CC BY
93
УДК 664:663.911.1 (571.51)
Перспективы комплексного использования
регионального нетрадиционного растительного сырья при производстве пищевых продуктов
В основах государственной политики РФ в области здорового питания населения на период до 2020 г. и Доктрине продовольственной безопасности справедливо подчеркнуто, что основные задачи по обеспечению населения экономически доступными и безопасными продуктами здорового питания в достаточном количестве и ассортименте должны решаться на региональном уровне с учетом специфики конкретного субъекта Федерации. Решение обозначенной задачи в современных условиях импор-тозамещения возможно путем поиска и вовлечения в производство региональных растительных ресурсов. Данное направление можно считать перспективным для развития малого предпринимательства Красноярского края в части увеличения объема заготовки и переработки местного сырья, в том числе нетрадиционного. Раз-
работка технологий новых пищевых продуктов на его основе с заданным составом биологически активных веществ (БАВ) и улучшенными потребительскими свойствами - актуальное направление, имеющее научную и практическую значимость.
Красноярский край имеет огромные запасы дикорастущих и культивируемых растительных ресурсов, что позволяет ему стать одним из крупнейших поставщиков и одновременно переработчиков. Заготовкой и переработкой дикорастущего и культивируемого растительного сырья на территории Красноярского края занимается Красноярский краевой союз потребительских обществ, который включает 67 кооперативных организаций, в том числе 33 потребительских общества. Кроме того, в этом процессе участвуют малые предприятия, осуществляющие сбор,
Г. А. Губаненко, канд. техн. наук, доцент Сибирский федеральный университет Л. А. Маюрникова, д-р техн. наук, профессор Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Л. П. Рубчевская, д-р хим. наук, профессор Сибирский государственный технологический университет
переработку и реализацию готовой продукции из хвойных растений. Объем заготовки дикорастущего и культивируемого сырья организациями Потребсоюза Красноярского края увеличился за последние 9 лет на 200 т и составил в 2012 г. более 900 т. Динамика заготовки данными организациями всех видов растительного сырья, за исключением лекарственно-технических растений, имеет положительную тенденцию роста (рис. 1).
Объем сбора дикорастущих ягод на территории Красноярского края увеличился за последние 9 лет в 5,6 раза. Количество заготавливаемого папоротника возросло на 144 т за период с 2004 по 2012 г., грибов - на 38 т за указанный период, ореха - на 8 т. Динамика заготовки лекарственно-технического сырья имеет противоположную динамику: с 2004 по 2012 г. объем уменьшился в два раза. В структуре общего объема заготовки сырья на территории края организациями крайпотреб-союза (рис. 2) папоротник составляет более 70%, в четыре раза меньше собирают грибов, незначительные доли занимают ягоды (4%), орех и лекарственно-технические сырье (2-3%). Однако сбор дикорастущих лекарственно-технических растений
Продукты комплексной переработки дикорастущего и культивируемого растительного сырья
Дополнительные
Шроты ■ Жмыхи
Экстракты
Эфирные масла
Порошки
Функциональные ингредиенты и биополимеры
Производство инновационных продуктов питания с заданным составом и потребительскими свойствами
Специализирован- Обогащен- Функциональ- Профилактиче- Диетичес-
ные ные ные ские кие
Рис. 3. Общая схема комплексного использования растительного сырья
и грибов можно было бы увеличить без ущерба для состояния популяций ресурсных видов в 10-30 раз. Для этого необходимо на основе новых технологий заготовки и переработки сырья создать сеть мобильных комплексных заготовительно-перерабатывающих пунктов.
В настоящее время на территории Красноярского края деятельность, связанную с переработкой дикорастущего сырья, осуществляют девять крупнейших предприятий краевого союза потребительских обществ. Их совокупная производственная мощность составляет более 500т продукции в год. Ассортиментная специализация: папоротник соленый, грибы сушеные, грибы замороженные и маринованные, ягоды замороженные. Наибольшую долю среди продуктов переработки дикоро-сов имеет папоротник соленый -325 т в 2012 г., это 50 % всего заготовляемого объема. Грибы соленые и маринованные занимают более 55 % собранного урожая, грибы замороженные - более 19%, грибы сушеные - менее 1%. Дикорастущие и культивируемые ягоды в полном объеме замораживаются.
