Инновационные напитки из листвы амаранта



В статье рассмотрены вопросы, посвященные перспективе использования листвы амаранта в производстве инновационных напитков, в том числе специализированного назначения. Подробно рассмотрены вопросы получения экстрактов из листвы амаранта, способах их концентрирования и выделения из них пектиновых веществ. Приведены результаты промышленной апробации экстрактов из листвы амаранта в производстве безалкогольных напитков и пива. Указаны преимущества выпуска инновационных напитков из листвы амаранта по сравнению со стандартной продукцией.

Ключевые слова: напитки, пиво, листва амаранта, экстракт, пектин.

The article discusses issues related to the prospect of using amaranth foliage in the production of innovative beverages, including specialized ones. The issues of obtaining extracts from amaranth foliage, methods of their concentration and isolation of pectin substances from them are considered in detail. The results of industrial testing of extracts from amaranth foliage in the production of soft drinks and beer are presented. The advantages of producing innovative drinks from amaranth foliage in comparison with standard products are indicated.

Keywords : drinks, beer, amaranth foliage, extract, pectin.

Специалисты НИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности в своей работе [1] утверждают, что «...тенденции развития отечественного потребительского рынка свидетельствуют о расширении ассортимента безалкогольных напитков с использованием в их составе натуральных компонентов, в том числе из растительного сырья». Сформулировано определение безалкогольного напитка как «оптимальной формы пищевого продукта, содержащего комплекс природных нутриентов, употребляемой для профилактики и оздоровления организма человека». В связи с этим, интерес специалистов вызывает исследование возможности получения поликомпонентных концентратов и безалкогольных напитков на их основе.

Так, в процессе получения поликомпонентных концентратов и безалкогольных напитков «Дебют Амаранта-1» и «Дебют Амаранта-2» использовали растительную смесь, основная составляющая которой ‒ индукционное растение амарант овощного сорта «Валентина» Amaranthus tricolor в виде фиточая «Амарантил» (гранулированные листья амаранта). Базовая технология получения подобных экстрактов из растительных смесей основана на биокатализе, для чего используется экстрагент, включающий цито-пекто-протеолитический или цито-пекто-амилолитический ферментные комплексы, а также пищевые добавки, активирующие деятельность собственных ферментов сырья, стабилизирующих процесс гидролиза и улучшающие вкусовые свойства экстракта и поликомпонентных концентратов на его основе.

Получаемый экстракт обогащается продуктами гидролиза некрахмальных полисахаридов, легкоусвояемыми веществами углеводной и белковой природы. Продукты гидролиза, образуемые в процессе биокатализа, способствуют формированию функциональных и технологических свойств, положительно влияют на создание комплекса нутриентов, формирующих органолептические свойства с проявлением мягкого сбалансированного вкуса.

Результаты научно-экспериментальных работ по определению критериев процесса биоконверсии позволили оптимизировать размеры частиц растительного, в том числе плодового сырья, в измельченной массе. Размер частиц в растительной смеси должен находиться в пределе 3–5 мм. Продолжительность процесса биокатализа с периодическим системным перемешиванием гидролизуемой смеси в замкнутом пространстве составляет 12 ч при температуре 46–48 ºС. По окончании процесса гидролиза отделяют гидролизат, и инактивируют в нем ферменты путем кратковременного температурного воздействия при 80–85 ºС. Гидролизат резко охлаждают до 20–25 ºС, спиртуют до 9–12 об. % спирта.

