ВведениеВ настоящее время в технологии созданияпищевых продуктов прослеживается стабильнаятенденция к использованию естественного расти-тельного сырья и продуктов его переработки.В качестве основы для разработки нового ингредиентав данной работе предложено использовать рябинуобыкновенную (Sorbus L.), которая широкораспространена по всему Сибирскому региону [1].Несмотря на широкое распространение рябиныв условиях умеренного климатического пояса, онаочень редко используется в продуктах общественногопитания. Это связано с тем, что плоды рябиныобыкновенной обладают горьким вкусом из-заналичия в них дубильных веществ [2].Целью данной работы является использованиетехнологии инкапсуляции для нивелированиягоречи порошка инфракрасной сушки рябиныобыкновенной.Объекты и методы исследованияРябина и продукты ее переработки содержатцелый комплекс биологически активных веществ,представленных биофлавоноидами (239,1 ± 0,3 мг%),антоцианами (105,4 ± 0,4 мг%), витамином С (377,4 ±0,3 мг%), β-каротином (15,0 ± 0,2 мг%) и др. Рябинаобладает высокой антиоксидантной активностью.АОА равна 4,2 ± 0,5 мг кверцетина/г продукта [3].Для сохранения биологической активности расти-тельной добавки необходимо применять такой методконсервирования, как инфракрасная сушка, чтоособенно актуально для Сибирского региона [4].Для нивелирования горького вкуса порошкарябины использовали технологию инкапсуляции –включение одного материала в другой, при которомобразуются микрочастицы (рис. 1) [5].Работу проводили совместно с ИХТТМ СО РАН.Для сравнения конечных результатов использовалидве технологии инкапсуляции: распылительную илиофильную сушки. Чтобы подобрать необходимоесоотношение капсулирующей матрицы и вещества,определяли содержание водорастворимых веществ вэкстракте рябины. Экстракт использовали в качествеисходного раствора для сушки.Рябину обыкновенную подвергали сушкеинфракрасным излучением (SEDONA ExpressAccepted: March 03, 2020*е-mail: liz.martynova@mail.ru© I.V. Matseychik, E.G. Martynova, S.M. Korpacheva, A.I. Shteer, I.O. Lomovsky, 2019Abstract.Introduction. Functional food industry has a stable tendency to use natural plant materials and products. The rowan thrives in Siberianconditions, which makes rowanberries a local raw material of plant origin. The article features the process of encapsulation of bitterplant extracts, which makes it possible to create new functional ingredients.Study objects and methods. The plant extract was obtained from the powder of infrared-dried uncultivated rowanberries harvested inthe city of Novosibirsk and the Altai Territory in September 2018 and October 2019. The research compared two parallel encapsulationtechnologies: spray and freeze drying. The encapsulating matrix vs. IR-dried powder ratio was established experimentally. Konjac andguar gum polysaccharides were used as encapsulating membranes. The content of antioxidants, flavonoids, vitamin C, and β-carotenewas determined in the IR-dried rowanberry extract and encapsulated powder. A set of experiments made it possible to compile a newformulation of a cottage cheese dessert with encapsulated functional additive. The dessert was tested for various quality indicatorsthat affect the physicochemical and rheological properties of the product, i.e. moisture, solids content, sugar content, vitamin C,β-carotene, antioxidant capacity, and biologically active flavonoids.Results and discussion. Encapsulation significantly improved the sensory properties of the final material. The physicochemical qualityassessment showed that a 1:1 dilution of rowan extract with a food polysaccharide did not affect the content of biologically activesubstances (with a tolerance of 8%). The physical and chemical quality assessment confirmed the functionality of the dessert: itcontained > 15% of the daily physiological requirements of vitamin C, β-carotene, antioxidants, and flavonoids.Conclusion. The paper introduces