Разработка технологии ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus для производства напитков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Мартыненко Константин Валерьевич

• Мартыненко Константин Валерьевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Мартыненко Константин Валерьевич

Реферат

Synopsis

Введение

ГЛАВА 1 Аналитический обзор литературы

1.1 Первичный и вторичный метаболизм в жизнедеятельности растений

1.1.1 Химические структурные группы вторичных метаболитов растений

1.1.2 Терпены: структура, биосинтез

1.1.3 Фенольные соединения: структура, биосинтез и их биологическая роль

1.1.4 Алкалоиды: структура, биосинтез

1.1.5 Вторичные растительные вещества: классификация, значение и роль в питании человека

1.1.6 Флавоноиды как ключевые представители фенольных соединений: структура, классификация и биологическое значение

1.1.7 Катехины: структура, биосинтез и влияние на качество напитков

1.1.8 Танины: химическая природа, биологическая активность и роль в пищевой промышленности

1.1.9 Ферментация и её влияние на биохимический состав и свойства настоев

1.2 Порядок Розоцветные (Rosales): общая характеристика и систематическое положение

1.2.1 Малина (Rubus idaeus): ботаническая характеристика и хозяйственное значение

1.2.2 Ежевика (Rubus caesius): ботаническое описание, морфологические особенности и химический состав

1.2.3 Боярышник кроваво-красный (Crataegus sanguinea Pall.): биологические особенности, химический состав и применение

1.2.4 Смородина (Ribes nigrum): систематика, морфология и химический состав

1.2.5 Облепиха (Hippophae rhamnoides): ботаническое описание

1.3 Анализ существующих напитков на основе растительного сырья и злаков

1.3.1 Напитки на основе листьев ягодных растений

1.3.2 Ферментированные растительные напитки

1.3.3 Напитки на основе обжаренных злаков

1.3.4 Комбинированные напитки: современное состояние и перспективы

ГЛАВА 2. Объекты, материалы и методы исследований

2.1. Объекты исследований

2.1.1 Место и время сбора растительного сырья

2.1.2 Подготовка растительного сырья

2.1.3 Показатели качества растительного сырья

2.2 Методы исследований

2.2.1 Определение массовой доли мелочи

2.2.2 Определение массовой доли влаги

2.2.3 Определение водорастворимых экстрактивных веществ

2.2.4 Анализ тяжелых металлов в растениях

2.2.5 Определение общего содержания фенольных соединений

2.2.6 Определения общих флавоноидов

2.2.7 Определение содержания катехинов

2.2.8 Определения содержания дубильных веществ

2.2.9 Метод определения антиоксидантной активности объектов растительного происхождения

2.2.10 Органолептический анализ качества готовых напитков

ГЛАВА 3. Разработка технологии ферментации надземных частей растений

3.1 Исследование физико-химических свойств веществ в сырье до ферментации

3.1.1 Исследование биологически активных веществ в сырье до ферментации

3.1.2 Исследование фенольных соединений в зависимости от времени нативной

ферментации

3.2 Ферментные препараты и методы определения их активности

3.2.1 Исследования содержания фенольных соединений в зависимости от времени ферментации при добавлении целлюлазы жидкой от ООО «Биопрепарат» и «Novozymes»

3.2.2 Исследования содержание фенольных соединений при добавлении ферментного препарата от ООО «Биопрепарат»

ГЛАВА 4. Разработка чайных напитков на основе листьев малины и листьев смородины

4.1 Обоснование выбора растительного сырья

4.2 Сравнение рецептур заваривания сухого чайного напитка

4.2.1 Листья малины (Rubus idaeus)

4.2.2 Листья чёрной смородины (Ribes nigrum)

4.2.3 Технология заваривания сухого чайного напитка №1 (100% листья смородины) и №2 (100% листья малины)

4.2.4 Технология заваривания сухого чайного напитка №3 (50% листьев малины и 50% листьев смородины), напитка №4 (70% листьев малины + 30% листьев смородины) и напитка №5 (30% листьев малины + 70% листьев смородины)

4.3 Дегустационная оценка напитков

4.3.1 Органолептическая оценка напитка №1 (100% листья смородины) и напитка №2 (100% листья малины)

4.3.2 Органолептическая оценка напитков №3, 4, 5 из смеси ферментированных листьев малины и смородины

4.3.3 Изменение концентрации фенольных соединений и антиоксидантной активности при хранении чайных напитков

4.4 Использование ферментированного сырья в технологии изготовления злакового напитка

4.4.1 Технологическая карта

4.4.2 Органолептическая оценка напитков по рецептурам №

4.4.3 Изменения в процессе хранения злакового напитка

4.4.4 Рекомендации по условиям и срокам хранения

Заключение

Список сокращений

Словарь терминов

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (Акты внедрения, ТУ и ТИ)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (Тексты публикаций автора по теме диссертации)

Реферат

Актуальность темы. Растения содержат вещества, образующиеся в процессе вторичного метаболизма, которые оказывают положительное влияние как на сами растения, так и на организм человека. В связи с этим актуальность исследования обусловлена необходимостью изучения вторичных метаболитов растений, их основных групп, механизмов действия, а также факторов абиотической природы.

В рамках работы изучались листья растений класса Двудольные (Dicotylédones), которые представляют интерес для пищевой промышленности в России. Актуальность темы исследования обусловлена необходимостью комплексного использования растительных ресурсов, в частности листьев, которые традиционно считается неиспользуемым сырьем, но содержит значительное количество биологически активных веществ с высоким антиоксидантным потенциалом.

