Применение в кондитерских кремах экстрактов из свеклы столовой (Beta vulgaris L.), полученных с использованием ультразвуковой обработки

В современном мире наблюдается тенденция к внедрению здоровых привычек питания – потребители предпочитают натуральные ингредиенты, выделенные из растительного сырья. Традиционные технологии, используемые для получения пищевых красителей, обладают рядом недостатков, поэтому разрабатываются новые способы – высокоэффективные, безопасные, ресурсосберегающие. Инновационным подходом выделения пигментов является ультразвуковая экстракция (УЗЭ) в среде электрохимически активированного водного раствора (ЭХАР). Особый интерес представляет использование вторичных сырьевых ресурсов в виде отходов производства, например кожуры корнеплодов. Цель работы состояла в извлечении из свеклы столовой посредством УЗЭ в среде метастабильных фракций ЭХАР натуральных красителей и изучении возможности их внесения в пищевую систему кондитерского крема. Красящие вещества из кожуры свеклы столовой (Beta vulgaris L.) извлекали посредством УЗЭ (мощность 24 Вт, частота ультразвука (УЗ) 1,7 МГц, продолжительность – 60 мин). Для экстракции пигмента использовали растворители: питьевую воду, окисленную (анолит) и восстановленную (католит) фракции ЭХАР; соотношение сырья и растворителя в пропорции 1 : 3 (по массе). Получены водные растворы красящих веществ, извлеченных из кожуры свеклы столовой. Изучено влияние растворителя на физико-химические показатели качества экстракта и органолептические свойства готового крема. Показано, что УЗЭ в окисленной фракции ЭХАР влияет на массовую долю сухих веществ в экстракте, а добавление их в крем для мучных кондитерских изделий в пропорции 1 : 6 (мл/г) обеспечивает желаемые органолептические показатели. Вид растворителя (вода, анолит, католит) влияет на содержание в экстракте растворимых сухих веществ, степень экстракции и качество готового кондитерского крема. Перспективы использования результатов исследования связаны с разработкой технологии экстракции натуральных красителей в щадящих условиях, а также применением растительных экстрактов в эмульсионных пищевых системах с целью повышения их пищевой ценности, привлекательности и замены синтетических красителей.

1. Natural colorants from plant pigments and their encapsulation: an emerging window for the food industry / S. Ghosh [et al.] // LWT – Food Sci. Technol. – 2022. – Vol. 153. – Art. 112527. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2021.112527

2. Betalain plant sources, biosynthesis, extraction, stability enhancement methods, bioactivity, and applications / J. P. Carreón-Hidalgo [et al.] // Food Res. Int. – 2022. – Vol. 151. – Art. 110821. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2021.110821

3. Sources, stability, encapsulation and application of natural pigments in foods / S. Jurić [et al.] // Food Rev. Int. – 2022. – Vol. 38, № 8. – P. 1735–1790. https://doi.org/10.1080/87559129.2020.1837862

4. Ultrasonic-assisted sustainable extraction and dyeing of organic cotton fabric using natural dyes from Dillenia indica leaf / B. U. Banna [et al.] // Heliyon. – 2023. – Vol. 9, № 8. – P. e18702. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18702

5. Ultrasonic extraction of natural dye from Rubia Cordifolia, optimisation using response surface methodology (RSM) & comparison with artificial neural network (ANN) model and its dyeing properties on different substrates / N. Vedaraman [et al.] // Chem. Eng. Process.: Process Intensif. – 2017. – Vol. 114. – P. 46–54. https://doi.org/10.1016/j.cep.2017.01.008

6. Prajapati, R. A. Natural food colorants: extraction and stability study / R. A. Prajapati, G. C. Jadeja // Mater. Today: Proc. – 2022. – Vol. 57, pt. 6. – P. 2381–2395. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.151

7. Das, P. Ultrasound assisted extraction of food colorants: principle, mechanism, extraction technique and applications: a review on recent progress / P. Das, P. Kumar Nayak, R. K. Kesavan // Food Chem. Adv. – 2022. – Vol. 1. – Art. 100144. https://doi.org/10.1016/j.focha.2022.100144

8. Relationship between color and betalain content in different thermally treated beetroot products / V. Prieto-Santiago [et al.] // J. Food Sci. Technol. – 2020. – Vol. 57, № 9. – P. 3305–3313. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04363- z

9. Hussain Akbar, E. Betalains as colorants and pigments / E. Akbar Hussain, Z. Sadiq, M. Zia-Ul-Haq // Betalains: biomolecular aspects / E. Akbar Hussain, Z. Sadiq, M. Zia-Ul-Haq. – Cham, 2018. – P. 125–137. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95624-4_7