a novel method of rowan powder encapsulation, which was successfully applied to create a newfunctional product. The encapsulation technology made it possible to soften the natural bitterness of the raw material. The newfunctional product demonstrated excellent sensory properties and nutritional value.Keywords. Functional product, infrared drying, encapsulation, spray drying, freeze drying, flavonoids, antioxidant capacity, vitamin C,β-caroteneFor citation: Matseychik IV, Martynova EG, Korpacheva SM, Shteer AI, Lomovsky IO. Encapsulation of Powdered Rowanberries(Sorbus aucuparia) with Plant Polysaccharides. Food Processing: Techniques and Technology. 2020;50(1):52–60. (In Russ.).DOI: https://doi.org/10.21603/2074-9414-2020-1-52-60.Рисунок 1. Инкапсуляция в потоке горячего воздухаFigure 1. Encapsulation in a hot air stream54Matseychik I.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 52–60SD-6780). Сушка производилась при t = 55 °С.Остаточная влажность определялась на анализаторевлажности WPS 50 SX и не превышала 5,7 % [6].Высушенный порошок был тонко измельчен надезинтеграторе DESI-11 (14 000 об/мин). В результатеинтенсивной механической обработки был получентонкодисперсный порошок кирпичного цвета.Средний размер частиц составил 70 мкм. Полученныйпродукт использовали в качестве эталонного образца,в котором определяли химический состав. Результатыанализов представлены в таблице 1.Для дальнейшей работы в эталонном образцепорошка установили содержание водорастворимыхвеществ. Экстракцию функциональных ингредиентовиз сырья проводили водой в ультразвуковой ваннепри соотношении твердое вещество:жидкость = 1:25.Выход экстракции водорастворимых веществсоставил 76 % от массы сухого образца сравнения.Экстракт использовали в качестве исходногораствора для сушки [7].Для инкапсуляции распылительной сушкойв качестве добавки использовали конжаковуюкамедь (конжаковый маннан, Е425) – полисахаридрастительного происхождения, состоящий из β-D-глюкозы (Г) и β-D-маннозы (М) в соотношении 1:1,6.Отличительным свойством данной камеди являетсяеё стабильность при высоких температурах.Для инкапсуляции лиофильной сушкой исполь-зовали полисахарид гуаровую камедь (гуаровуюсмолу, Е412), так как она сохраняет свои свойствапри замораживании продукта и является хорошорастворимым веществом. Она представляет собойполимерное соединение, которое содержит остаткигалактозы.Подготовку двух полисахаридов осуществляли поодной схеме: разведение камеди в воде до загустения.Экстракт рябины смешали с подготовленнымраствором конжаковой камеди в соотношении 1:1.Далее провели распылительную сушку в Buchi B290(температура воздуха на входе составила 130 °C,температура на выходе – 70 °C) (рис. 2) [8]. Послепроцесса распыления образовавшиеся частицы былисферическими. Средний размер частиц составлял10 мкм [9].В результате сушки был получен порошоккремового цвета с нейтральным вкусом. Однакоего выход составил менее 15 % от ожидаемогорезультата. В связи с этим было принято решениеотработать еще один метод инкапсуляции путемлиофильной сушки.Для проведения лиофильной сушки экстрактрябины смешали с раствором гуаровой камеди всоотношениях 1:1 и 2:1.Таблица 1. Химический состав порошка ИК-сушки рябиныTable 1. Chemical composition of powdered IR-dried rowanberries№ Показатели Фактическое значение1 Влажность, % 5,7 ± 0,012 Сырая зола, % 2,8 ± 0,043 Сахар, % 25,4 ± 0,214 Витамин С, мг/г 3,6 ± 0,295 β-каротин, мг/г 0,17 ± 0,106 Флавоноиды, мг/г 2,33 ± 0,027 Железо, мг/кг 102,0 ± 0,188 АОА, мкг кверцетина/гпродукта0,87 ± 0,02Рисунок 2. Принцип действия распылительной сушилкиFigure 2. Operation mode of the spray dryerРисунок 3. Схема работы лиофильной сушилки:1 – сушильная камера (сублиматор), 2 – пустотелая плита,3 – противень, 4 – конденсатор-вымораживательFigure 3. Operational scheme of the freeze dryer: 1 – drying chamber(sublimator), 2 – hollow plate, 3 – metal sheet, 4 – condenser-freezer55Мацейчик И. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 52–60Сушка вымораживанием (лиофильная) осу-ществлялась с использованием Inei-4 при давлениив камере 3 Па и при температуре охладителя –40 °C.Температура образца не превышала –5 °C (рис. 3).Рабочий раствор состоял из водного растворагуаровой камеди и экстракта рябины [10].Влажность продукта (0 %) и давление паров водыв камере (50 Па) символизировали конец сушки.В результате был получен порошок кремовогоцвета с нейтральным вкусом и с выходом, близкимк 100 % от ожидаемого. В дальнейшей работебыл использован порошок после инкапсуляциилиофильной сушкой.При проведении дегустационного анализа разра-ботанных функциональных ингредиентов исполь-зовали дескрипторно-профильный метод, нагляднодемонстрирующий высокие органолептические пока-затели порошка после инкапсуляции (рис. 4) [11].Применение технологии инкапсулирования расти-тельного экстракта рябины позволяет получитьпорошок с отсутствием горечи, резкости и терпкостив отличие от порошка рябины ИК-сушки.Для подтверждения функциональных свойствпорошков был проведен ряд исследований.Активность антиоксидантов измеряли с помощьюжидкостного хроматографа Cvet-Yauza 01-AA(табл. 2) [12, 13].Повышение АОА связано с разрывом клеточныхстенок ягод при их измельчении на дезинтеграторе.При определении данного показателя в порошкеиз рябины обыкновенной извлечено большееколичество веществ, обладающих антиоксидантнымисвойствами.Кроме того, был проведен сравнительный анализсодержания антиоксидантов в рябине в процессеее хранения в течение года. Установлено, чтоантиоксидантная активность снижается при хранениив течение года. Однако в инкапсулированномпорошке потери АО меньше. Это связано с тем, чтовнешняя оболочка инкапсулированного порошка,которая состоит из полисахарида, позволяетсохранить инкапсулированный ингредиент отокисления.Для качественного определения биофлавоноидовбыла выбрана наиболее характерная реакция – схлоридом алюминия (III), а для анализа комплексов –спектрофотометрический метод [14, 15].Особенность методики заключается в том, чтов качестве стандарта используют флавоноид –максимум поглощения комплекса которого наиболеесоответствует максимуму поглощения комплекса схлоридом алюминия исследуемого образца (рис. 5).Полученные данные представлены в таблице 3.Стандартными методами определили содержаниефлавоноидов, витамина С и β-каротина в ИК-по-рошке и инкапсулированном12. Полученные данныепредставлены в таблице 4.Провели электронную микроскопию инкапсу-лированных порошков. В электронном микроскопевместо света для построения изображения исполь-зуют поток электронов в вакууме [16].Объекты исследования в электронноймикроскопии – твёрдые тела. В данной работе1 ГОСТ 24556-89. Продукты переработки плодов и овощей.Методы определения витамина С. – М. : Издательство стандартов,2018. – 10 с.2 ГОСТ Р 54058-2010. Продукты пищевые функциональные. Методопределения каротиноидов. – М. : Стандартинформ, 2011. – 8 с.Рисунок 4. Вкусовая профилограмма порошков рябиныFigure 4. Taste profile chart of powdered rowanberries012345терпкийгорькийнежныйлегкийсладкийкислыйрезкийпослевкусие (+)Порошок ИК-сушки рябиныИнкапсулированный порошок рябины4,04,24,44,64,85,0внешний видцветвкус консистенцияароматПорошок ИК-сушки рябины (2 %)Порошок ИК-сушки рябины (7 %)Контрольный образец4,54,64,74,84,95,0внешний видцветвкус консиситенцияароматИнкапсулированный порошок рябины (9 %)Инкапсулированный порошок рябины (14 %)Контрольный образецТаблица 2. Антиоксидантная активность порошков рябиныTable 2. Antioxidant activity of powdered rowanberriesОбразец АОА, мкг кверцетина/гпродукта2017 год 2018 годРябина исходная 0,56 ± 0,02 0,72 ± 0,01Рябина после измельчения 0,46 ± 0,02 0,87 ± 0,02Инкапсулированный порошок 0,26* ± 0,01 0,64* ± 0,01* с учетом разведения раствора рябины и полисахарида 2:1АОА сохраняется примерно на прежнем уровне (с допуском 8 %).