В южных регионах Республики Казахстан для производства полифитокомпонентов и лечебно-профилактических продуктов можно использовать свыше 200 видов дикорастущих и возделываемых лекарственных и других растений. Из этих растений, на основе анализа возможности возделывания этих культур и использования для обогащения пищевых продуктов в малотоннажном производстве были выбраны плоды боярышника, листья базилика, бутоны гвоздики, душица, шалфей и чабрец.
В настоящее время для извлечения комплекса полезных веществ из состава растительного сырья используются различные методы экстракции [1,2]. С точки зрения максимального выхода комплекса полезных веществ интерес представляет метод низкочастотной вакуумной ультразвуковой технологии. Использование в этом методе вакуума создает кавитацию и турбулентные потоки в жидком экстрагенте. В результате происходит более быстрое набухание сырья и растворение содержимого клетки, увеличивается скорость обтекания частиц сырья, в пограничном диффузионном слое возникают турбулентные и вихревые потоки. Молекулярная диффузия внутри частиц сырья и в пограничном диффузионном слое практически заменяется конвективной, что приводит к интенсификации процессов массообмена. В результате кавитации происходит разрушение клеточных структур, а это ускоряет процесс перехода полезных веществ в экстрагент за счет их вымывания. Сильные турбулентные течения, гидродинамические потоки способствуют переносу масс, растворению веществ, интенсивному перемешиванию содержимого даже внутри клетки, чего невозможно достичь другими способами экстракции. Кроме того, при прохождении волны ультразвука изменяется давление среды. Происходит сжатие и разряжение экстрагента и сырья, при котором улучшается проникновение экстрагента в сырье [3-5]
Объекты и методы исследования
На основе органолептических показателей и физико-химических исследований свойств различных растений, произрастающих на юге Казахстана, в качестве составных элементов разрабатываемого полифитокомпонента были выбраны плоды боярышника, шалфея, травы душицы, чабреца, листьев базилика и бутоны гвоздики. С целью определения оптимального соотношения состава полифитокомпонента, также на основе органолептических показателей, были составлены три варианта комбинированных экстрактов. Комбинированный экстракт № 1 имел соотношения экстрактов плодов боярышника, шалфея, травы душицы, чабреца, листьев базилика, бутонов гвоздики 18:3,0:2,5:3,0:3,0:1,0 (в процентах от общей массы комбинированного экстракта). У комбинированного экстракт № 2 соотношения составных элементов были следующие: 16:2,5:2,5:2,5:2,5:1,25. А у комбинированного экстракта № 3 - 15:2,0: 2,0:2,5:3,0:1,75.
Исследование физико-химических свойств экстрактов из растений проводились в лаборатории кафедры «Пищевая инженерия и безопасность продовольственных продуктов» Южно-Казахстанского государственного университета им. М. Ауезова.
Лекарственные растения в измельченном и упакованном виде были приобретены в ТОО «Омега» и ТОО «Global продукт».
В качестве экстрагента был выбран наиболее часто используемый в пищевой промышленности 40% водно-спиртовой раствор.
Минеральный состав компонентов изучался на высокоэффективном жидкостном хроматографе в лаборатории ЮКГУ им. М. Ауезова.
Гигроскопические характеристики экстрактов растительного сырья изучались с помощью следующих стандартных приборов: для определения показателя рН использовался иономер «SCHOTT Instrument» Lab 850; вязкость определялась с помощью капиллярного вискозиметра; плотность экстракта определялась ареометром.
Для исследования физико-химических свойств и для проведения органолептических оценок комбинированного экстракта были приготовлены несколько опытных образцов из расчета 400 мл на 40% водно-спиртовом растворе.
Выбор оптимального варианта соотношений составных элементов в комбинированном экстракте осуществлялся на основе сенсорного анализа и основных физико-химических показателей получаемого экстракта.
Закономерность извлечения выхода полезных веществ из комбинированного экстракта изучались методом ультразвуковой технологии с использованием вакуума.
Извлечение полезных веществ осуществлялось по следующей технологии. Измельченное до гранулированного состава 1,5-2,0 мм сырье настаивалось в 40% водно-спиртовом растворе в течение 4 часов. Затем его при температуре 38-40о С подвергли ультразвуковой обработке в вакууме в течение 15 мин. Полученный экстракт процеживался через сито. Оставшееся сырье отжималось, и затем определялись показатели рН, вязкости, плотности полученного экстракта.
Результаты исследования и их обсуждение
Основные физико-химические показатели различных вариантов комбинаций комбинированного экстракта приведены в таблице 1.