10. Extraction of carotenoids from agro-industrial waste / S. A. Mir [et al.] // Extraction of natural products from agroindustrial wastes: a green and sustainable approach / ed.: S. A. Bhawani, A. Khan, F. B. Ahmad. – Amsterdam, 2023. – P. 157–178. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-823349-8.00016-2

11. Stability of natural food colorants derived from onion leaf wastes / P. Prodromidis [et al.] // Food Chem. – 2022. – Vol. 386. – Art. 132750. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132750

12. A comprehensive review of ultrasonic assisted extraction (UAE) for bioactive components: principles, advantages, equipment, and combined technologies / L. Shen [et al.] // Ultrason. Sonochem. – 2023. – Vol. 101. – Art. 106646. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106646

13. Nirmal, N. P. Recent developments in emerging technologies for beetroot pigment extraction and its food applications / N. P. Nirmal, R. Mereddy, S. Maqsood // Food Chem. – 2021. – Vol. 356. – Art. 129611. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129611

14. Панасюк, А. Л. Производство и применение натуральных антоциановых пищевых красителей (обзор) / А. Л. Панасюк, Е. И. Кузьмина, О. С. Егорова // Пищевая пром-сть. – 2021. – № 10. – С. 13–19. https://doi.org/10.52653/PPI.2021.10.10.017

15. Linares, G. Ultrasound-assisted extraction of natural pigments from food processing by-products: a review / G. Linares, M. L. Rojas // Front. Nutr. – 2022. – Vol. 9. – Art. 891462. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.891462

16. Влияние предварительной обработки ягод клюквы на экстракцию антоциановых пигментов, выход сока и его антиоксидантную активность / Е. В. Алексеенко [и др.] // Хранение и перераб. сельхозсырья. – 2019. – № 4. – С. 10–27. https://doi.org/10.36107/spfp.2019.200

17. Антиоксидантная активность новых сортов пряно-ароматических и эфирно-масличных культур / Т. В. Сачивко [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. аграр. навук. – 2023. – Т. 61, № 4. – С. 282–290. https://doi.org/10.29235/1817-7204-2023-61-4-282-290

18. Health-promoting potential of betalains in vivo and their relevance as functional ingredients: a review / P. MartínezRodríguez [et al.] // Trends Food Sci. & Technol. – 2022. – Vol. 122. – P. 66–82. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2022.02.020

19. Beetroot as a functional food with huge health benefits: antioxidant, antitumor, physical function, and chronic metabolomics activity / L. Chen [et al.] // Food Sci. Nutr. – 2021. – Vol. 9, № 11. – P. 6406–6420. https://doi.org/10.1002/fsn3.2577

20. Ghosh, S. Underutilized plant sources: a hidden treasure of natural colors / S. Ghosh, T. Sarkar, R. Chakraborty // Food Biosci. – 2023. – Vol. 52. – Art. 102361. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2023.102361

21. Recent advancements in natural colorants and their application as coloring in food and in intelligent food packaging / N. Echegaray [et al.] // Food Chem. – 2023. – Vol. 404. – Art. 134453. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134453

22. Зависимость урожайности свеклы столовой от различных доз компоста в органическом земледелии / А. М. Захаров [и др.] // Вес. Нац. акад. наук Беларусі. Сер. аграр. навук. – 2024. – Т. 62, № 1. – С. 37–44. https://doi.org/10.29235/1817-7204-2024-62-1-37-44

23. Zin, M. M. Emerging technology approach for extractability and stability of betalains from the peel of beetroot (Beta vulgaris L.) / M. M. Zin, S. Bánvölgyi // Biomass Conv. Bioref. – 2023. – Vol. 13. – P. 10759–10769. https://doi.org/10.1007/s13399-021-01975-z

24. Natural pigments: anthocyanins, carotenoids, chlorophylls, and betalains as colorants in food products / B. G. Nabi [et al.] // Food Biosci. – 2023. – Vol. 52. – Art. 102403. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2023.102403

25. Lianza, M. The greening of anthocyanins: eco-friendly techniques for their recovery from agri-food by-products / M. Lianza, L. Marincich, F. Antognoni // Antioxidants. – 2022. – Vol. 11. – Art. 2169. https://doi.org/10.3390/antiox11112169

26. A review of modern and conventional extraction techniques and their applications for extracting phytochemicals from plants / C. Bitwell [et al.] // Sci. Afr. – 2023. – Vol. 19. – P. e01585. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2023.e01585

27. Application of ultrasound technology for extraction of color pigments from plant sources and their potential biofunctional properties: a review / G. Kumar [et al.] // J. Food Process Eng. – 2023. – Vol. 46, № 6. – P. e14238. https://doi.org/10.1111/jfpe.14238

28. García, S. L. R. Green extraction techniques from fruit and vegetable waste to obtain bioactive compounds: a review / S. L. R. García, V. Raghavan // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. – 2022. – Vol. 62, № 23. – P. 6446–6466. https://doi.org/10.1080/10 408398.2021.1901651

29. Горбунова, Н. В. Перспективы использования ультразвуковой обработки для извлечения антиоксидантов из вторичного растительного сырья / Н. В. Горбунова, А. В. Евтеев, А. В. Банникова // Аграр. конф. – 2017. – № 1. – С. 4–7.