Технология ферментации листьев позволит не только расширить ассортимент пищевых продуктов, но и решить задачи рационального использования растительного сырья. Особый научный интерес представляет изучение влияния ферментативной обработки на трансформацию биологически активных соединений, в частности фенольных веществ. Перспективность исследования подтверждается возможностью получения новых видов безалкогольных напитков с высокой антиоксидантной активностью

Научный интерес к антиоксидантным свойствам растительных продуктов обусловлен их положительным воздействием на профилактику хронических заболеваний. Несмотря на наличие многочисленных исследований, посвященных антиоксидантной активности ингредиентов таких напитков, как красное вино, чай, фруктовые соки, какао и кофе, в отношении надземных частей растений (листья), плоды и ягоды которых активно используются в пищевой промышленности России, выполнено недостаточное количество работ. Особенно малоизученными

остаются вопросы состава антиоксидантно-активных компонентов в листьях таких растений [1,2,3,4].

Экологический контекст диссертационного исследования представляет собой комплексный подход к рациональному использованию растительных ресурсов с минимизацией негативного воздействия на окружающую среду. Разработанная технология ферментации листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus направлена не только на получение напитков с высокой биологической ценностью, но и на решение экологических задач в контексте концепции циркулярной экономики.

Конкурентными преимуществами разработанной технологии являются: использование отечественного сырья, высокая антиоксидантная активность (79% по методу DPPH), сохранность биологически активных веществ до 90%, отсутствие искусственных добавок, низкая себестоимость. Потенциал коммерциализации оценивается как высокий, особенно в контексте импортозамещения и развития продуктов питания.

Степень разработанности темы. Значительный вклад в исследование биологически активных веществ растительного происхождения внесли отечественные и зарубежные ученые: И. Э. Егорова, А. И. Суслова, А. А. Баев, Н. И. Вавилов, П. Шопфер, А. Бреннике, Т. Акамович, Дж. Брукер, М. В. Нэборс, Р. Шайбе, Б. Ватцл и др.

Фундаментальные исследования в области изучения вторичных метаболитов растений проводили Л. Тайз, Г. Хелдт, Н. А. Тюкавкина, Ю. Г. Базарнова. Особое внимание уделялось изучению фенольных соединений, флавоноидов и катехинов, их биологической роли и потенциалу применения в пищевой промышленности.

В научной литературе представлены данные о против оксидантной активности растительных продуктов и их роли в профилактике хронических заболеваний. Однако исследования, посвященные использованию листьев, остаются ограниченными [5,6].

Зарубежные ученые, такие как Манах К., Скальберт А., Уильямсон Г., внесли значительный вклад в изучение фенольных соединений, их биодоступности и

влияния на здоровье человека. Работы Переза-Хименеса Дж., Невё В. и других исследователей позволили создать базу данных Phenol-Explorer, систематизирующую информацию о содержании фенольных соединений в различных продуктах питания.

На сегодняшний день большинство авторов работ по изучению фенольных соединений сходятся во мнении, что данные вещества обладают широким спектром биологической активности и способны защищать организм человека от заболеваний цивилизации.

Цели работы. Цель работы - разработка технологии получения ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus и производства из них безалкогольных напитков.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus для производства напитков»

Задачи работы.

- Определить физико-химические и органолептические показатели растений класса Двудольные (Dicotyledones), выбрать лучшие образцы для дальнейшего использования в разработке обогащенных напитков. Определить показатели безопасности этого сырья.

- Разработать технологию ферментации листьев растений Ribes nigrum и Rubus idaeus с использованием эндоферментного потенциала и экзоферментов, определить рациональные условия процесса.

- Определить состав и содержание фенольных соединений в листьях растений Ribes nigrum и Rubus idaeus до и после ферментации.

- Разработать технологию изготовления чайного напитка из смеси ферментированных листьев растений Ribes nigrum и Rubus idaeus и определить его антиоксидантную активность и стабильность при хранении.

- Разработать технологию безалкогольного напитка на основе ячменя и ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus.

- Разработать проект технической документации для производства чайного напитка и безалкогольного напитка из ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus

Научная новизна. Научно обоснована технология ферментации листьев ягодных культур (малины и смородины) с использованием экзофермента целлюлазы для получения чайных напитков с повышенным содержанием биологически активных веществ.

Проведена сравнительная оценка ферментных препаратов целлюлазы производства ООО «Биопрепарат» и компании «Novonesis». Определены оптимальные параметры ферментации с препаратом целлюлазы производства ООО «Биопрепарат»: температура 30 ± 2 °C, рН 3,5-4,5, концентрация фермента 2 % от массы сырья, длительность процесса 24 ч.

Получены кинетические зависимости накопления фенольных соединений при ферментации листьев малины и смородины. Показано, что процесс описывается логарифмической функцией со стабилизацией концентрации через 24 часа. Установлено увеличение содержания фенольных соединений в ферментированных листьях малины на 12,2 %, флавоноидов — на 3,5 %, снижение танинов на 6,2 % и катехинов — на 8,9 %; в листьях смородины — увеличение фенольных соединений на 12,1 %, флавоноидов — на 8,3 %, снижение танинов на 6,8 % и катехинов — на 7,5 %.

Теоретическая и практическая значимость.