Таблица 1
Состав и физико-химические показатели комбинированного экстракта
|
Показатели |
Варианты комбинации экстрактов |
||
|
боярышник: шалфей: душица: чабрец: базилик: гвоздика |
|||
|
Комбинированный экстракт № 1 18:3,0:2,5:3,0: 3,0 :1,0 |
Комбинированный экстракт № 2 16:2,5:2,5:2,5:2,5:1,25 |
Комбинированный экстракт № 3 15:2,0:2,0:2,5:3,0:1,75 |
|
|
рН |
5,04 |
5,041 |
5,14 |
|
Плотность ρ, кг/м3 |
961 |
957 |
956 |
|
Сухие вещества, % |
16,350 |
15,850 |
15,800 |
|
Вязкость η, сантистокс |
2,48 |
2,33 |
2,28 |
В комбинированном экстракте, как видно из таблицы, вязкость комбинированного экстракта, полученного в 3-ей комбинации (2,28 sts), незначительно ниже по сравнению с экстрактами, полученными в 1-ой и 2-ой комбинациях (2,48 и 2,33). Это объясняется большим содержанием плодов боярышника в составных компонентах в исходном сырье в первых комбинациях.
Показатель реакции среды рН в 3-ей комбинации 5,14 несколько выше, чем в 1-ой и 2-ой комбинации (5,04 и 5,041). Это связано влиянием водно-спиртового раствора на реакцию среды и меньшим содержанием плодов боярышника в исходном сырье.
Плотность комбинированного экстракта в 3-ей комбинации (956, кг/м3), ниже по сравнению с экстрактами, полученными в 1-ой и 2-ой комбинациях (961, кг/м3 и 957, кг/м3), что можно объяснить меньшим процентным содержанием составных элементов растений по сравнению с экстрагентом.
Содержание сухих веществ в процентах от общей массы исходного сырья в 3-ей комбинации также меньше - соответственно 956 против 961 и 957, что объясняется меньшей массой составных компонентов исходного сырья в третьей комбинации по сравнению с экстрагентом.
Результаты органолептической оценки различных вариантов разрабатываемого полифитокомпонента приведены в таблице 2.
Таблица 2
Органолептическая оценка полифитокомпонентов трех комбинации
|
Показатели |
1-ая комбинация |
2-ая комбинация |
3-ая комбинация |
|
Содержание сырья в комбинированном экстракте, % |
|||
|
|
|
|
|
|
Вкус |
Очень сладкий со слабым мятным вкусом |
Сладким вкусом с мятным оттенком |
Приятный, кисловатый с привкусом аромата букетов трав |
|
Цвет |
Темно-коричневый |
Темно-коричневый |
Темно-коричневый |
|
Запах |
мятно-ароматный, приятный запах |
Мятно-ароматный, ясный, приятный запах |
Ярко выраженный аромат букетов трав и мяты |
По вкусовым качествам полифитокомпонент при соотношении его составных элементов 15:2,0: 2,0:2,5:3,0:1,75 оказался предпочтительнее. Поэтому исследования по экспериментальному определению содержания основных макро- и микроэлементов в полифитокомпоненте были проведены для комбинированного экстракта № 3, результаты которого приведены в таблице 3.
Таблица 3
Содержание основных макро и микроэлементов в полифитокомпоненте
|
Образец |
Содержание элементов,% |
|||||||
|
Na |
Mq |
Al |
Si |
P |
K |
Ca |
Fe |
|
|
Комбиниро-ванный экстракт № 3 |
1,19 |
4,23 |
0,23 |
0,67 |
2,56 |
38,52 |
5,85 |
0,31 |
Анализ экспериментальных данных показывает, что состав основных химических элементов полифитокомпонента, полученного по 3-ей комбинации: калия, кальция, магния, натрия и железа находятся на достаточно высоком уровне.
Выводы
Проведенные исследования показывают, что применение метода низкочастотной вакуум-ультрозвуковой экстракции позволяет эффективно экстрагировать полезные вещества из растительного сырья и сокращает продолжительность экстрагирования.
В результате проведенных экспериментальных исследований разработан полифитокомпонент, состоящий из экстрактов плодов боярышника, шалфея, травы душицы, чабреца, листьев базилика и бутонов гвоздики при соотношениях 15:2,0: 2,0:2,5:3,0:1,75 (в процентах от общей массы экстрактов полифитокомпонента).
Состав и содержание основных химических элементов полифитокомпонента позволяет сделать вывод о целесообразности малотоннажного промышленного производства данного полифитокомпонента и рекомендации его к внедрению в производство для обогащения минерального состава различных пищевых продуктов и улучшения их органолептических показателей.
Рецензенты:
Зарпуллаев Ш.Н., д.с-х.н., профессор, главный научный сотрудник отдела технологии животноводства Юго-Западного научно-исследовательского института животноводства и растениводства, г. Шымкент;
Ауешов А.П., д.т.н., профессор, зав. лабораторией «Физико-химические методы исследования», Южно-Казахстанский Государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент.