Получение и биохимическая характеристика сублимированного сока черники из ферментативно обработанных ягод

Перспективным направлением в технологии переработки ягод черники является получение сублимированных соковых полуфабрикатов. Это направление позволяет комплексно решать вопросы, связанные с сезонностью переработки ягод, с оптимизацией логистических расходов, с расширением географии источников поставки сырья, сохраняя при этом высокие органолептические качества лиофилизированного продукта. Главными преимуществами такого продукта являются характеристики, определяющие свойства свежих ягод, такие как вкус, цвет, аромат, а также их пищевая и биологическая ценность. Целью исследования является разработка технологических решений для получения сублимированного сока ягод черники, выработанного из ферментативно обработанной мезги ягод, а также определение его биохимических характеристик. В работе использовали химические (титриметрический и гравиметрический методы) и современные физико-химические методы анализа (ВЭЖХ, атомно-абсорбционный спектральный анализ, потенциометрический и спектрофотометрический методы). В результате проведенных исследований были определены параметры процесса сублимационной сушки нативного сока ягод черники: температура сублимации — минус 23 ±2 ºС и давление 70–80 Па, досушивание — при температуре 38–40 °С. Продолжительность процесса сублимационной сушки составила 16 часов до достижения конечной влажности 4%. Показано, что сублимированный сок сохраняет все атрибуты качества нативного сока: вкус, цвет, аромат. Дана характеристика нативному и сублимированному соку черники по химическому составу: исследованы профили флавоноидов, антоцианов, фенолои органических кислот, состав сахаров, витаминов и минеральных веществ. Установлено, что выбранные параметры сублимации обеспечивают сохранность биологически активных и минорных веществ на уровне не менее 77% от их исходного содержания в нативном соке. Высокую сохранность продемонстрировали кверцетин и ресвератрол, потери эпикатехина составили 9,6%, фенолокислот — 13,7–23,0%, витаминов — 14–22%. В результате обработки сока методом сублимации замечено увеличение содержания дельфинидин-3-глюкозида, цианидин-3-арабинозида и цианидин-3-глюкозида на 20–35%. Доля цианидин-3-галактозида + дельфинидин-3-арабинозида уменьшилась на 65%, а дельфинидин-3-галактозида — в 2,85 раза. Установлено уменьшение в сублимате сока содержания макроэлементов (до 6,0%); более заметные потери зафиксированы по микроэлементам (до 14,8%). Полученные результаты показали перспективность использования технологии и выбранных режимов сублимации при получении сокового черничного сублимата. Такая технология сочетает в себе возможности получения технологичного ягодного ингредиента с максимальным сохранением природных биологически активных и минорных компонентов ягод для применения в продуктах здорового питания.

1. Granato, D., Barba, F. J., Bursać Kovačević, D., Lorenzo, J. M., Cruz, A. G., Putnik, P. (2020). Functional foods: Product development, technological trends, efficacy testing, and safety. Annual Review of Food Science and Technology, 11, 93–118. https://doi.org/10.1146/annurev-food-032519-051708

2. Muñoz-Fariña, O, López-Casanova, V, García-Figueroa, O, Roman-Benn, A, AhHen, K., José M. Bastias-Montes, J. M. et al. (2023). Bioaccessibility of phenolic compounds in fresh and dehydrated blueberries (Vaccinium corymbosum L). Food Chemistry Advances, 2, Article 100171. https://doi.org/10.1016/j.focha.2022.100171

3. Nemzer, B., Vargas, L., Xia, X., Sintara, M., Feng, H. (2018). Phytochemical and physical properties of blueberries, tart cherries, strawberries, and cranberries as affected by different drying methods. Food Chemistry, 262, 242–250. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.04.047

4. Rudy, S., Dziki, D., Krzykowski, A., Gawlik-Dziki, U., Polak, R., Rozylo, R. et al. (2015). LWT — Food Science and Technology, 63(1), 497–503. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2015.03.067

5. Dincer, E. I., Temiz, H. (2023). Investigation of physicochemical, microstructure and antioxidant properties of firethorn (Pyracantha coccinea var. lalandi) microcapsules produced by spray-dried and freeze-dried methods. South African Journal of Botany, 155, 340–354. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2023.02.024

6. Kittibunchakul, S., Temviriyanukul, P., Chaikham, P., Kemsawasd, V. (2023). Effects of freeze drying and convective hot-air drying on predominant bioactive compounds, antioxidant potential and safe consumption of maoberry fruits. LWT, 184, Article 114992. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114992

7. Алексеенко, Е. В., Быстрова, Е. А., Семенов, Г. В., Черных, В. Я. (2017). Технология получения и оценка качества сублимированного порошка из ягод брусники. Пищевая промышленность, 11, 70–73.