Показана возможность использования вторичных сырьевых ресурсов (листьев) ягодных культур в качестве источника ценных биологически активных веществ, что способствует комплексному использованию сырья. Разработанная технология ферментации позволяет вовлекать в хозяйственный оборот вторичные сырьевые ресурсы, что способствует снижению нагрузки на окружающую среду.

Разработаны рецептуры чайного напитка на основе ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus и зернового напитка с их добавлением. Антиоксидантная активность продуктов составляет до 79 % (метод DPPH), сохранность биологически активных веществ — до 90 %. Технологии для двух видов продукции — напитка чайного на основе ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus и зернового напитка с добавлением ферментированных

листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus, прошли апробацию на предприятиях ООО «Профессиональные напитки» и ООО «Беккер».

Положения, выносимые на защиту.

- Технология ферментации листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus, использующихся в качестве сырья для производства напитков.

- Параметры ферментации листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus с использованием целлюлолитического ферментного препарата, обеспечивающие высокий выход фенольных соединений при сохранении положительных органолептических показателей.

- Кинетические зависимости изменения концентрации фенольных соединений при ферментации листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus.

- Технологии производства чайного и злакового напитков с использованием ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены конференциях, конгрессах и форумах:

- XI, XII, XIII Конгрессы молодых ученых;

- II International Conference on Agriculture, Earth Remote Sensing and Environment (RSE-II-2023)

- The 2nd international conference «Sport and healthy lifestyle culture in the XXI century» (2022)

- Пятидесятая первая (LI), пятьдесят вторая (LII), пятьдесят четвертая научная и учебно-методическая конференция 2022, 2023, 2025 Университета ИТМО;

- Исследования в области разработки чайных напитков на основе листьев малины и листьев смородины выполнены в рамках государственного задания (проект FSER-2025-0028).

Достоверности научных достижений. Результаты экспериментов были получены с использованием стандартных и современных физико-химических и микробиологических методов исследований. Они представлены в виде средних значений с указанием стандартных ошибок, рассчитанных на основе трёхкратного

повторения экспериментов. Разница между двумя средними значениями считалась статистически значимой при отсутствии перекрывания их доверительных интервалов. Для обработки данных применялись методы математической статистики, при этом доверительный интервал среднего арифметического определялся для уровня значимости p = 0,05. Результаты должны быть воспроизводимыми при повторении экспериментов в тех же условиях. Важно наличие контрольных групп и использование статистических методов для анализа данных. Использование проверенных и признанных методов и инструментов подтверждается:

- применением сертифицированного оборудования (спектрофотометр, хроматограф, рентгенофлуоресцентный спектрометр)

- использованием стандартизированных методик согласно ГОСТ и международным протоколам

- статистической обработкой результатов с использованием программ GraphPad Prism и Microsoft Excel

- воспроизводимостью результатов в независимых сериях экспериментов

- соответствием полученных данных современным научным представлениям в области пищевой биотехнологии

Результаты проведенных исследований подтверждены апробацией на всероссийских и международных научных конференциях и конгрессах.

Внедрение результатов работы. Разработаны технологическая инструкция (ТИ) и технические условия (ТУ) на чайный напиток из ферментированных листьев малины и смородины и зернового напитка с использованием ферментированных листьев с научно обоснованной технологией производства. Данные документы регламентирует полный технологический цикл производства напитка, устанавливает требования к сырью, процессам ферментации и сушки, определяет соотношение компонентов, регламентирует параметры ферментации, устанавливает микробиологические и токсикологические показатели безопасности, определяет условия хранения.

Документы разработаны для промышленного внедрения технологии производства чайного и зернового напитка с использованием ферментативной обработки растительного сырья.

Основное содержание работы.

План диссертационного исследования представлен на рисунке 1.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Рисунок 1. - Основные этапы работы

Глава 1 посвящена метаболизму растений и их подразделению на первичный и вторичный, которые обеспечивают, соответственно, поддержание основных физиологических функций и синтез специфических биоактивных соединений.

Первичный метаболизм связан с образованием необходимых для жизнедеятельности клеточных структур - белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот. Вторичный метаболизм, напротив, обеспечивает адаптационные возможности растений и включает образование веществ, не участвующих непосредственно в росте, но выполняющих защитные и регуляторные функции.

Вторичные метаболиты (терпены, фенольные соединения, алкалоиды и др.) образуются на основе первичных соединений - углеводов, жиров и аминокислот. Современные исследования показали, что эти соединения имеют ключевое значение для устойчивости растений к стрессовым факторам и играют важную роль в эволюции и экологии видов.

Вторичные метаболиты традиционно подразделяются на три крупные химические группы:

- терпеноиды - соединения из изопреновых единиц, обладающие антисептическими, ароматическими и защитными свойствами;

- фенольные соединения - вещества, характеризующиеся наличием ароматического кольца с гидроксильными группами, выполняющие антиоксидантную и фотозащитную функции;

- алкалоиды - азотсодержащие соединения с выраженной физиологической активностью.

Каждая группа соединений играет специфическую роль в метаболизме растений. Терпены определяют аромат, окраску и защитные механизмы растений; фенольные соединения защищают клетки от окислительного стресса и воздействий ультрафиолетового излучения; алкалоиды проявляют антимикробную и инсектицидную активность, а также применяются в медицине в качестве активных компонентов лекарственных препаратов.

