведенных исследований разработаны рецептуры 12 образцов тонизирующих напитков на основе ягодных соков. Входящие в состав рецептуры компоненты обеспечивали синергетический (суммарный) эффект. Количественное содержание ингредиентов в композиции определяли с учетом органолептической совместимости лекарственно-технического сырья. Все образцы имели привлекательный внешний вид, прозрачные с блеском, без осадка и опалесценции (табл. 7). Таблица 7 Рецептуры тонизирующих напитков на основе ягодного сока и растительных экстрактов с функциональными свойствами на 100 дм3 Компонент Напиток № 1 Напиток № 2 Напиток № 3 Напиток № 4 Напиток № 5 Напиток № 6 Напиток № 7 Напиток № 8 Напиток № 9 Напиток № 10 Напиток № 11 Напиток № 12 Сок лимонника китайского, дм3 15 - - 15 - - 15 - - 15 - - Сок рябиновый, дм3 - 15 - - 15 - - 15 - - 15 - Сок актинидии, дм3 15 - - 15 - - 15 15 Сок виноградный концентрированный, дм3 5 7,5 5 7,5 5 7,5 - 5 7,5 - Сок яблочный концентрированный, дм3 - - 7,5 - - 7,5 - - 7,5 - - 7,5 Сахар, кг 7 5 5 7 5 5 7 5 5 7 5 5 Композиция № 1, дм3 - - - - - - 0,06 0,06 0,06 - - - Композиция № 2, дм3 - - - 0,3 0,3 0,3 - - - - - - Композиция № 3, дм3 - - - - - - - - - 0,2 0,2 0,2 Вода очищенная, дм3 Остальное Таблица 8 Варианты образцов напитков Образец напитка Показатель Массовая доля сухих веществ, % Кислотность, см³ раствора NaOH концентрацией 1 моль/дм³/100 см3 Массовая доля витамина С, мг/100 см3 № 1 12,0±0,2 4,2±0,05 15,0±0,01 № 2 14,1±0,1 3,8±0,01 13,2±0,03 № 3 11,8±0,3 4,0±0,02 18,3±0,04 № 4 11,5±0,7 4,1±0,04 15,0±0,01 № 5 13,2±0,1 3,5±0,01 13,5±0,06 № 6 12,6±0,5 3,9±0,01 17,9±0,05 № 7 12,4±0,1 4,4±0,02 17,0±0,02 № 8 13,1±0,2 3,6±0,03 16,2±0,02 № 9 12,2±0,4 3,9±0,05 18,1±0,01 № 10 12,0±0,1 4,1±0,01 16,0±0,02 № 11 14,3±0,4 3,7±0,02 15,5±0,03 № 12 11,7±0,3 3,9±0,05 17,7±0,02 Для определения качества и пищевой ценности разработанных тонизирующих напитков был проведен анализ физико-химических показателей образцов напитков, получивших наивысший балл при органолептической оценке (табл. 8). В соответствии с физиологическими нормами потребностей употребление разработанных напитков в количестве 0,5 дм3 в сутки обеспечит 79,9 % от рекомендуемого уровня потребления витамина С. Кроме того, проведены исследования по изменению микробиологических показателей полученных напитков на основе ягодных соков. В результате установлено, что разработанные напитки по микробиологическим показателям соответствовали гигиеническим требованиям, предъявляемым к безопасности напитков в соответствии с требованиями ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевых продуктов». На данные образцы напитков разработан пакет технической документации. На основании проведенных исследований разработана базовая технологическая схема производства тонизирующих напитков, представленная на рис. 3. Приемка и хранение сырья Подготовка сырья Приготовление полуфабриката Взвешивание сырья Экстракт, сок Купажирование напитка Фильтрование и пастеризация Бутылки, Tetra Pak Розлив напитка Рис. 3. Технологическая схема производства тонизирующих напитков Подтверждена профилактическая эффективность разработанных функциональных напитков с тонизирующими свойствами в клинических исследованиях. Исследование проводилось на 7 группах белых крыс (массой (180±200) г): 1 - интактная группа животных - находилась в стандартных условиях вивария; 2 - контрольная - крысы подвергались охлаждению с использованием модели длительного холодового воздействия, находящиеся на стандартном рационе; 3 - контрольная - крысы подвергались нагреванию с использованием модели теплового воздействия, находящиеся на стандартном рационе; 4 - подопытная - крысы подвергались охлаждению с использованием модели длительного холодового воздействия, в рацион которых был включен напиток на основе растительных экстрактов (№ 1); 5 - подопытная - крысы подвергались нагреванию с использованием модели теплового воздействия, в рацион которых был включен напиток на основе растительных экстрактов (№ 1); 6 - подопытная - крысы подвергались охлаждению с использованием модели длительного холодового воздействия, в рацион которых был включен напиток на основе растительных экстрактов (№ 3); 7 - подопытная - крысы подвергались нагреванию с использованием модели теплового воздействия, в рацион которых был включен напиток на основе растительных экстрактов (№ 3). В ходе исследования группы 2, 3 были исключены из эксперимента, поскольку данные этих групп не имели отличительных особенностей по сравнению с интактной группой. Были проведены биохимические исследования крови подопытных животных. Данные показатели наиболее объективно отражают состояние обмена веществ (табл. 9). Таблица 9 Результаты показателей крови крыс на фоне применения разработанных напитков Показатель Группы Длительность наблюдения, сут. 1 14 28 Общий кальций, ммоль/л Интактная 2,50±0,24 2,48±0,07 2,46±0,01 IV-опытная 2,48±0,06 2,50±0,01 2,53±0,07 V-опытная 2,42±0,05 2,46±0,03 2,48±0,08 VI-опытная 2,38±0,19 2,42±0,13 2,44±0,07 VII-опытная 2,45±0,11 2,47±0,04 2,50±0,01 Железо, мкмоль/л Интактная 17,76±0,12 17,83±0,23 18,12±0,14 IV-опытная 17,02±0,07 17,77±0,31 18,45±0,09 V-опытная 17,51±0,43 18,11±0,19 18,72±0,06 VI-опытная 17,48±0,01 18,05±0,23 18,57±0,01 VII-опытная 17,43±0,25 18,03±0,20 18,47±0,05 Гидроперекиси липидов, нмоль/мл Интактная 17,01±0,13 19,09±0,12 18,75±0,32 IV-опытная 25,14±0,71 20,06±0,38 21,45±0,19 V-опытная 21,02±0,18 19,8±0,23 17,11±0,33 VI-опытная 24,91±0,55 19,9±0,06 21,01±0,12 VII-опытная 20,39±0,06 20,01±0,01 16,88±0,25 Выявлено, что содержание общего кальция увеличилось на 2,2 %, железа на 6,6 % по сравнению с контрольной группой. Введение в рацион разработанных напитков реализует предотвращение накопления продуктов перекисного окисления липидов, изменяя антиоксидантный статус теплокровного организма в сторону повышения активности антиоксидантной системы, тем самым облегчая адаптацию организма к климатическим условиям. В результате проведенных исследований на тонизирующие напитки была разработана техническая документация (СТО 97986108-001-2015). Напитки могут вырабатываться на любом отечественном предприятии и существующем оборудовании. Употребление разработанных напитков обеспечит суточную потребность организма в витамине С. Проведенные исследования дают возможность рекомендовать разработанные напитки на основе природных биостимуляторов в качестве профилактики повышения резистентности организма человека, усиления адаптационных возможностей организма к влиянию низких и высоких температур.