8. Cheng, A.-W., Xie, H.-X., Qi, Y., Liu, C., Guo, X., Sun, J.-Y. et al. (2017). Effects of storage time and temperature on polyphenolic content and qualitative characteristics of freeze-dried and spray-dried bayberry powder. LWT, 78, 235–240. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2016.12.027

9. Pap, N., Fidelis, M., Azevedo, L., do Carmo, M. A. V., Wang, D., Mocan, A. et al. (2021). Berry polyphenols and human health: Evidence of antioxidant, anti-inflammatory, microbiota modulation, and cell-protecting effects. Current Opinion in Food Science, 42, 167–186. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2021.06.003

10. Zhang, Y., Liu, W., Wei, Z., Yin, B., Man, C., Jiang, Y. (2021). Enhancement of functional characteristics of blueberry juice fermented by Lactobacillus plantarum. LWT, 139, Article 110590. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110590

11. Miller, K., Feucht, W., Schmid, M. (2019). Bioactive compounds of strawberry and blueberry and their potential health effects based on human intervention studies: A brief overview. Nutrients, 11(7), Article 1510. https://doi.org/10.3390/nu11071510

12. Pires, T. C. S. P., Caleja, C., Santos-Buelga, C., Barros, L., Ferreira, I. C. F. R. (2020). Vaccinium myrtillus L. fruits as a novel source of phenolic compounds with health benefits and industrial applications-a review. Current Pharmaceutical Design, 26(16), 1917–1928. https://doi.org/10.2174/1381612826666200317132507

13. Urbonaviciene, D., Bobinaite, R., Viskelis, P., Bobinas, C., Petruskevicius, A., Klavins, L. et al. (2022). Geographic variability of biologically active compounds, antioxidant activity and physico-chemical properties in wild Bilberries (Vaccinium myrtillus L.). Antioxidants, 11(3), Article 588. https://doi.org/10.3390/antiox11030588

14. Каримова, Н. Ю., Алексеенко, Е. В., Цветкова, А. А. (26–27 октября, 2022). Оценка эффективности применения отечественных и импортных ферментных препаратов для обработки ягод черники при получении сока. Материалы XХII международной научно-практической конференции. Барнаул: АлтГТУ, 2022.

15. Семенов, Г. В., Краснова, И. С. (2021). Сублимационная сушка. М.: ДеЛи, 2021.

16. Каримова, Н. Ю., Алексеенко, Е. В., Цветкова, А. А., Бакуменко, О. Е. (2023). Сравнительная биохимическая характеристика ягод лесной и садовой черники как обоснование для применения в качестве источника функциональных пищевых ингредиентов. Химия растительного сырья, 4, 199–208. https://doi.org/10.14258/jcprm.20230412171

17. Wang, Y., Fong, S. K., Singh, A. P., Vorsa, N., Johnson-Cicalese, J. (2019). Variation of anthocyanins, proanthocyanidins, flavonols, and organic acids in cultivated and wild diploid blueberry species. HortScience, 54(3), 576–585. https://doi.org/10.21273/HORTSCI13491-18

18. Pires, T. C. S. P., Dias, M. I., Calhelha, R. C., Alves, M. J., Santos-Buelga, C., Ferreira, I. C. F. R. et al. (2021). Development of new bilberry (Vaccinium myrtillus L.) based snacks: Nutritional, chemical and bioactive features. Food Chemistry, 334, Article 127511. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127511

19. Liu, Q., Tang, G.-Y., Zhao, C.-N., Feng, X.-L., Xu, X.-Y., Cao, S.-Y. et al. (2018). Comparison of antioxidant activities of different grape varieties. Molecules, 23(10), Article 2432. https://doi.org/10.3390/molecules23102432

20. Liu, Q., Tang, G.-Y., Zhao, C.-N., Gan, R.-Y., Li, H.-B. (2019). Antioxidant activities, phenolic profiles, and organic acid contents of fruit vinegars. Antioxidants, 8(4), Article 78. https://doi.org/10.3390/antiox8040078

21. Никитенко, А. Н., Мазур, А. М., Синило, А. А., Клыпутенко, М. А. (2023). Исследование влияния технологических параметров переработки фруктового сырья на изменения содержания фенольных веществ. Пищевая промышленность: наука и технологии, 16(3), 19–26.