Вторичные растительные вещества рассматриваются в современной науке как важные компоненты рациона человека, наряду с витаминами, минералами и клетчаткой. Несмотря на отсутствие питательной ценности в традиционном смысле, они выполняют регуляторные функции и оказывают профилактическое воздействие на развитие сердечно-сосудистых, воспалительных и онкологических заболеваний.

Флавоноиды представляют собой самую многочисленную группу полифенольных соединений, включающую более 6000 идентифицированных веществ. Их базовая структура состоит из двух ароматических колец, соединённых гетероциклическим кольцом. К числу основных подгрупп флавоноидов относятся флавоны, флавонолы, катехины, антоцианидины и проантоцианидины.

Катехины, содержащиеся в молодых листьях растений, являются важными компонентами, определяющими вкус и антиоксидантную активность напитка.

Танины - это природные фенольные соединения, обладающие вяжущим вкусом и способностью связывать белки. Они проявляют выраженные антиоксидантные и антимикробные свойства, используются в пищевой промышленности, медицине и косметологии.

Особое внимание в главе уделяется листьям малины (Rubus idaeus), ежевики (Rubus caesius), смородины (Ribes nigrum), боярышника (Crataegus sanguinea Pall.) и облепихи (Hippophae rhamnoides). Малина обыкновенная (Rubus idaeus) -многолетний кустарник с непарноперистыми листьями, содержащими дубильные вещества (5-10%), флавоноиды (рутин, кверцетин), аскорбиновую кислоту (до 300 мг%) и органические кислоты. Ежевика сизая (Rubus caesius) обладает сходным химическим составом, что обусловлено таксономическим родством видов. Смородина чёрная (Ribes nigrum) характеризуется исключительно высоким содержанием аскорбиновой кислоты в листьях (до 470 мг%), эфирного масла (0,10,3%), флавоноидов (2-3%) и дубильных веществ (5-8%). Наличие золотистых желёзок на нижней стороне листа обеспечивает характерный сильный аромат. Боярышник (Crataegus sanguinea Pall.) традиционно применяется как источник флавоноидов с кардиотоническими и антиоксидантными свойствами, а облепиха

(Hippophae rhamnoides) - источником каротиноидов и масла, обладающего ранозаживляющим и иммуномодулирующим действием.

В современной практике широкое распространение получили напитки на основе экстрактов растительных листьев и злаков. Наиболее перспективными считаются напитки из листьев малины, ежевики, смородины и облепихи, содержащие флавоноиды, катехины и антоцианы с выраженной антиоксидантной активностью. Анализ существующих напитков на основе растительного сырья показал, что листья ягодных растений традиционно используются для приготовления травяных чаёв путём высушивания без дополнительной обработки.

Среди злаковых напитков особое внимание уделяется ячменному напитку («ячменный кофе» или mugicha), обладающему насыщенным вкусом при отсутствии кофеина. Он традиционно используется как полезная альтернатива кофе и отличается высоким содержанием антиоксидантов и биологически активных веществ.

Анализ научной литературы и патентной документации показал отсутствие разработок комбинированных напитков на основе обжаренного ячменя с добавлением ферментированных листьев ягодных растений. Данная комбинация представляет интерес благодаря органолептической совместимости компонентов, возможности обогащения ячменного напитка полифенольными соединениями и использованию отечественного растительного сырья. Таким образом, разработка технологии напитка на основе обжаренного ячменя с добавлением ферментированных листьев Ribes nigrum и Rubus idaeus является новым научно-практическим направлением, сочетающим традиции потребления злаковых напитков с инновационными подходами к созданию новых продуктов питания.

Глава 2 «Объекты, материалы и методы исследований» посвящена описанию методологии научного исследования, включающей характеристику объектов изучения и комплекс используемых методических подходов.

Объектами исследования являются листья растений класса Двудольные (Dicotyledones), а именно: листья малины (Rubus idaeus), ежевики (Rubus caesius), смородины (Ribes nigrum), боярышника (Crataegus sanguinea Pall.) и облепихи

(Hippophae rhamnoides). Сбор растительного материала осуществлялся в определенные периоды: для малины и ежевики - в мае и июне, для смородины - в мае и июне, для облепихи - в июне и июле, для боярышника - в мае и июне. Принципиально важным было собирать листья утром, до наступления сильной жары, вдали от дорог и промышленных объектов. После сбора листья высушивались на солнце, измельчались и замораживались.

Методология исследования включала широкий спектр физико-химических, микробиологических и аналитических методов:

1. Определение массовой доли мелочи

Проводилось просеивание навески массой около 40 г через сито с размером ячеек 4 мм (по ГОСТ 6613). Массовая доля мелочи рассчитывалась как отношение массы частиц, прошедших через сито, к массе навески. Максимальная погрешность метода составляла 0,2% при доверительной вероятности 0,95.

2. Определение массовой доли влаги

Навеску образца высушивали до постоянной массы при температуре 103 ± 2 °С, определяя процент сухого остатка. Метод позволял установить содержание влаги и служил основой для пересчёта других показателей на абсолютно сухое вещество.

3. Определение водорастворимых экстрактивных веществ

Методика основана на извлечении водорастворимых соединений кипячением образца с обратным холодильником и последующем высушивании экстракта. Полученный показатель характеризует содержание биологически активных соединений - фенольных соединений, витаминов, минеральных солей и др., что важно для оценки пищевой и функциональной ценности растительного материала.

4. Анализ содержания тяжёлых металлов

Для контроля безопасности применялся метод рентгенофлуоресцентной спектроскопии (РФА) на приборе Спектроскан МАКС-GF2E. Метод позволял определять концентрации элементов по интенсивности их характеристического излучения, обеспечивая высокую точность и неразрушающий характер анализа.