В процессе естественной ассимиляции спиртованного гидролизата (экстрагента) в течение 5–7 суток формируется его вкусовая гармония, и происходит седиментация твердой фазы, попадающей в гидролизат от шрота. Отфильтрованный экстракт применяют в качестве основного компонента в поликомпонентном концентрате для разрабатываемых напитков «Дебют Амаранта-1» и «Дебют Амаранта-2». Для сгущения готовят смесь из определенных соотношений экстракта и углеводной или углеводсодержащей добавки для достижения в ней оптимальной массовой доли сухих веществ: от 9 до 13 г/100 см ³ , что способствует получению готового поликомпонентного концентрата с содержанием не менее 20 % экстрактивных веществ от общей массовой доли сухих веществ в нем. На опыте сгущение смеси проводили в глубоком вакууме при температуре 45–50 ºС, при этом в готовом поликомпонентном концентрате массовая доля сухих веществ составила 68 %. В технологии получения поликомпонентного концентрата для напитков «Дебют Амаранта-1» и «Дебют Амаранта-2» в качестве углеводных добавок использовали сахар-песок и мальтозную патоку. Полученный таким образом поликомпонентный концентрат обладал умеренно выраженным вкусо-ароматическим восприятием, свойственным используемым составляющим растительной смеси.

Содержание экстрактивных веществ растительного сырья, вносимых с рецептурными составляющими в безалкогольные напитки, представлено в табл. 1. В составе сухих веществ поликомпонентного концентрата для напитков «Дебют Амаранта-1» и «Дебют Амаранта-2» содержание экстрактивных веществ ягод, вегетативной части кустарника черной смородины, сухого гранулированного листа фиточай «Амарантил» составило 22,8–22,9 г, в том числе 15,32–15,40 г экстрактивных веществ листа амаранта; 6,5 г экстрактивных веществ ягод черной смородины; 1,0 г экстрактивных веществ вегетативной части кустарника черной смородины. То есть, составленные безалкогольные напитки практически идентичны по составу.

Таблица 1

Содержание экстрактивных веществ растительного сырья, вносимых с рецептурными составляющими в безалкогольные напитки

Рецептурные составляющие	Экстрактивные вещества растительного сырья, г/100 3 безалкогольного напитка
	«Дебют Амаранта-1»	«Дебют Амаранта-2»
Поликомпонентный концентрат на основе экстракта листа амаранта сорта «Валентина»	0,570	0,573
Экстрактивные вещества листа амаранта сорта «Валентина»	0,380	0,385
Экстрактивные вещества ягод черной смородины	0,160	0,163
Экстрактивные вещества из вегетативной части кустарника черной смородины	0,030	0,025
Поликомпонентный концентрат на основе каркаде	0,090	0,090
Поликомпонентный концентрат на основе стевии	–	0,022
Итого	0,660	0,685

Безалкогольные напитки «Дебют Амаранта» имеют оригинальный полный мягкий плодовый вкус, органично сочетаемый с легким плодовым букетом, цветовую гамму от темно-рубинового до красно-коричневого оттенков. Потребительские свойства данной продукции подтверждены апробацией в медицинском учреждении при коррекции дисбиотических и иммунологических нарушений у пациентов [1].

Специалисты-практики пивоваренной отрасли [2] отмечают, что «...современной тенденцией пивоваренного производства также является расширение ассортимента путем выпуска специальных сортов пива, полученных с применением растительных экстрактов, придающих новые вкусовые оттенки напиткам, которые обогащают их биологически активными веществами, оказывающими положительное воздействие на физиологические функции организма с целью уменьшения на него отрицательного влияния этанола».

В качестве перспективного сырья для пивоварения позиционируется листва амаранта Amaranthus paniculatus L. , собранная в фазу цветения и использованная для приготовления водного экстракта методом настаивания при гидромодуле 1: 20 в пересчете на сухую массу образца.

В производственных условиях измельченные сушенные листья амаранта в количестве 0,1 % от объема сбраживаемого сусла заливали горячим суслом с температурой 90–95 ºС и настаивали в течение 30 мин. Затем настой, освобожденный от листьев, вносили в вирпул за 10 мин до начала перекачки сусла на брожение. Сбраживание охмеленного сусла с экстрактом листьев амаранта производили дрожжами Saccharomyces cerevisiae W 34/70.