22. Альдиева, А. Б., Хамитова, Д. Д. (2023). Влияние параметров сублимационной сушки на содержание полифенолов и антоцианов в ягодах клубники. Вестник Алматинского технологического университета, 1(3), 52–56. https://doi.org/10.48184/2304-568X-2023-3-52-56

23. Петров, Н. А., Сидорова, Ю. С., Перова, И. Б., Кочеткова, А. А., Мазо, В. К. (2019). Комплекс полифенолов черники, сорбированных на гречневой муке, как функциональный пищевой ингредиент. Вопросы питания, 88(6), 68–72. https://doi.org/10.24411/0042-8833-2019-10066

24. Colak, N., Torun, H., Gruz, J., Strnad, M., Hermosín-Gutiérrez, I., HayirliogluAyaz, S. et al. (2016). Bog bilberry phenolics, antioxidant capacity and nutrient profile. Food Chemistry, 201, 339–349. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.01.062

25. Dare, A. P., Günther, C. S., Grey, A. C., Guo, G., Demarais, N. J., Cordiner, S. et al. (2022). Resolving the developmental distribution patterns of polyphenols and related primary metabolites in bilberry (Vaccinium myrtillus) fruit. Food Chemistry, 374, Article 131703. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131703

26. Kolarov, R., Tukuljac, M. P., Kolbas, A., Kolbas, N., Barać, G., Ognjanov, V. et al. (2021). Antioxidant capacity of wild-growing bilberry, elderberry, and strawberry fruits. Acta Horticulturae et Regiotecturae, 24(2), 119–126. https://doi.org/10.2478/ahr-2021-0033

27. Ochmian, I. Figiel-Kroczyńska, M., Lachowicz, S. (2020). The quality of freezedried and rehydrated blueberries depending on their size and preparation for freeze-drying. Acta Universitatis Cibiniensis. Series E: Food Technology, 24(1), 61–78. https://doi.org/10.2478/aucft-2020-0006

28. Imani, A., Maleki, N., Bohlouli, S., Kouhsoltani, M., Sharifi, S., Dizaj, S. M. (2021). Molecular mechanisms of anticancer effect of rutin. Phytotherapy Research, 35(5), 2500–2513. https://doi.org/10.1002/ptr.6977

29. Satari, A., Ghasemi, S., Habtemariam, S., Asgharian, S., Lorigooini, Z. (2021). Rutin: A flavonoid as an effective sensitizer for anticancer therapy; insights into multifaceted mechanisms and applicability for combination therapy. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2021, Article 9913179. https://doi.org/10.1155/2021/9913179

30. Голубев, А. Г., Семиглазова, Т. Ю., Клюге, В. А., Каспаров, Б. С., Беляев, А. М., Анисимов В. Н. (2021). Три пандемии сразу: неинфекционная (онкологическая), инфекционная (COVID-19), и поведенческая (гипокинезия). Вопросы онкологии, 67(2), 163–180. https://doi.org/10.37469/05073758-2022-68-6-708-716

31. Трусов, Н. В., Балакина, А. С., Шипелин, В. А., Гмошинский, И. В., Тутельян, В. А. (2021). Влияние ресвератрола, карнитина, кверцетина и ароматических аминокислот на ферменты метаболизма ксенобиотиков и антиоксидантной защиты в печени при ожирении у крыс с разным генотипом. Вопросы питания, 90(2(534)), 50–62. https://doi.org/10.33029/0042-88332021-90-2-50-62

32. Bostancıeri, N., Elbe, H., Eşrefoğlu, M., Vardı, N. (2022). Cardioprotective potential of melatonin, quercetin and resveratrol in an experimental model of diabetes. Biotechnic and Histochemistry, 97(2), 152–157. https://doi.org/10.1080/10520295.2021.1918766