К сожалению, в сфере переработки отечественного растительного сырья до настоящего времени не удалось преодолеть тенденцию к увеличению в общем объеме реализации, в том числе экспорта продукции с высокой степенью переработки. По сути, экспорт носит сырьевой характер - в отличие от импорта. Так, средняя цена 1 т продукции по экспорту составляет
4,8 тыс. долл. США, а по импорту -18 тыс. долл. США [1].
По оценкам экспертов, рентабельность заготовки и реализации непе-реработанных дикоросов составляет 30-40%, в то время как рентабельность продуктов глубокой переработки с последующей реализацией на потребительском рынке достигает 200% [2]. Если учесть, что переработка растительного сырья увеличивает его стоимость в зависимости от ее глубины в 5-30 раз, стратегически верно в региональных программах предусматривать полный технологический цикл - от заготовки до выпуска продукции с высокой добавленной стоимостью. Это даст возможность добиться обоюдных преимуществ и производителям продукции, и покупателям региона, которые стремятся приобрести продукцию именно местного производства.
Рассматривая дальнейшие перспективы использования региональных дикорастущих ресурсов края, следует учесть опыт Томской области, когда локальное предприятие может стать весомым игроком на рынке при условии заготовки и переработки как минимум 1500-2000 т продукции в сезон. В Красноярском крае самым крупным переработчиком производится не более 500 т в год продукции из дикоросов. Малые объемы сбора и переработки при имеющихся колоссальных ресурсах можно объяснить следующими причинами: не сформирована система сбора на огромной территории края, хранения и транспортировки сырья; отсутствует заинтересованность перера-
ботчиков во внедрении имеющихся научных разработок по комплексной переработке растений. Для решения указанных проблем в условиях инновационного развития региона следует сделать акцент на создание малых предприятий, осуществляющих весь технологический процесс - от заготовки сырья до выпуска продукции высокой степени переработки. Учитывая изменения мотивации потребителей и ориентиры на потребление полезных и безопасных продуктов, необходимо как комплексное использование имеющихся растительных ресурсов для получения пищевых продуктов со статусом «натуральные», так и расширение номенклатуры и выпуск пищевых ингредиентов для обогащения продукции ценными компонентами. Авторами предлагается общая схема комплексной переработки растительного сырья (рис. 3).
В рамках предложенной схемы проведены исследования по формированию потребительских свойств новых видов продуктов питания, полученных при переработке нетрадиционных видов растительного сырья Красноярского края. Среди широкого перечня дикорастущего сырья в качестве перспективных выбраны лекарственно-технические растения: полынь Сиверса (Artemisia sieversiana Willd.) и тимьян ползучий (Thymus serpyllum L.). Изучаемые растения имеют достаточно высокий ресурсный потенциал на территории края и содержат биологически активные вещества: вкусоароматические, полифенольные, витамины, хамазу-лены, горечи и др. [3].
Обоснованием для использования в работе термина «нетрадиционные» для выбранных растений является их изучение в качестве нетрадиционного сырья для применения в производстве пищевых продуктов. К нетрадиционным источникам биологически активных веществ относят сырье, разрешенное в установленном порядке для пищевого использования, не относящееся к традиционным видам ресурсов, полученное в результате химического синтеза, биотехнологических методов, дикорастущие и культивируемые растения, новые виды и др. В данном случае это местные дикорастущие растения, т. е. растения Красноярского края.
Полынь Сиверса является аналогом полыни горькой. В пищевой промышленности применяют полынь эстрагоннную для безалкогольного напитка «Тархун» и полынь горькую для вин вермут, шартрез, абсент, ликероводочной продукции. Запасы полыни горькой в Сибири незначи-
тельны, так как ее ареалом считается европейская часть России. Этот недостаток может быть устранен за счет полыни Сиверса, которая в настоящий период не используется в пищевых технологиях.
