Целью исследования явилось возможность интенсификации процесса экстрагирования биологически активных веществ из растительных компонентов для повышения пищевой ценности разработанных новых молочных продуктов.
Материалы исследования: обезжиренное молоко, молочная сыворотка, пахта, зерно овса и лекарственно-техническое сырье: мята перечная, тимьян ползучий (чабрец).
Методы исследования: колориметрический и ультромикроскопирование.
Покровы зерна овса и ткани листьев лекарственно-технического сырья представлены химически стойким матриксом клеточных стенок и обладают высокой механической прочностью, что затрудняет максимальный выход биологически активных веществ в экстракты.
Для интенсификации процесса экстрагирования используют различные приемы. Самые распространенные среди них связаны с механическим перемешиванием экстракционных смесей [4].
Более эффективны методы, которые позволяют воздействовать на сырье на клеточном уровне, вызывая разрушение большинства оболочек клеток. Для этого применяют микроволновое облучение экстракционной смеси или выжимок плодово-ягодного сырья с влажностью 12-13 %, используемых в дальнейшем для экстракции [2, 3].
С целью изучения возможности повышения интенсивности процесса экстракции биологически активных веществ зерна овса и растительного сырья применялся импульсный квантовый излучатель на светодиодах [1].
Для оценки изменения структуры поверхности оболочек зерна овса под действием светодиодного облучения готовились продольные срезы, которые просматривались с помощью микроскопа (рис. 1).
а б
Рис. 1. Микрофотографии поверхности зерна овса нативного – а и б – обработанного импульсным излучателем с желтым светодиодом (длина волны 400 нм) в течение 60 с (увеличение микроскопа х2700)
Из рис. 1 видно, что поверхность нативного зерна овса имеет характерный рельеф первого порядка, представляющий собой гладкие параллельные тяжи целлюлозных фибрилл, покрытых полисахаридными компонентами матрикса – гемицеллюлозами, а под действием светодиодного облучения произошло изменение рельефа поверхности зерна. При этом на поверхности зерна обнаруживаются поры (рис. 2). Наличие пористой клеточной стенки отражается на скорости диффузии – снижает ее. Клеточная стенка теряет способность быть полупроницаемой перегородкой и начинает пропускать вещества в обе стороны.
а б
Рис. 2. Микрофотографии поверхности травы тимьяна ползучего (чабреца): а – нативной, б – подвергшейся светодиодному облучению (λ = 400 нм, τ = 30 с), увеличение микроскопа х1000
Процесс экстракции зерна овса проводился следующим образом: экспериментальные образцы промытого зерна подвергались предварительному облучению в течение 60 с а затем вносились в экстрагент – молоко обезжиренное Смесь нагревали до температуры 97-99 °С и выдерживали в течение 1,5-2,0 часов. Контрольные образцы зерна облучению не подвергались. Эффективность воздействия определялась путем сравнения перехода сухих веществ зерна экспериментальных образцов в экстракт с контрольными.
Подбор растительного сырья: мяты перечной и тимьяна ползучего для обогащения пищевых продуктов на основе вторичных молочных ресурсов проводили, основываясь на особенностях химического состава и концентрации биологически активных веществ.
При выборе максимальных количеств внесения растительных экстрактов руководствовались рекомендациями ГУ НИИ питания РАМН, согласно которым максимальная доза их внесения в 100 г продукта не должна превышать 1/10 разовой терапевтической дозы. Для приготовления экстрактов лекарственных трав пользовались прописями фармакопеи.
Измельченное растительное сырье обрабатывали светодиодным излучателем перед внесением его в экстрагенты – молочную сыворотку и пахту. На микрофотографиях хорошо просматриваются структурные изменения в клеточных покровах, деструктуризация полимеров, фибрилляция целлюлозных волокон, поры в оболочках клеток (рис. 2, 3).
а б
Рис. 3. Микрофотографии поверхности травы мяты перечной: а – нативной, б – подвергшейся светодиодному облучению (λ = 400 нм, τ = 30 с), увеличение микроскопа х1000
Творожную не осветленную сыворотку кислотностью 65 – 70 °Т нагревали до 55 °С, вносили травы, предварительно обработанные импульсным излучателем в течение 30 с : тимьян ползучий или мяту перечную в количестве 2,0 % на литр сыворотки, охлаждали до комнатной температуры выдерживали 15 минут для перехода экстрактивных веществ в сыворотку
Пахту кислотностью не выше 20 °Т и плотностью не менее 1027 кг/м3 нагревали до температуры 50-60 °С, вносили сухую траву тимьяна ползучего, предварительно обработанного светодиодным облучателем в течение 30 с в соотношении 1:50, охлаждали до комнатной температуры выдерживали 15 минут для перехода экстрактивных веществ.
Все эти структурные изменения при воздействии экстрагентов и температуры приводят к набуханию частиц биологического материала, видоизмененная клеточная стенка размягчается и под действием диффузии сухие вещества переходят из клеток в раствор. Воздействие светодиодного облучения на сухое измельченное лекарственно-техническое сырье сопровождается возникновением механической деформации и разрушением клеток, а также индицированием внутреннего фотоэффекта, что позволяет увеличить выход сухих веществ в эскстракте.
Данные по переходу экстрактивных веществ в экстракт после обработки импульсным светодиодным излучателем растительного и лекарственно- технического сырья представлено в таблице.
Массовая доля сухих веществ в экстракте , %
|
Продолжительность светодиодного воздействия, с |
Экстракты на основе |
||
|
обезжиренного молока |
творожной сыворотки |
пахты |
|
|
60 |
9,6 |
||
|
30 |
14,4 |
13,5 |
|
|
Контроль |
6,9 |
11,8 |
10,8 |
Из таблицы видно, что массовая доля сухих веществ во всех экстрактах после светодиодного облучения позволило увеличить содержание сухих веществ по сравнению с контрольным образцом в обезжиренном молоке на 38,9 %, в сывороточном экстракте на 22 %, в экстракте из пахты на 25 %.
Таким образом, исследование влияния параметров информационного воздействия на жизнедеятельность биологических объектов позволило установить рациональные параметры экстракции, направленные на обеспечение высокого выхода сухих веществ.