33. Inchingolo, A. D., Inchingolo, A. M., Malcangi, G., Avantario, P., Azzollini, D., Buongiorno, S. et al. (2022). Effects of resveratrol, curcumin and quercetin supplementation on bone metabolism — A systematic review. Nutrients, 14(17), Article 3519. https://doi.org/10.3390/nu14173519

34. Huang, X.-T., Li, X., Xie, M.-L., Huang, Z., Huang, Y.-X., Wu, G.-X. et al. (2019). Resveratrol: Review on its discovery, anti-leukemia effects and pharmacokinetics. Chemico-Biological Interactions, 306, 29–38. https://doi.org/10.1016/j.cbi.2019.04.001

35. Meng, T., Xiao, D., Muhammed, A., Deng, J., Chen, L., He, J. (2021). Anti-inflammatory action and mechanisms of resveratrol. Molecules, 26(1), Article 229. https://doi.org/10.3390/molecules26010229

36. Быстрова, Е. А., Алексеенко, Е. В. (2017). Исследование компонентного состава фенольных соединений и антиоксидантной активности брусничного сока. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология, 7(3(22)), 19–26. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-3-19-26

37. Kusumah, J., de Mejia, E. G. (2022). Coffee constituents with antiadipogenic and antidiabetic potentials: A narrative review. Food and Chemical Toxicology, 161, Article 112821. https://doi.org/10.1016/j.fct.2022.112821

38. Singh, A. K., Rana, H. K., Singh, V., Yadav, T. C., Varadwaj, P., Pandey, A. K. (2021). Evaluation of antidiabetic activity of dietary phenolic compound chlorogenic acid in streptozotocin induced diabetic rats: Molecular docking, molecular dynamics, in silico toxicity, in vitro and in vivo studies. Computers in Biology and Medicine, 134, Article 104462. https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2021.104462

39. Li, H., Zhao, J., Deng, W., Li, K., Liu, H. (2020). Effects of chlorogenic acid-enriched extract from Eucommia ulmoides Oliver leaf on growth performance and quality and oxidative status of meat in finishing pigs fed diets containing fresh or oxidized corn oil. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 104(4), 1116–1125. https://doi.org/10.1111/jpn.13267

40. Zhang, J., Wang, Z., Shi, Y., Xia, L., Hu, Y., Zhong, L. (2023). Protective effects of chlorogenic acid on growth, intestinal inflammation, hepatic antioxidant capacity, muscle development and skin color in channel catfish Ictalurus punctatus fed an oxidized fish oil diet. Fish and Shellfish Immunology, 134, Article 108511. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.108511

41. Азарнова, Т. О., Резвых, А. М., Максимов, В. И., Кочиш, И. И., Луговая, И. С. (2021). Антиоксидантные свойства феруловой кислоты и основные результаты их реализации в промышленной инкубации индеек. Ветеринария, зоотехния и биотехнология, 1, 76–84. https://doi.org/10.36871/vet.zoo.bio.202101010

42. Dawidowicz, A. L., Typek, R. (2014). Transformation of 5-O-Caffeoylquinic acid in blueberries during high-temperature processing. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62(545), 10889–10895. https://doi.org/10.1021/jf503993q

43. Gao, J., Hu, J., Hu, D., Yang, X. (2019). A role of gallic acid in oxidative damage diseases: A comprehensive review. Natural Product Communications, 14(8), Article 1934578X19874174. https://doi.org/10.1177/1934578X19874174

44. Celep, A. G. S., Demirkaya, A., Solak, E. K. (2022). Antioxidant and anticancer activities of gallic acid loaded sodium alginate microspheres on colon cancer. Current Applied Physics, 40, 30–42. https://doi.org/10.1016/j.cap.2020.06.002

45. Zahrani, N. A. A., El-Shishtawy, R. M., Asiri, A. M. (2020). Recent developments of gallic acid derivatives and their hybrids in medicinal chemistry: A review. European Journal of Medicinal Chemistry, 204, Article 112609. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2020.112609

46. Kahkeshani, N., Farzaei, F., Fotouhi, M., Alavi, S. S., Bahramsoltani, R., Naseri, R. et al. (2019). Pharmacological effects of gallic acid in health and diseases: A mechanistic review. Iranian Journal of Basic Medical Sciences, 22(3), Article 225. https://doi.org/10.22038/ijbms.2019.32806.7897