Производственные испытания по выпуску опытной партии пивного напитка ‒ пиво «Амарантное» (нефильтрованное, неосветленное, светлое) показало, что экстракт из листвы амаранта благотворно влияет на активность пивоваренных дрожжей, а в осадочных дрожжах опытного образца упитанность дрожжевых клеток на 10 % выше, чем в контроле. Результаты изучения физико-химических показателей пивного напитка ‒ пиво «Амарантное» в сравнении с контролем ‒ пивом светлым «Ямское» (ГОСТ 31711–2012) представлены в табл. 2, органолептических показателей ‒ в табл. 3.

Таблица 2

Физико-химические показатели пивного напитка с экстрактом из листвы амаранта

Показатель	Нормируемые показатели для пива светлого	Пиво светлое «Ямское»	Пиво светлое «Амарантное»
Начальная экстрактивность сусла, %	12,0	11,9	12,1
Объемная доля спирта, %	Не менее 4,5	4,83	4,66
Кислотность, к. ед.	Не более 3,2	1,45	1,45
Цветность, ц. ед.	0,2–2,5	0,8	0,8
Массовая доля двуокиси углерода, %	Не менее 0,4	0,58	0,60
Высота пены, мм	Не менее 40	40	45
Пеностойкость, мин	Не менее 3	3 мин 40 с	4 мин 20 с
Энергетическая ценность, ккал в 100 г пива	46	46	46

Физико-химические показатели контроля и опытного образца пивных напитков идентичны и соответствуют требованиям стандарта. Пивной напиток с экстрактом из листвы амаранта по сравнению с пивом «Ямское» имел большую высоту пены и более высокую пеностойкость. Пиво «Амарантное» отличалось более гармоничным вкусом с мягкой хмелевой горечью, чистым свежим запахом, в нем появился слегка ощутимый запах лайма, гармонично сочетающийся с солодовым вкусом.

Таблица 3

Органолептические показатели пивного напитка с экстрактом из листвы амаранта

Показатели	Пиво светлое «Ямское»	Пиво светлое «Амарантное»
Прозрачность	Прозрачное, со слабым блеском, без взвешенных частиц (3 балла)	Прозрачное, с опалесценцией, без взвешенных частиц (3 балла)
Аромат	Приятный, но слабо выраженный (3 балла)	Аромат пива, чистый, свежий, хорошо выраженный, ощущается легкий тон лайма (4 балла)
Вкус	Вкус отличный, гармоничный, соответствующий данному типу пива (5 баллов)	Вкус отличный, гармоничный, соответствующий данному типу пива (5 баллов)
Хмелевая горечь	Хмелевая горечь не очень сглаженная, грубоватая (4 балла)	Хмелевая горечь мягкая, сглаженная, соответствующая данному сорту пива (5 баллов)
Цвет	Светло-желтый, соответствует данному сорту пива (3 балла)	Золотистый, светло-желтый (4 балла)

В полученном пивном напитке установлено содержание рутина до 2,4 мг %, отсюда, исходя из рекомендуемой суточной нормы потребления рутина для взрослого человека (30 мг %), следует, что употребление 200 мл пивного напитка — пиво «Амарантное» позволит обеспечить организм человека на 16 % рутина от его суточной потребности, что позволяет отнести разработанный напиток к специализированным сортам пива.

С другой стороны, большое внимание исследователей уделяется разработке более сложных в инновационном отношении физико-химических способов извлечения биологически ценных веществ из листвы амаранта.

Например, из растения Amaranthus cruentus путем проведения кислотного и ферментативного анализа получены образцы пектина, обладающие различными физико-химическими характеристиками (табл. 4). Так, пектин, полученный с использованием щавелевой кислоты, представляет собой полигалактуроновую кислоту, в котором основное звено является α-аномером, а выявленное методом ЯМР ¹³ С присутствие в нативном пектине небольшого числа этерифицированных карбоксильных групп СООMe (10–20 %) приводит к появлению соответствующих минорных сигналов 173,67 (СООMe), 107,73 (С ¹ ), 82,33 (С ⁴ ), 55,74 м.д. (ОСН ₃ ).