* at a 2:1 dilution ratio of the rowan solution with polysaccharide,the antioxidant activity remains at approximately the same level(with a tolerance of 8%).Рисунок 5. Зависимость оптической плотности раствораот длины волныFigure 5. Effect of the wavelength on the optical density of the solution56Matseychik I.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 52–60были исследованы инкапсулированные порошки(распылительная и лиофильная сушки) (рис. 6, 7).Электронная микроскопия позволяет достичьнаибольшего разрешения из всех доступных методовисследования биологических объектов.С помощью электронного микроскопа вданной работе была исследована микроструктуратвердых тел – инкапсулированных порошков – приувеличениях от 1 мм до 10 мкм. Установлено, чтораспылительная сушка позволяет получить частицысферической формы. В случае лиофильной сушкичастицы имеют форму листа с рваными краями.Результаты и их обсуждениеУчитывая полезные свойства исследуемыхобразцов, на кафедре технологии и организациипищевых производств Новосибирского государствен-ного технического университета (ТОПП НГТУ)была разработана линейка творожных десертовфункционального назначения с использованиемпорошка ИК-сушки рябины (2 %, 7 %) и инкапсу-лированного порошка (9 %, 14 %). Готовые образцыисследовались по органолептическим показателямкачества (рис. 8, 9) [17].Творожный десерт с инкапсулированным по-рошком рябины отличается высокими органолепти-ческими показателями, по сравнению с десертом,в котором использовали порошок ИК-сушкирябины. Проводя органолептический анализ ка-чества только десертов с инкапсулированнымпорошком рябины, установлено, что творожныйТаблица 3. Расчет содержания флавоноидовв экстракте рябиныTable 3. Flavonoid content in the rowanberry extractНаименованиепараметраПорошок ИК-сушки рябиныИнкапсулиро-ванный порошокОптическаяплотность (D)0,21 ± 0,03 0,14 ± 0,02Концентрация (С) 9,00 ± 0,01 5,80 ± 0,01Масса навескирябины, г4,12 ± 0,10 3,11 ± 0,10Массафлавоноидов, мг9,00 ± 0,30 7,25 ± 0,30Содержаниефлавоноидов, мг/г4,24 ± 0,02 2,33* ± 0,02* с учетом разведения (2:1) общее количество флавоноидовсохраняется на прежнем уровне.* at a 2:1 dilution ratio, the total number of flavonoids does not change.Таблица 4. Содержание витамина С и β-каротинав порошках рябиныTable 4. Vitamin C and β-carotene content in powdered rowanberriesНаименование образца Витамин С,мг/гβ-каротин,мг/гПорошок ИК-сушки рябины 3,62 ± 0,1 0,17 ± 0,1Инкапсулируемый порошок 2,51* ± 0,1 0,13* ± 0,1* с учетом разведения (2:1) содержание витамина Си β-каротина также сохраняется на прежнем уровне.* at a 2:1dilution ratio, the content of vitamin C and β-carotene does notchange.Рисунок 6. Электронная микроскопия инкапсулированногопорошка (распылительная сушка)Figure 6. Electron microscopy of the encapsulated powder(spray drying)Рисунок 7. Электронная микроскопия инкапсулированногопорошка (лиофильная сушка)Figure 7. Electron microscopy of the encapsulated powder(freeze drying)Рисунок 8. Органолептическая оценка качества творожныхдесертов с ИК-порошками рябиныFigure 8. Sensory evaluation of cottage cheese desserts with IR-driedpowdered rowanberries012345терпкийгорькийнежныйлегкийсладкийкислыйрезкийпослевкусие (+)Порошок ИК-сушки рябиныИнкапсулированный порошок рябины4,04,24,44,64,85,0внешний видцветвкус консистенцияароматПорошок ИК-сушки рябины (2 %)Порошок ИК-сушки рябины (7 %)Контрольный образец4,54,64,74,84,95,0внешний видцветвкус консиситенцияароматИнкапсулированный порошок рябины (9 %)Инкапсулированный порошок рябины (14 %)Контрольный образец57Мацейчик И. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2020. Т. 50. № 1 С. 52–60десерт с использованием порошка в концентрации9 % получил большее количество баллов. Дляпроведения физико-химической оценки качествеиспользовали десерты с наилучшими органо-лептическими показателями (табл. 5).