Тимьян ползучий относится к числу официальных растений в медицине, применяется в фармацевтической промышленности, а также как пряно-ароматическое сырье для пищевых целей. Тимьян ползучий рассматривается как нетрадиционное сырье для пищевых производств, во-первых, с точки зрения комплексной переработки, во-вторых, по способу использования растения, т. е. не в виде классического применения воздушно-сухого пряно-ароматического сырья для пищевых технологий, а как продукт переработки растения - углекислотного, водно-спиртового экстрактов, шрота. Данный подход значительно повышает эффективность использования биомассы тимьяна ползучего и расширяет спектр его применения для производства пищевых продуктов.
Изучение показателей качества и состава продуктов переработки нетрадиционных растений проводили с помощью общепринятых методов исследования.
Известно, что на формирование пищевой ценности и потребительских свойств продуктов переработки растений влияют вид и качество исходного сырья, условия и режимы технологического процесса производства. При реализации первого этапа работы выявляли технологические параметры (степень измельчения сырья, продолжительность и температура экстракции, жидкостный модуль, вид экстрагента) и уровни их варьирования, влияющие на выход продуктов переработки: углекис-лотных и водно-спиртовых экстрактов полыни Сиверса.
На втором этапе исследований установлены оптимальные режимы технологии переработки сырья с помощью формализованной модели технологического процесса: продолжительность процесса - 4 ч, крупность сырья - 3 мм, жидкостный модуль - 6, срок заготовки сырья -июль (для получения максимального выхода углекислотного экстракта полыни Сиверса, витамина Е, хама-зулена, вкусоароматических соединений).
В результате исследований и расчетов выявлены оптимальные технологические параметры водно-спиртовой экстракции послеэкстрак-ционного остатка полыни Сиверса: продолжительность процесса - 2,5 ч, концентрация этилового спирта -
44%, жидкостный модуль - 1:10, температура процесса экстракции -60 °С для максимального выхода водно-спиртового экстракта после-экстракционного остатка полыни Сиверса, хлорофиллов а и в, горечи, водорастворимых соединений.
Третья задача состояла в выборе способа получения пищевого шрота из послеэкстракционных остатков полыни Сиверса и тимьяна ползучего путем высушивания, измельчения до размера частиц не более 0,1 мм, просеивания и упаковки.
Решение поставленных задач позволило разработать комплексную технологию переработки нетрадиционных видов растительного сырья (на примере полыни Сиверса), представляющую собой последовательную экстракцию сырья сжиженной углекислотой на первой ступени, на второй - экстракцию по-слеэкстракционного остатка водно-спиртовым раствором, на третьей ступени - получение пищевого шрота (рис. 4).
Разработанная технологическая схема переработки растений обеспечивает ассортимент и высокое качество получаемых продуктов с точки зрения максимального извлечения БАВ на каждой ступени экстракции, что обусловливает высокий коэффициент использования сырья.
В установленных оптимальных технологических параметрах получены продукты переработки нетрадиционных растений: углекислотные
и водно-спиртовые экстракты, шрот из послеэкстракционных остатков, дана их товароведная оценка с целью дальнейшего применения для производства пищевых продуктов. В табл. 1 представлены органолептические и физико-химические показатели углекислотных экстрактов.
Установлен невысокий выход экстрактивных веществ (1,41%) тимьяна, извлекаемых сжиженной углекислотой, по сравнению с экстрактом полыни, что можно объяснить более плотной структурой, строением растительной ткани и расположением эфиромасличных желез. Выявлено, что показатель эфирного числа СО2-экстракта тимьяна ползучего в два раза ниже, чем у экстракта полыни Сиверса, что характеризует значительное содержание сложных эфиров. Йодное число определяет присутствие непредельных жирных кислот и ценность продукта переработки растений. Значение этого показателя у экстракта полыни Сиверса на 19,77 мг/г меньше, чем у тимьяна ползучего. Карбонильное число характеризует наличие душистых веществ. Содержание витамина Е углекислотного экстракта тимьяна выше на 8,4%, чем у полынного; СО2-полынь Сиверса отличается большим содержанием хлорофиллов -7,6%, а в экстракте тимьяна его лишь 0,2%. Углекислотный экстракт тимьяна характеризуется значительным количеством в-каротина - в 4,8 раза больше, чем в полыни.