Таблица 4

Физико-химические характеристики пектина из листвы амаранта

Характеристики	Используемый агент
	HCL	0,25 % (COOH) 2	(CH 2 -COOH) 2	MeCH(OH)-COOH	композиция ферментов
Влажность, %	5,50	5,80	7,00	8,90	8,80
рН 1 %-ного раствора	2,70	4,70	5,76	5,90	4,80
Вязкость 1 %-ного раствора, мПа*с	1,20	1,34	1,68	1,67	3,20
Степень этерификации, %	45	75	72	75	70–75
Количество этерифицированных карбоксильных групп, %	6,08	3,05	2,70	4,40	10,00
Содержание свободных карбоксильных групп, %	6,20	4,50	5,40	4,40	16,20
Уронидная составляющая, %	45,00	76,70	50,00	67,80	90,00
Молекулярная масса, тыс. у.е.	13–15	90–110	110	90	130–170

Очевидно, что при извлечении пектина из листвы амаранта с помощью неорганической (соляной) кислоты степень его этерификации и молекулярная масса значительно ниже, чем при использовании других экстрагентов, что позволило отнести данный образец к группе низкометаксилированных пектинов, отличающихся пониженной желирующей способностью. И, напротив, применение органических (щавелевой, молочной) кислот, их солей или композиции ферментов позволяет получить высокоэтерифицированные пектины с большой молекулярной массой, по своим желирующим свойствам приближающиеся к традиционному яблочному пектину.

Пектин амаранта, выделенный молочной кислотой, содержит участки линейного α-(1→4)-полигалактуронана и разветвленные области. Данные ЯМР-спектроскопии опытного образца указывают на значительное содержание нейтральных сахаров как в α-, так и в β-формах, а специфической способностью пектина амаранта является способность образовывать комплекс с молочной кислотой. Более детальное изучение структуры модифицированных пектинов из листвы амаранта методами ИК-спектроскопии и ЯМР ¹³ С позволило выявить, что спектр пектината калия содержит более узкие линии по сравнению со спектром нативного пектина, число которых возрастает, как полагают, благодаря реализации различных типов водородной связи аниона СОО ^– с протонами гидроксигрупп. Спектр метоксилированного пектина существенно усложняется и в упрощенном виде представляет собой суперпозицию спектров высокометоксилированного и неэтерифицированного пектинов. Анализ спектра ЯМР ¹³ С метоксилированного пектина (α ≈ 50 %) согласуется со структурой α-(1→4)-связанного-D-полигалактуронана [3].

Приведем примеры аппаратурного оформления способов выделения пектина из листвы амаранта. Предложена технология, осуществляемая в экстракторе непрерывного действия с противоточным движением фаз гетерогенной системы. Вначале производится замачивание сухой фитомассы в 0,25 %-ном водном растворе щавелевой кислоты в течение 120 мин, затем экстракция тем же реагентом в течение 180 мин при температуре 50 °С и гидромодуле 1: (10–16). После обработки твердая масса (жом) отжимается и расходуется на производство кормового белка, а целевой продукт — экстракт пектина очищается от механических примесей на тканевом фильтре. Пектиновый экстракт концентрируют до 5–8 % посредством ультрафильтрации через половолоконные мембранные фильтры. Выход пектина составляет 26–33 % от массы сухого образца, его молекулярная масса приближается к 25 кДа, количество карбоксильных групп ‒ до 10–13 %, уронидная составляющая ‒ до 70–75 %, зольность ‒ не более 0,08 %. Указанный способ экстракции пектина из листвы амаранта обеспечивает снижение температуры реакционной смеси, что предотвращает протекание избыточно глубокого гидролиза пектиновых веществ и переход в готовый продукт загрязнителей [4].