Горький вкус порошка ИК-сушки рябиныограничивает его добавление в какой-либо пищевойпродукт до 2 % [18]. Данное количество вносимогоингредиента не обеспечивает конечный продуктполезными свойствами. Таким образом, порошокИК-сушки рябины не может использоваться вкачестве ингредиента, повышающего функциона-льность. Этап инкапсуляции позволил ввести впродукт в 7 раз больше полезных компонентови обеспечить необходимое содержание БАВ вконечном продукте. Однако при введении 14 %инкапсулированного 1:1 порошка наблюдаетсяухудшение консистенции, а при введении 9 %инкапсулированного 2:1 порошка оценка дан-ного показателя выше. Полученный образецинкапсулированного творожного десерта содержит всвоем составе антиоксиданты, витамин С, β-каротини биологически активные флавоноиды.ВыводыРазработана технология получения инкапсу-лированных порошков рябины путем извлеченияфункциональных ингредиентов из сырья. Данныйметод впервые применен для порошка инфракраснойсушки рябины обыкновенной. Использованиетехнологии инкапсуляции позволяет нивелироватьвкус готового изделия, маскируя природнуюгоречь добавленного сырья. Получен продукт свысокими органолептическими показателями безснижения пищевой ценности и общего содержаниябиологически активных веществ.Разработанный инкапсулированный порошокможет быть применен как для создания пищевойпродукции (сладких блюд, десертов на основетворога, напитков (соков, чаев и молочнойпродукции), в виде сухой смеси для выпечкипеченья, кексов, бисквитов), так и для реализациив специализированных магазинах в качествефункционального ингредиента.Критерии авторстваДанный проект проводился под руководствомИ. В. Мацейчик, которая вместе с С. М. Корпачевойконтролировала технологическую часть иссле-дования, проводимую на кафедре технологиии организации пищевых производств НГТУ.Идея работы принадлежит И. В. Мацейчик иИ. О. Ломовскому. Последний отвечал за проведениеисследований в химической лаборатории Институтахимии твердого тела и механохимии СО РАН.Проведением химических опытов, отработкойполучения инкапсулированного порошка и приго-товлением на его основе творожного десертазанимались Е. Г. Мартынова и А. И. Штеер.Конфликт интересовАвторы данной статьи заявляют об отсутствииконфликта интересов.ContributionThe project was supervised by I.V. Matseychik, whocontrolled the technological part of the study togetherwith S.M. Korpacheva at the Department of Technologyand Organization of Food Production at Novosibirsk StateTechnical University. The idea of the project belonged toI.V. Matseychik and I.O. Lomovskiy. I.O. Lomovskiywas responsible for conducting research in the chemicallaboratory of the Institute of Solid State Chemistry andРисунок 9. Органолептическая оценка качества творожныхдесертов с инкапсулированными порошками рябиныFigure 9. Sensory evaluation of cottage cheese desserts with IR-driedpowdered rowanberriesТаблица 5. Физико-химическая оценка качестватворожных десертовTable 5. Physical and chemical assessment of the qualityof cottage cheese dessertsПараметр Контроль-ный образецДесерт спорошкомИК-сушки(2 %)Десерт синкапсули-рованнымпорошком(9 %)Сухие вещества,г/100 г69,89 ± 0,04 68,36 ± 0,04 68,32 ± 0,04Кислотность, °Т 54,00 ± 0,50 72,00 ± 0,5 62,00 ± 0,5Массовая долязолы, г/100 г0,04 ± 0,02 0,16 ± 0,02 0,21 ± 0,3Витамин С,мг/100 г0,54 ± 0,02 6,17 ± 0,15 21,86 ± 0,2β-каротин,мг/100 г– 0,32 ± 0,02 1,01 ± 0,05AOА, мг/100 г 0,06 ± 0,01 2,05 ± 0,08 5,30 ± 0,2Флавоноиды,мг/100 г– 4,48 ± 0,12 20,30 ± 0,2вкус консистенцияПорошок ИК-сушки рябины (2 %)Порошок ИК-сушки рябины (7 %)Контрольный образец4,54,64,74,84,95,0внешний видцветвкус консиситенцияароматИнкапсулированный порошок рябины (9 %)Инкапсулированный порошок рябины (14 %)Контрольный образец58Matseychik I.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2020, vol. 50, no. 1, pp. 52–60Mechanochemistry. E.G. Martynova and A.I. Shteerperformed chemical experiments, encapsulated thepowder, and prepared the cottage cheese dessert.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.