Рис. 4. Схема комплексной переработки нетрадиционных видов растительного сырья
Таблица 1
Органолептические и физико-химические показатели углекислотных экстрактов
Показатель Экстракт из тимьяна ползучего Экстракт из полыни Сиверса
Внешний вид Маслянистая масса Маслянистая масса
Консистенция Пастообразная Пастообразная
Цвет Коричневый с оранжевым оттенком Коричневого цвета с темно-зеленым оттенком
Аромат Специфический, характерный для исходного сырья Ярко выраженный, характерный для исходного сырья
Вкус Травянистый Травянистый с горечью
Экстрактивные вещества, % от а. с. с. 1,41+0,26 2,94+0,24
Плотность, г/ см3 при 20 °С 0,980+0,006 1,027+0,012
Показатель преломления 1,361+0,012 1,380+0,016
Кислотное число, мг КОН/г экстракта 26,52+3,61 19,50+1,42
Эфирное число, мг КОН/г экстракта 58,85+8,08 118,20+3,45
Йодное число, мг/г экстракта 92,53+12,31 72,76+2,32
Карбонильное число, мг КОН/г экстракта 63,31 + 5,68 82,00+2,86
Летучие вещества, нерастворимые в воде, % к экстракту 14,89+2,72 13,50+1,23
Свободные жирные кислоты, % к экстракту 14,25+1,14 15,90+0,86
Хамазулены, мг/ 100 г - 110,08+3,21
Хлорофилл а и в, мг/ 100 г 0,21+0,02 7,62+0,16
в-каротин, мг / 100 г 8,63+1,08 1,80+0,08
Витамин Е, мг/100 г 89,96+6,94 81,64+1,89
Таблица 2
Органолептические и физико-химические показатели водно-спиртовых экстрактов
Показатель Экстракт из тимьяна ползучего Экстракт из полыни Сиверса
Консистенция Жидкость Жидкость
Цвет От коричневого до темно-коричневого Ярко-насыщенного цвета от зеленого до темно-зеленого
Запах Специфический, с камфарным оттенком, характерный для исходного сырья Специфический, характерный для исходного сырья
Вкус Травянистый, приятный Травянистый, горький
Плотность, г/ см при 20 °С; 0,942+0,001 0,844+0,004 -
Показатель преломления 1,402+0,004 1,372+0,006
Кислотное число, мг КОН/г экстракта 6,78+0,08 4,36+0,98
Эфирное число, мг КОН/г экстракта 26,74+1,38 23,21+1,04
Йодное число, мг/г экстракта 8,04+0,09 5,10+1,08
Карбонильное число, мг КОН/г экстракта 44,96+2,04 41,99+2,30
Горечь - 4600+12,36
Содержание хлорофилла а и в, мг/ 100 г Следы 0,39+0,03
Таннины, % от а. с. с. 5,62+0,06 -
Флавоноиды, % от а. с. с. 0,62+0,001 -
Таблица 3
Показатели безопасности углекислотных экстрактов
Величина допустимых уровней Результаты испытаний
Показатель ТР ТС 021/2011 СанПин 2.3.2.1078-01 СО2-экстракт полыни Сиверса СО2-экстракт тимьяна ползучего
Свинец, мг / кг 5,0 5,0 0,001 0,002
Кадмий, мг/ кг 1,0 1,0 0,002 0,001
Мышьяк, мг/ кг 3,0 3,0 0,001 0,001
Ртуть, мг/ кг 1,0 1,0 0,0002 0,0002
а-, в-, Т-ГХЦГ, мг /кг 0,1 0,1 0,0001 0,0001
ДДТ, мг / кг 0,1 0,1 0,001 0,001
Стронций-90, Бк / кг - 100 1,45 1,36
Цезий-137, Бк/ кг - 200 1,22 1,87
Вторая ступень комплексной технологии предполагает экстракцию водно-спиртовым раствором по-слеэкстракционных остатков полыни Сиверса и тимьяна ползучего, которая позволяет извлечь более 21% экстрактивных веществ и комплекс БАВ (табл. 2).