Для интенсификации технологического процесса производства пектина из листвы амаранта рекомендуется использовать метод гидроакустической обработки сырья в роторно-пульсационном аппарате, в котором при оптимальных условиях одновременно должны протекать процессы измельчения сырья, гидролиза протопектиновой фракции и экстракции пектиновых веществ. Роль гидролизующего агента и экстрагента выполняет вода, которая, активируясь, приобретает каталитические свойства. Принципиально суперкавитирующий гидродинамический аппарат [5] работает следующим образом. Обрабатываемая смесь гидролизующего реагента и пектинсодержащего сырья поступает через входной патрубок в корпус. Вращающийся вместе с валом ротор прокачивает жидкотекучую среду через ступени ротор-статор. Протекая в каналы ротора и статора, жидкотекучая среда подвергается в зазорах между ротором и статором кавитационным резонансным механоакустическим воздействиям, возникающими между ними. В результате происходит дезинтеграция пектиносодержащего сырья с одновременной высокоэффективной экстракцией пектина в водную фазу.

Процесс обработки фитомассы амаранта в роторно-пульсационном аппарате «S-эмульгатор» комплексным гидролизующим агентом (вода, 0,25 %-ный водный раствор щавелевой кислоты и водный раствор ферментов целлюлозного комплекса) проводят в течение 30–240 секунд в зазоре между статором и вращающимся ротором при значениях градиентов скоростей (1,8–4,6)×10 ⁶ м/с*м и гидромодуле 1: (10–15). Получаемый экстракт отделяют отжимом, фильтрованием или центрифугированием, после чего подвергают ультрафильтрации на мембранной установке с половолоконным ультрафильтрационным модулем. Пектины амаранта, полученные таким способом, имеют степень этерификации до 70–75 % и молекулярную массу в пределах от 30 до 100 кДа.

Для замены непищевого экстрагента и проведения процесса экстракции в кислой среде, повышающей выход пектина, предложено использовать молочную сыворотку, содержащую значительное количество молочной кислоты с титруемой кислотностью 82–122 ºТ, активной кислотностью рН 4,0–5,0 и массовой долей белка не более 1,3 %. Предложенный способ позволяет повысить выход конечного продукта за счет обработки сырья в аппарате при скорости вращения ротора 4500–5000 мин ^-1 в течение 60 секунд, температуре 38–40 ºС и гидромодуле 1: (10–12). Полученные таким образом пектиновые вещества представляют собой кислые полисахариды с высокой степенью этерификации (55–75 %) и молекулярной массой от 50 до 100 кДа [6].

Для предотвращения окисления молочных напитков рекомендуется использовать полифенольные комплексы (до 10 % объема от объема кисломолочного продукта), выделяемые из листвы амаранта, которые проявляют свойства антиоксидантов за счет способности связывать ионы тяжелых металлов в устойчивые соединения, лишая последних активного каталитического действия [7]. Считается, что использование полифенольных комплексов листвы амаранта в сочетании с аскорбиновой кислотой приводит к снижению интенсивности накопления молочной кислоты, что необходимо для регуляции процесса сквашивания [8]. При этом наличие пектиновых веществ в экстракте из листвы амаранта до 1,62 %, служащих стабилизаторами, способствует улучшению консистенции кисломолочного продукта и формированию в нем синеретических свойств сгустка, усиливая его влияние на гидрофильность [9].

В технологии алкогольных напитков пектиновый гидролизат из листвы амаранта предложено использовать в производстве пива в качестве стабилизатора. Введение гидролизата в образцы пива типа «Жигулевское» (нефильтрованное), «Нижнекамское темное» с содержанием спирта 4,8 % об., плотностью 15 %, «Красный Восток» крепкое светлое с содержанием спирта 8,6 % об., плотностью 16 % практически не изменяет кислотность, снижая кинетическую вязкость с 2,7 мм ² /см ² до 1,9 мм ² /см ² и увеличивая плотность с 1,010 кг/м ³ до 1,15 кг/м ² , а также удлиняет срок хранения продукции. Ввод пектинового гидролизата в пиво приводит к снижению поверхностного натяжения пузырьков углекислого газа, в результате чего стабильность и высота пены повышаются, и она получается компактной как при обильном, так и при медленном выделении пузырьков газа.