5. Определение общего содержания фенольных соединений

Исследование проводилось методом Фолина-Чокальтеу по руководству Р 4.1.1672-03. Принцип основан на восстановлении фенольными соединениями вольфрамомолибденового комплекса с образованием синего окрашенного соединения, интенсивность которого измеряли спектрофотометрически при 765 нм. В качестве стандарта использовалась галловая кислота;

6. Определение содержания катехинов

Анализ катехинов выполнялся методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) по ГОСТ ISO 14502-2-2015. Извлечение осуществлялось водно-спиртовой экстракцией с последующим удалением неполярных соединений. Количественное определение проводилось по УФ-спектрам при 278 нм; результат выражался в %, отнесённая к сухому веществу.

7. Определение общего содержания флавоноидов

Определение суммы флавоноидов проводилось спектрофотометрическим методом (ГОСТ 55312-2012) с использованием реакции комплексообразования с хлоридом алюминия. Полученный окрашенный комплекс измеряли при 400-430 нм, а результаты выражали в пересчёте на стандартное вещество (рутин), что позволяло объективно оценивать антиоксидантный потенциал образцов.

8. Определение содержания танинов

Количественное содержание дубильных веществ определялось титриметрически по ГОСТ 19885-74 с использованием раствора перманганата калия и индигокармина как индикатора. Метод позволял установить процент танинов в сухом веществе растительного образца и обеспечивал высокую воспроизводимость.

9. Определение антиоксидантной активности

Для оценки антиоксидантной активности использовался DPPH-метод (2,2-дифенил-1-пикрилгидразил). В основе лежит взаимодействие стабильного радикала DPPH с антиоксидантами растительного происхождения, приводящее к обесцвечиванию раствора. Активность оценивалась по снижению оптической плотности при 517 нм и выражалась в эквивалентах аскорбиновой кислоты либо в

значении ГСэо. Метод широко применяется для скрининга антиоксидантных свойств растительных экстрактов.

10. Органолептическая оценка

Для характеристики сенсорных свойств напитков использовалась пятибалльная шкала, включающая критерии вкуса, цвета, аромата и консистенции. Оценивание позволяло комплексно определить органолептическое качество и сбалансированность напитков, приготовленных на основе исследуемого растительного сырья.

Каждый метод предусматривал четкую последовательность действий, использование стандартизированного оборудования и соблюдение метрологических требований.

При проведении исследований соблюдались принципы статистической обработки данных: результаты представлялись как средние значения с указанием стандартных погрешностей, рассчитанных на основе трехкратного повторения экспериментов. Статистическая значимость определялась при отсутствии перекрытия доверительных интервалов при уровне значимости р = 0,05.

Методология исследования была направлена на всестороннее изучение физико-химических свойств растительного сырья, его биологически активных компонентов и потенциала использования в пищевой промышленности.

Глава 3 посвящена разработке технологии ферментации надземных частей растений и исследованию их физико-химических свойств. В начале главы отмечается, что современные достижения в технической микробиологии и биохимии открывают новые возможности для использования ферментных препаратов в экстракции компонентов из растительного сырья. С возрастом в листьях происходит снижение содержания растворимых экстрактивных веществ (фенольных соединений, аминокислот, эфирных масел, витаминов) и одновременное увеличение структурных компонентов (целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина).

Физико-химические исследования показали, что большинство образцов соответствуют нормативным требованиям. Массовая доля мелочи в листьях

варьировалась от 1,78% (малина) до 4,55% (ежевика), содержание прочих примесей находилось в диапазоне от 3,07 (малина) до 9,93% (боярышник), массовая доля сухих веществ превышала 91% во всех образцах.

Результаты исследований физико-химических свойств исследуемых образцов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исследование физико-химических свойств исследуемых образцов

Массовая доля мелочи, % Прочие примеси, % Массовая доля сух.в-в.% Экстрактивные вещества, % на сухое вещество Массовая доля общей золы, %

Малина (листья) 1,78±0,08 3,07±0,15 91,61±1,81 48,32±2,42 10,60±0,53

Смородина (листья) 2,57±0,13 3,87±0,19 90,83±1,82 43,81±2,19 4,58±0,23

Ежевика (листья) 4,55±0,21 4,09±0,21 93,21±1,86 44,43±2,23 10,09±0,5

Облепиха (листья) 2,32±0,12 3,68±0,18 93,13±1,86 33,42±1,67 7,43±0,37

Боярышник(листья) 4,03±0,22 9,93±0,22 88,14±1,76 31,24±1,56 13,78±0,69

Значение показателя по нормативной документации <5% <10% > 91% 41-58% 3-15%

Высокое содержание экстрактивных веществ в листьях малины и ежевики свидетельствует об их потенциале в качестве источников ценных биологически активных соединений.

Данные по исследованию фенольных соединений и катехинов указаны в таблице 2.