Водно-спиртовый экстракт тимьяна характеризуется значительным содержанием таннинов, флавоноидов, пигментов, что дает основание рекомендовать его в качестве антиокси-дантной добавки для пищевых продуктов. Оценивая потребительские свойства экстракта полыни Сиверса, необходимо отметить его индивидуальную особенность - содержание горечи, что ограничивает область широкого применения при создании продуктов питания. Однако его преимущество - в части разработки БАД и продуктов лечебного и профилактического назначения, улучшающих и повышающих аппетит.
Исследования показателей безопасности углекислотных и водно-спиртовых экстрактов полыни Сивер-са и тимьяна ползучего проводили в первом полугодии 2014 г. в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01, п. 1.10.5.1. Результаты представлены в табл. 3-4.
Установлено, что по гигиеническим требованиям безопасности исследуемые экстракты полыни Сиверса и тимьяна ползучего соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 и техническому регламенту Таможенного союза ТР ТС 021/2011 группы 1.9, 10, что говорит о санитарно-гигиеническом благополучии продуктов переработки нетрадиционных дикорастущих растений.
Полученные результаты исследования свидетельствуют: шроты полыни и тимьяна содержат высокое количество пищевых волокон (76-79%), что обусловливает их дальнейшее применение в производстве пищевых продуктов в качестве функционального ингредиента.
Таким образом, исследования по разработке комплексной технологии переработки растительного сырья позволили установить оптимальные технологические параметры, которые дают возможность решить проблемы повышения эффективности экстракции, связанные с необходимостью увеличения глубины извлечения биологически активных веществ и максимального использования всей биомассы растения. Количественный и качественный состав БАВ исследуемых нетрадиционных видов сырья позволяет формировать высокие потребительские свойства продуктов на его основе на этапе проекти-
рования. Внедрение предлагаемой технологии открывает перспективы по увеличению заготовки возобновляемых органов лекарственно-технических растений на территории края, по комплексному их использованию и получению продуктов высокой добавленной стоимости. Это откроет путь к созданию новых малых предприятий, соответственно дополнительных рабочих мест и на-лотовых поступлений в бюджет края. Применение полученных экстрактов и шрота из нетрадиционных растений в производстве пищевых продуктов приведет к их обогащению натуральными биологически активными веществами и сделает более конкурентоспособными, даст возможность расширить ассортимент продукции региональных предприятий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванова, В. Н. Глобальные вызовы и возможности России в решении проблем импортозамещения/В. Н. Иванова, С. Н. Серегин, В. С. Гринько // Пищевая
Таблица 4
Показатели безопасности водно-спиртовых экстрактов
Величина допустимых уровней Результаты испытаний
Показатель ТР ТС 021/2011 СанПин 2.3.2.1078-01 экстракта из полыни Сиверса экстракта из тимьяна ползучего
Свинец, мг / кг 5,0 5,0 0,03 0,03
Кадмий, мг/ кг 1,0 1,0 0,007 0,004
Мышьяк, мг/ кг 3,0 3,0 0,008 0,006
Ртуть, мг/ кг 1,0 1,0 0,006 0,006
а-, в-, у-ГХЦГ, мг /кг 0,1 0,1 0,003 0,004
ДДТ, мг /кг 0,1 0,1 0,004 0,004
Стронций-90, Бк / кг - 100 4,05 5,65
Цезий-137, Бк/ кг - 200 3,80 6,11
промышленность. - 2014. - № 7. -С. 24-28.
2. Красильников, В. Н. Возобновляемые растительные ресурсы России как стратегический фактор в международных экономических отношениях и в обеспечении национальной и глобальной продовольственной безопасности/ В. Н. Красильников // Стратегические направления развития внешнеторговых отношений макрорегионов России по улучшению инвестиционного климата при сохранении экономической
безопасности в условиях вступления в ВТО: монография/под ред. Н. В. Пан-ковой, Л. Н. Борисоглебской. - СПб., 2011. - С. 329-339.
3. Губаненко, Г.А Комплексная оценка новых видов растительного сырья Красноярского края и целесообразность его использования в производстве функциональных пищевых продуктов: монография/Г. А. Губаненко, Л. А. Маюрни-кова, Л. П. Рубчевская. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2013. - 260 с.