47. Habanova, M., Saraiva, J. A., Holovicova, M., Moreira, S. A., Fidalgo, L. G., Haban, M. et al. (2019). Effect of berries/apple mixed juice consumption on the positive modulation of human lipid profile. Journal of Functional Foods, 60, 103417. https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.103417

48. Yousefian, M., Shakour, N., Hosseinzadeh, H., Hayes, A. W., Hadizadeh, F., Karimi, G. (2019). The natural phenolic compounds as modulators of NADPH oxidases in hypertension. Phytomedicine, 55, 200–213. https://doi.org/10.1016/j.phymed.2018.08.002

49. Boccellino, M., D’Angelo, S. (2020). Anti-obesity effects of polyphenol intake: Current status and future possibilities. International Journal of Molecular Sciences, 21(16), Article 5642. https://doi.org/10.3390/ijms21165642

50. Nani, A., Murtaza, B., Khan, A. S., Khan, N. A., Hichami, A. (2021). Antioxidant and anti-inflammatory potential of polyphenols contained in Mediterranean diet in obesity: Molecular mechanisms. Molecules, 26(4), Article 985. https://doi.org/10.3390/molecules26040985

51. Singh, M., Thrimawithana, T., Shukla, R., Adhikari, B. (2020). Managing obesity through natural polyphenols: A review. Future Foods, 1–2, Article 100002. https://doi.org/10.1016/j.fufo.2020.100002

52. Ohishi, T., Fukutomi, R., Shoji, Y., Goto, S., Isemura, M. (2021). The beneficial effects of principal polyphenols from green tea, coffee, wine, and curry on obesity. Molecules, 26(2), Article 453. https://doi.org/10.3390/molecules26020453

53. Xu, G., Ye, X., Chen, J., Liu, D. (2007). Effect of heat treatment on the phenolic compounds and antioxidant capacity of citrus peel extract. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55(2), 330–335. https://doi.org/10.1021/jf062517

54. Kumar, D., Ladaniya, M. S., Gurjar, M., Kumar, S. (2022). Impact of drying methods on natural antioxidants, phenols and flavanones of immature dropped Citrus sinensis L. Osbeck fruits. Scientific Reports, 12, Article 6684. https://doi.org/10.1038/s41598-022-10661-7

55. Юдина, Р. С., Гордеева, Е. И., Шоева, О. Ю., Тихонова, М. А., Хлесткина, Е. К. (2021). Антоцианы как компоненты функционального питания. Вавиловский журнал генетики и селекции, 25(2), 178–189. https://doi.org/10.18699/VJ21.022

56. Катасонов, А. Б. (2022). Антоцианы для профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний. Журнал неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова, 122(4), 16–22. https://doi.org/10.17116/jnevro202212204116

57. Kalt, W., Cassidy, A., Howard, L. R., Krikorian, R., Stull, A. J., Tremblay, F. et al. (2020). Recent research on the health benefits of blueberries and their anthocyanins. Advances in Nutrition, 11(2), 224–236. https://doi.org/10.1093/advances/nmz065

58. Alam, M. A., Islam, P., Subhan, N., Rahman, M. M., Khan, F., Burrows, G. E. et al. (2021). Potential health benefits of anthocyanins in oxidative stress related disorders. Phytochemistry Reviews, 20(4), 705–749. https://doi.org/10.1007/s11101021-09757-1

59. Karaaslan, M., Yilmaz, F. M., Cesur, O., Vardin, H., Ikinci, A., Dalgiç, A. C. (2014). Drying kinetics and thermal degradation of phenolic compounds and anthocyanins in pomegranate arils dried under vacuum conditions. International Journal of Food Science and Technology, 49(2), 595–605. https://doi.org/10.1111/ijfs.12342

60. Ермолаев, В. А. (2020). Подбор температурного режима сублимационного обезвоживания спирулины. Вестник Международной академии холода, 1, 84–88. https://doi.org/10.17586/1606-4313-2020-19-1-84-88

61. Темирова И. Ж., Оспанкулова Г. Х. (2023). Исследование влияния сублимационной сушки на органолептические показатели и содержание витамина С в ягодах малины. Вестник Алматинского технологического университета, 1(3), 57–62. https://doi.org/10.48184/2304-568X-2023-3-57-62