В ходе хранения нефильтрованного пива, обработанного гидролизатом из листвы амаранта, отмечается выпадение белоксодержащих осадков, улучшение показателей его вкуса и прозрачности, появление мягкого вкуса и удаление горечи. Бактерицидные свойства пектинового экстракта позволяют значительно снизить температуру и продолжительность пастеризации пива с целью предотвращения его потемнения, изменения запаха и появления специфического хлебного привкуса. К примеру, при стабилизации пива «Красный Восток» после хранения в течение одного месяца пектиновый гидролизат снижает содержание кислорода на 25 % по сравнению с контролем, повышая его биологическую стойкость к окислению [10].

Таким образом, приходим к выводу о необходимости проведения исследований в области разработки инновационных напитков из листвы амаранта с учетом детального изучения химического состава сырья, условий проведения экстракции биологически активных веществ, способов обогащения ими безалкогольных и алкогольных напитков.

Литература:

1. Амарант сорта «Валентина» — перспективный сырьевой ресурс для напитков здоровья / Г. Л. Филонова, О. А. Соболева, Т. А. Головина, П. Ф. Кононков, В. К. Гинс, М. С. Гинс // Пиво и напитки, 2015. — № 4. — С. 10–14.
2. Соколенко Г. Г., Шилова Е. С. Разработка технологии пивного напитка с использованием листьев амаранта // Пиво и напитки. 2015. — № 4. — С. 62–65.
3. Структурно-химические исследования пектиновых веществ растения Amaranthus cruentus и их производные / О. В. Цепаева, Н. А. Соснина, В. Ф. Миронов, С. Т. Минзанова и др. // Химия и технология растительных веществ: материалы II Всероссийской конференции, Казань, 24–27.06.2002 г. — С. 107–108.
4. Патент 2119497 РФ МПК ⁶ С08В37/06 Способ получения пектина / А. И. Коновалов, Е. Н. Офицеров, Н. А. Соснина, В. Ф. Миронов и др.; Институт органической и физической химии им. А. Е. Арбузова Казанского научного центра РАН, научно-производственное предприятие «ЭТТА». Заяв. № 971104626/13. Опубл. 27.09.1998.
5. Промтов М. А. Машины и аппараты с импульсными энергетическими воздействиями на обрабатываемые вещества: учебное пособие. — М.: «Издательство машстроение-1», 2004. — 93 с.
6. Экстрагирование пектиновых веществ амаранта в суперкавитирующем аппарате роторно-пульсационного типа / Н. А. Соснина, В. Ф. Миронов, А. И. Коновалов, С. Т. Минзанова // Хранение и переработка сельхозсырья, 1999. — № 6. — С. 32–35.
7. Щербакова С. А. Полифенолы амаранта в качестве натуральных антиоксидантов для кисломолочных продуктов // Молочная промышленность, 2002. — № 8. — С. 43–44.
8. Зобкова З. С., Щербакова С. А. Синергизм полифенольного комплекса амаранта с аскорбиновой кислотой // Молочная промышленность, 2003. — № 2. — С. 49–51.
9. О реологических характеристиках кисломолочного продукта с экстрактом листьев растения амарант / З. С. Зобкова, В. Д. Харитонов, С. А. Щербакова, С. В. Карпычев // Хранение и переработки сельхозсырья, 2003. — № 8. — С. 101–104.
10. Шмалько Н. А., Росляков Ю. Ф. Амарант в пищевой промышленности. — Краснодар: Просвещение-Юг, 2011. — 489 с.