Таблица 2. Содержание фенольных соединений и катехинов

Негаллированные катехины: Катехин, Эпикатехин, Эпигаллокатехин, % Галлированные катехины: Эпикатехин-3-галлат, Эпигаллокатехин-3 -галлат, % Общие катехины, % Фенольные соединения, %

Малина (листья) 3,1±0,16 1,4±0,01 4,5±0,23 18,9±0,5

Смородина (листья) 2,6±0,13 1,4±0,07 4,0±0,2 17,3±0,5

Ежевика (листья) 2,6±0,13 1,7±0,09 4,3±0,22 14,8±0,4

Облепиха (листья) 1,5±0,08 1,1±0,06 2,6±0,13 11,1±0,3

Боярышник (листья) 1,3±0,07 1,1±0,10 2,4±0,12 12,2±0,3

Катехины представляют собой подгруппу флавоноидов, обладающих выраженными антиоксидантными свойствами. Более высокие показатели данного соотношения, выявленные в листьях малины (0,24) и ежевики (0,29), подчеркивают их ценность как источников катехинов, которые могут быть использованы в профилактике и терапии сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и других заболеваний, связанных с окислительным стрессом. Количество пяти основных катехинов (ЭК, С, ЭГК, ЭГКГ, ЭКГ) в изученных растениях варьировало от 2,4% в листьях боярышника до 4,5% в листьях малины, при среднем значении около 3,5%. Оценка безопасности показана в таблице 3.

Таблица 3 - Исследование сырья на тяжелые металлы

Sr, мг/кг рь, мг/кг As, мг/кг гп, мг/кг Си, мг/к г N1, мг/кг Со, мг/к г Fe2O3, % МпО, мг/кг Сг, мг/кг Cd, мг/кг

Малина (листья) 85,0±4,3 3,0±0,2 0,4±0,2 50,0± 2,5 < 2 4,0±0,2 < 1 0,030± 0,002 851±43 32±1,6 0,5±0,3

Смородин а(листья) 111,0±5,6 < 1 0,3±0,1 40,0± 2,0 < 2 4,0±0,2 < 1 0,060± 0,003 229±11 29±1,4 0,4±0,02

Ежевика (листья) 72,0±3,6 3,0±0,12 0,2±0,1 59,0± 2,9 < 2 3,0±0,2 < 1 0,030± 0,002 127±6 28±1,4 0,4±0,02

Облепиха (листья) 65,0±3,3 2,0±0,1 0.1±0,1 45,0± 2,3 < 2 3,0±0,1 < 1 0,030± 0,002 543±27 34±1,7 0,2±0,01

Боярышн ик (листья) 60,0±3,0 3,0±0,2 0,1±0,1 76,0± 3,8 < 2 3,0±0,1 < 1 0,070± 0,003 594±29 43±2,2 0,3±0,02

Содержание тяжелых металлов не превышает допустимых значений санитарных норм. Важной задачей пищевой промышленности является контроль за безопасностью сырья. Благодаря своему физическому строению растения не могут избежать неблагоприятных условий окружающей среды, как следствие тяжелые металлы могут накапливаться в большом количестве. В исследуемых образцах были обнаружены лишь следы токсичных металлов, что свидетельствует о безопасности продуктов.

На рисунке 2 показаны значения содержания фенольных соединений, а также общее содержание катехинов, танинов и флавоноидов. Содержание фенольных соединений в листьях ежевики, малины, смородины составляет от 11,1% до 18,9% в сухом веществе. И, таким образом, показывает большой диапазон колебаний. Значения исследованных образцов сильно различаются в зависимости от вида.

60

50

40

30

20

10

1.1>в МI Ё 1.1и

Малина (лист) Смородина (лист) Ежевика (лист) Облепиха (лист) Боярышник (лист)

I Экстрактивные вещества, % ■ Общие катехины,% ■ Общие фенольные соединения, %

Общие флавоноиды, % ■ Танины, %

Рисунок 2. - Содержание фенольных соединений, экстрактивных веществ, флавоноидов, катехинов и танинов в сырье

При изучении биологически активных веществ установлено, что содержание фенольных соединений варьировалось от 11,1% (листья облепихи) до 18,9% (листья малины). Содержание катехинов составляло от 2,4% (листья боярышника)

до 4,5% (листья малины). Далее проводилась нативная ферментация и сравнивались показания фенольных соединений.

Содержание фенольных соединений через 6,12,18,24,30 ч нативной ферментации показаны в таблице 4.

Таблица 4. Содержание фенольных соединений через 6,12,18,24,30 ч нативной ферментации

Фенольные соединения до ферментации, % Фенольные соединения после 6 ч, % Фенольные соединения после 12 ч, % Фенольные соединения после 18 ч, % Фенольные соединения после 24 ч, % Фенольные соединения после 30 ч, %

Малина (листья) 18,9±0,5 18,8±0,5 19,3±0,6 19,6±0,6 19,9±0,6 19,1±0,6

Смородина (листья) 17,3±0,5 17,5±0,5 17,7±0,5 17,9±0,5 18,3±0,6 18,0±0,6

Ежевика (листья) 14,8±0,4 14,7±0,4 15,2±0,4 15,4±0,4 15,5±0,4 15,1±0,4

Облепиха (листья) 11,1±0,3 11,3±0,3 11,5±0,3 11,7±0,3 11,8±0,4 11,9±0,3

Боярышник (листья) 12,2±0,3 12,3±0,3 12,4±0,3 12,6±0,3 12,7±0,3 12,7±0,3

Особое внимание уделено исследованию влияния нативной ферментации на содержание фенольных соединений. Установлено, что без добавления ферментов процесс протекает крайне медленно и не показывает существенных изменений. Максимальный прирост не превышал 5,3% за 24 ч. В связи с этим было принято решение провести ферментацию с добавлением ферментных препаратов. Были выбраны два препарата: отечественная целлюлаза от ООО «Биопрепарат» с активностью 4000 ед/мл и зарубежная Novozymes Celluclast с активностью 700-1500 ед/мл.