Перспективы комплексного использования регионального нетрадиционного растительного сырья при производстве пищевых продуктов
Ключевые слова
водно-спиртовый экстракт; пищевые продукты; полынь Сиверса; технологические параметры; тимьян ползучий; углекислотный экстракт; шрот
Реферат
В данной работе представлены результаты исследования по оценке состояния заготовки и переработки дикорастущего и культивируемого растительного сырья организациями Красноярского краевого союза потребительских обществ. Динамика заготовки по всем видам растительного сырья имеет положительную тенденцию роста, ее объем увеличился за последние 9 лет на 200 т. Переработке подвергается не более 55% всего собранного сырья. Ассортиментная специализация вырабатываемой продукции узкая, переработчики не имеют возможности осуществлять глубокую переработку сырья и получать продукты с высокой добавленной стоимостью. С целью увеличения объемов сбора регионального лекарственно-технического сырья и вовлечения его в переработку для производства продуктов питания в статье предложена комплексная технология переработки растений (на примере полыни Сиверса). Она представляет собой последовательную экстракцию биомассы сжиженной углекислотой, экстракцию послеэкстракционного остатка водно-спиртовым раствором и получение пищевого шрота. Проведена товароведная оценка качества полученных в оптимальных условиях таких продуктов переработки полыни Сиверса и тимьяна ползучего, как углекислотные и водно-спиртовые экстракты, шрот. Результаты изучения орга-нолептических, физико-химических показателей и химического состава продуктов позволяют рекомендовать их для производства пищевых продуктов и биологически активных добавок.
Авторы
Губаненко Галина Александровна, канд. техн. наук, доцент, Сибирский федеральный университет, 660075, г. Красноярск, ул. Лиды Прушинской, д. 2, [email protected] Маюрникова Лариса Александровна, д-р техн. наук, профессор, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, д. 47, [email protected]
Рубчевская Людмила Петровна, д-р хим. наук, профессор, Сибирский государственный технологический университет, 660049, г. Красноярск, пр. Мира, д. 42.
Prospects for the Integrated Use of Regional Non-Traditional Vegetable Raw Materials in Food Production
Key words
Artemisia sieversiana Willd.; Thymus serpyllum L.; technological parameters; carbon dioxide; water and alcoholic extract; seed meal; food products
Abstracts
This paper presents the results of a study on the evaluation the sphere of harvesting and processing of wild and cultivated plant raw material Krasnoyarsk Territory by organizations of Krasnoyarsk Regional Union of Consumer Societies. The dynamics of harvesting of all types of vegetable raw materials has a positive growth trend, its volume has increased over the past 9 years for 200 tons. Not more than 55% of the collected material is processed. The assortment of produced products is narrow, processors are not able to deeply process the raw materials and produce products with high added value. In order to increase the harvesting of regional drug-industrial raw materials and its involvement in the processing and usage in food production, the article presents the complex technology of processing plants (for example, Artemisia sieversiana Willd.). It is a sequential extraction of biomass liquefied carbon dioxide in the first stage, the second - the extraction of afterextraction water-alcohol solution, at the third stage - getting seed meal. There was held a commodity research on quality obtained under optimum conditions of processing products Artemisia sieversiana Willd., Thymus serpyllum L.: Carbon dioxide and aqueous-alcoholic extracts, seed meal. The results of the study of the organoleptic, physical-chemical parameters and chemical composition of the product allow to recommend them for food and dietary additions.
Authors
Gubanenko Galina Alexandrovna, Candidate of Technical Science, Docent,
Siberian Federal University, 2, Lidy Prushinskoy St., Krasnoyarsk, 660075, [email protected]
Mayurnikova Larisa Alexandrovna, Doctor of Technical Science, Professor,
Kemerovo Technological Institute of Food Industry, 47, Bulvar Stroiteley, Kemerovo, 650056, [email protected] Rubchevskaya Lyudmila Petrovna, Doctor of Chemical Science, Professor,
Siberian State Technological University, 42, Pr. Mira, Krasnoyarsk, 660049.