30. Maran, J. P. Multivariate statistical analysis and optimization of ultrasound-assisted extraction of natural pigments from waste red beet stalks / J. P. Maran, B. J. Priya // J. Food Sci. Technol. – 2016. – Vol. 53, № 1. – P. 792–799. https://doi.org/10.1007/s13197-015-1988-8

31. Development of an aqueous ultrasound-assisted extraction process of bioactive compounds from beet leaves: a proposal for reducing losses and increasing biomass utilization / J. Nutter [et al.] // J. Sci. Food Agric. – 2021. – Vol. 101, № 5. – P. 1989–1997. https://doi.org/10.1002/jsfa.10815

32. Application of an ultrasound-assisted extraction method to recover betalains and polyphenols from red beetroot waste / G. S. N. Fernando [et al.] // ACS Sustain. Chem. Eng. – 2021. – Vol. 9, № 26. – P. 8736–8747. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c01203

33. Dynamic nano clusters of water on waters catholyte and anolyte: electrolysis with nano membranes / I. Ignatov [et al.] // Phys. Sci. Int. J. – 2020. – Vol. 24, № 1. – P. 46–54. https://doi.org/10.9734/psij/2020/v24i130173

34. Impact of a redox balance on polysaccharides in an aqueous solution / A. G. Pogorelov [et al.] // Phys. Wave Phenom. – 2022. – Vol. 30, № 3. – P. 209–216. https://doi.org/10.3103/S1541308X22030086

35. Lauberts, M. Antioxidant activity of different extracts from black alder (Alnus glutinosa) bark with greener extraction alternative / M. Lauberts, M. Pals // Plants. – 2021. – Vol. 10, № 11. – Art. 2531. https://doi.org/10.3390/plants10112531

36. Duqueyroix, A. Impact of the anodic and cathodic electro-activation treatment on the physico-chemical and antioxidant capacity of red beetroot juice / A. Duqueyroix, F. A. Aider-Kaci, M. Aider // ACS Omega. – 2022. – Vol. 7, № 46. – P. 42456–42466. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c05671

37. Ultrasound extraction of bioactive compounds from Citrus reticulata peel using electrolyzed water / M. B. Soquetta [et al.] // J. Food Proc. Preserv. – 2019. – Vol. 43, № 12. – P. e14236. https://doi.org/10.1111/jfpp.14236

38. Тимакова, Л. Н. Анализ производства свеклы столовой в России / Л. Н. Тимакова, Т. Н. Сурихина // Картофель и овощи. – 2022. – № 9. – С. 20–23. https://doi.org/10.25630/PAV.2022.94.63.002

39. The effect of an electrochemically activated water solution on plant polysaccharides: phenomenology and spectrometry / A. G. Pogorelov [et al.] // Biophysics. – 2023. – Vol. 68, № 5. – P. 705–711. https://doi.org/10.1134/S0006350923050226

40. Process optimization of ultrasonic assisted extraction of betalains from red beet, Beta vulgaris L. waste stalks / S. Singh [et al.] // Indian J. Exp. Biol. – 2021. – Vol. 59, № 12. – P. 858–866. https://doi.org/10.56042/ijeb.v59i12.57831

41. Impact of ultrasonication applications on color profile of foods / N. Kutlu [et al.] // Ultrason. Sonochem. – 2022. – Vol. 89. – Art. 106109. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106109

42. Tiwari, S. Stability assessment of emulsion of carotenoids extracted from carrot bio-waste in flaxseed oil and its application in food model system / S. Tiwari, N. Upadhyay, A. K. Singh // Food Biosci. – 2022. – Vol. 47. – Art. 101631. https://doi.org/10.1016/j.fbio.2022.101631

43. Study of heat and mass transfer processes during extraction of plant raw materials under the influence of ultrasound / I. Korobiichuk [et al.] // Ultrason. Sonochem. – 2023. – Vol. 98. – Art. 106512. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2023.106512

44. Свойства и применение беталаинового красителя, выделенного из районированного сорта свеклы столовой / Н. Ю. Чеснокова [и др.] // Аграр. наука. – 2023. – № 9. – С. 185–190. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2023-374- 9-185-190