Содержание фенольных соединений в зависимости от количества добавления фермента от «Биопрепарат» и от «Novozymes» после 24 ч ферментации показаны на рисунке 3 и 4.

Малина (лист) Смородина (лист) Ежевика (лист) Облепиха (лист) Боярышник (лист)

■ Фенольные соединения до ферментации, % ■ Фенольные соединения при 1 % р-ре, % I Фенольные соединения при 2 % р-ре, % I Фенольные соединения при 3 % р-ре, %

Рисунок 3. - Содержание фенольных соединений в зависимости от количества добавления фермента от «Биопрепарат» после 24 ч ферментации

Исследования показали, что оптимальная концентрация ферментного препарата составляет 2% от массы сырья. При этой концентрации достигается максимальный прирост содержания фенольных соединений.

25

| 20

s

ct

си

о

и

X 15

о

ш 10

-е-

го О. I-X

си

X

о

111 III I 111

Малина (лист) Смородина (лист) Ежевика (лист) Облепиха (лист) Боярышник (лист)

■ Фенольные соединения до ферментации, % ■ Фенольные соединения при 1 % р-ре, % Фенольные соединения при 2 % р-ре, % ■ Фенольные соединения при 3 % р-ре, %

Рисунок 4. - Содержание фенольных соединений в зависимости от количества добавления фермента от «МоуогутеБ» после 24 ч ферментации

Таким образом, результаты эксперимента показывают, что оптимальной концентрацией ферментного препарата от ООО Биопрепарат для обработки исследованных образцов является 2% от массы сырья, а от Novozymes - 3%. Хотя для препарата Novozymes максимальное содержание фенолов достигается при 3%, прирост по сравнению с 2% незначителен (менее 1%), поэтому экономически целесообразно использовать дозу 2%. Именно при этом значении достигается наибольший прирост содержания фенольных соединений, при этом эффективность процесса сохраняется на высоком уровне, а дальнейшее увеличение дозировки фермента не приводит к существенным изменениям. Подобная зависимость может быть объяснена тем, что при концентрации выше 2% активные центры фермента уже задействованы в полном объёме, и дальнейшее введение препарата не усиливает гидролитический процесс. Кроме того, определяющим фактором становится структурная организация клеточной стенки растительного сырья, которая ограничивает высвобождение дополнительных количеств фенольных соединений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мартыненко Константин Валерьевич, 2025 год

Список источников

1. Макрис Д.П., Боскоу Г. Содержание полифенолов и антиоксидантные характеристики экстрактов из твердых отходов винодельческой промышленности и других аг-ропродовольственных отходов in vitro II Журнал состава и анализа пищевых продуктов. 2007. Т. 2, № 20. С. 132.

2. Лин Ю-С., Цай Ю-Дж. Факторы, влияющие на уровни чайных полифенолов и кофеина в чайных листьях II Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 2003. Т. 7, № 51. С. 1864-1873. DOI: 10.1021/jf021066b.

3. Авирам М. Потребление гранатового сока со стенозом сонной артерии II Клиническое питание. 2004. № 23. С. 423-433.

4. Ци Дай, Джеймс К., Эрик БЛ. Фруктовые и овощные соки и болезнь Альцгеймера II The Kame Project Am J Med.2006. Т. 9, №119. С. 751-759. DOI: 10.1016/j.amjmed. 2006.03.045.

5. Адепех Э., Пол К. Влияние полифенольных соединений чая на выпадение волос у грызунов II Журнал Национальной медицинской ассоциации. 2005. Т. 8, № 97. С. 1165.

6. Астилл К., Берч М.Р., Дакомб К. Факторы, влияющие на содержание кофеина и полифенолов в настоях черного и зеленого чая II Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 2001. Т. 11, № 49. С. 53405347. DOI: 10.1021^010759.

7. Попова О.С. Сравнительная характеристика эффективности различных методов экстракции полифенолов из растений семейства яснотковые II Успехи современного естествознания. 2017. № 6. С. 34-38.

8. Азмир Дж.З. Методы извлечения биологически активных соединений из растительных материалов II Журнал пищевой инженерии. 2013. Т. 4, № 117. С. 426-436. DOI: 10.1016/j j foodeng. 2013.01.014.

9. Кяхконен М.П., Хопиа А.И. Антиоксидантная активность растительных экстрактов, содержащих фенольные соединения II Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 1999. Т. 10, № 47. С. 3954-3962. DOI: 10.1021/jf990146l.

10. Черных И.А. Определение водорастворимых экстрактивных веществ и сухой клет-катки в различных видах чая II Естественные и медицинские науки: мат-лы XL студ. междунар. науч.-лракт. конф. М.: Междунар. центр науки и образования, 2021. С. 79-86.

11. Кушнарева О.П. Количественное определение водорастворимых экстрактивных веществ в различных сортах чая II Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: мат-лы Всерос. науч.-метод. конф. Оренбург, 2020. С. 2548-2551.

12. Identification of the 100 richest dietary sources of polyphenols: an application of the PhenolExplorer database I J. Pérez-Jiménez [et al.] II European Journal of Clinical Nutrition, 64. S. 112-120 (2010). DOI: 10.1038/ejcn.2010. 221.

13. Противораковая эффективность полифенолов и их комбинаций I А. Нидзвеки [и др.] II Journal of Nutrition. 2016. № 8 (9). С. 552. DOI: 10.3945/jn.113.177121.

14. Высокие концентрации мочевого биомаркера потребления попифенолов связаны со снижением смертности у пожилых людей / Р. Замора-Рос [и др.] II Журнал питания. 2013. № 143 (9). С. 1445. DOI: 10.3945/jn. 113.177121.

References

1. Makris D.P., Boskou G. Soderzhanie polifeno-lov i antioksidantnye harakteristiki ekstraktov iz tverdyh othodov vinodel'cheskoj promysh-lennosti i drugih agroprodovol'stvennyh othodov in vitro II Zhurnal sostava i analiza pischevyh produktov. 2007. T. 2, № 20. S. 132.

2. Lin Yu-S., Caj Yu-Dzh. Faktory, vliyayuschie na urovni chajnyti polifenolov i kofeina v chajnyfi lisfyah II Zhurnal sel'skohozyajstvennoj i pische-voj NmL 2003. T. 7, № 51. S. 1864-1873. DOI: 10.102ip21066b.

3. Aviram M. Potreblenie granatovogo soka so stenozom sonnoj arterii II Klinicheskoe pitanie.

2004. №23. S. 423-433.

4. Ci Daj, Dzhejms K., Erik B.L Fruktovye i ovoschnye soki i bolezn' Al'cgejmera II The Kame Project. Am J Med.2006. T. 9. № 119. S. 751-759. DOI: 10.1016/j.amjmed.2006.03. 045.

5. Adeleh '£, Pol К. Vliyanie polifenol'nyh soedi-nenij chaya na vypadenie volos u gryzunov II Zhurnal Nacional'noj medicinskoj associacii.

2005. T. 8, №97. S. 1165.

6. Astill K„ Berch M.R., Dakomb K. Faktory, vliyayuschie na soderzhanie kofeina i polifenolov v nastoyah chernogo i zelenogo chaya II Zhurnal sel'skohozyajstvennoj i pischevoj himii. 2001. T. 11, № 49. S. 5340-5347. DOI: 10.1021/jf010759.

7. Popova O.S. Sravnitel'naya harakteristika 'effektivnosti razlichnyh metodov 'ekstrakcii polifenolov iz rastenij semejstva yasnotkovye II Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. 2017. № 6. S. 34-38.

8. Azmir Dzh.Z. Metody izvlecheniya biologi-cheski aktivnyh soedinenij iz rastitel'nyh materialov II Zhurnal pischevoj inzhenerii. 2013. T. 4, № 117. S. 426-436. DOI: 10.10161 j.jfoodeng.2013.01.014.

Фестни^'КрасТЛУ- 2022. 96 10

9. Kyahkonen М.Р., Hopia А/. Antioksidantnaya aktivnosf rastitel'nyh 'ekstraktov, soderzha-schih fenol'nye soedineniya II Zhurnal sel'sko-hozyajstvennoj i pischevoj himii. 1999. T. 10, №47. S. 3954-3962. DOI: 10.1021/jf990146l.

10. Chemyh I.A. Opredelenie vodorastvorimyti 'ekstraktivnyh veschestv i suhoj kletkatki v razlichnyti vidah chaya II Estestvennye i medi-cinskie nauki: mat-ly XL stud, mezhdunar. naucti.-prakt. konf. M.: Mezhdunar. centr nauki i obrazovaniya, 2021. S. 79-86.

11. Kushnareva O.P. Kolichestvennoe opredelenie vodorastvorimyh 'ekstraktivnyh veschestv v razlichnyti sortah chaya II Universitetskij kompleks как regional'nyj centr obrazovaniya, nauki i kultury: mat-ly Vseros. nauch.-metod. konf. Orenburg, 2020. S. 2548-2551.

Статья принята к публикации 19.09.20221 The article accepted for publication 19.09.2022.

Информация об авторах:

Константин Валерьевич Мартыненко1, аспирант, старший лаборант факультета биотехнологий Петр Евгеньевич Баланов2, ординарный доцент факультета биотехнологий, кандидат технических наук

Ирина Владимировна Смотраева3, ординарный доцент, старший научный сотрудник факультета биотехнологий, кандидат технических наук

Information about the authors:

Konstantin Valerievich Martynenko1, Postgraduate Student, Senior Laboratory Assistant, Faculty of Biotechnology

Petr Evgenievich Balanov2, Ordinary Associate Professor of the Faculty of Biotechnology, Candidate of Technical Sciences

Irina Vladimirovna Smotraeva3, Ordinary Associate Professor, Senior Researcher at the Faculty of Biotechnology, Candidate of Technical Sciences

12. Identification of the 100 richest dietary sources of polyphenols: an application of the PhenolExplorer database / J. Pérez-Jiménez [et al.] II European Journal of Clinical Nutrition, 64. S. 112-120 (2010). DOI: 10.1038/ejcn.2010. 221.

13. Protivorakovaya effektivnost' polifenolov i ih kombinacij I A. Nidzveki [i dr.] II Journal of Nutrition. 2016. № 8 (9). S. 552. DOI: 10.39451 jn.113.177121.

14. Vysokie koncentracii mochevogo biomarkera potrebleniya polifenolov svyazany so snizhe-niem smertnosti u pozhilyh lyudej / R. Zamora-Ros p dr.] II Zhurnal pitaniya. 2013. № 143 (9). S. 1445. DOI: 10.3945/jn. 113.177121.