Современное состояние и перспективы развития способов переработки ягод черники: обзор предметного поля

Введение. В ходе технологических процессов переработки ягод черники (Vaccinium myrtillus) в различной степени снижается количество природных биологически активных веществ (БАВ), в частности полифенольных комплексов и проантоцианидинов.

Цель. Проанализировать существующие технологии переработки черники для выявления перспектив комплексных технологий переработки черники, в том числе и с применением биотехнологических приемов, позволяющих получать различные продукты функциональной направленности. Материалы и методы. Анализировали литературные источники, содержащие актуальную информацию о способах переработки ягод черники (Vaccinium myrtillus L.), опубликованные в период с 2010 по 2022 год. Использовали следующие поисковые системы и электронные библиотеки: Scopus, Web of Science, Google Scholar, Medline, E-library.

Результаты. Выявлено, что наиболее перспективными способами, с точки зрения сохранности комплекса биоактивных веществ черники и интенсивности протекания технологических процессов, являются сублимационная и ИК-сушка, замораживание. Данные способы позволяют получить продукты (концентрированный сок, порошок черники) с минимальными потерями сырья и с максимальным сохранением витаминно-минеральных и антоциановых комплексов черники. Показано, что особый интерес представляют комплексные технологии, технологии глубокой переработки, базирующиеся на использовании комбинации физических и физико-химических процессов, и биотехнологии с применением высокоспецифичных ферментных препаратов, в том числе, комплексного действия.

Выводы. Анализ публикаций отечественных и зарубежных исследователей, посвящённых комплексной и глубокой переработке ягод черники, позволил выявить проблемное поле исследований — недостаточная степень изученности и систематизации влияния
технологических параметров на сохранность биологически активных комплексов черники. Особое значение для организации инновационных и технологичных перерабатывающих производств имеют комплексные технологии и технологии глубокой переработки, позволяющие повысить эффективность технологических процессов и получать широкий спектр пищевых ингредиентов и биологически активных веществ из вторичных продуктов.

1. Aaby K., Grimmer S., & Holtung L. (2013). Extraction of phenolic compounds from bilberry (Vaccinium myrtillus L.) press residue: Effects on phenolic composition and cell proliferation. Food Science and Technology, 54, 257–264. https://dx.doi.org/ 10.1016/j.lwt.2013.05.031

2. Aliman, J., Michalak I., Busatlic E., Aliman L., Kulina M., Radovic M., & Hasanbegovic J. (2020). Study of the physicochemical properties of highbush blueberry and wild bilberry fruit in central Bosnia. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 44 (2), 156-168. https://dx.doi.org/ 10.3906/tar-1902-36

3. Ancillotti C., Ciofi L., & Pucci D., et al. (2016). Polyphenolic profiles and antioxidant and antiradical activity of Italian berries from Vaccinium myrtillus L. and Vaccinium uliginosum L. subsp. gaultherioides (Bigelow). S.B. Young. Food Chemistry, 204, 176–184. https://dx.doi.org/ 10.1016/j.foodchem.2016.02.106

4. Arevström L., Bergh C., Landberg R., H. & Wu at all. (2019). Freeze-dried bilberry (Vaccinium myrtillus) dietary supplement improves walking distance and lipids after myocardial infarction: an open label randomized clinical trial. Nutrition Research, 62, 13-22. https://doi.org/10.1016/j.nutres.2018.11.008

5. Aura A.M., Holopainen-Mantila U., Sibakov J., Kössö T., Mokkila M., & Kaisa P. (2015). Bilberry and bilberry press cake as sources of dietary fibre. Food & Nutrition Research, 11(59), 28367. https://doi.org/10.3402/fnr.v59.28367

6. Babova, O., Capuzzo А., & Maffei А. M. (2016). Extraction of Bilberry (Vaccinium myrtillus) Antioxidants using Supercritical/Subcritical CO2 and Ethanol as co-solvent. Journal of Supercritical Fluids The, 107, 358-363. https://doi.org/10.1016/j.supflu.2015.09.029

7. Bilbao-Sainz, C., Thai, S., Sinrod A. J. G., Chiou B. S., & McHugh T. (2019). Functionality of freeze-dried berry powder on frozen dairy desserts. Journal of Food Processing and Preservation, 43(9), e14076. https://dx.doi.org/ 10.1111/jfpp.14076

8. Burdulis, D. (2007). Study of diversity of anthocyanin composition in bilberry (Vaccinium myrtillus L.) fruits / Deividas Burdulis et al. Medicina (Kaunas), 43(12), 971–977.

9. Colak N., Primetta A.K., & Riihinen K.R., et al. (2017). Phenolic compounds and antioxidant capacity in different-colored and non-pigmented berries of bilberry (Vaccinium myrtillus L.). Food Bioscience, 20, 67–78.

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

11. Costa J.R., Tonon R.V., Cabral L., Gottschalk L., Pastrana L., & Pintado M.E. (2020). Valorization of agricultural lignocellulosic plant byproducts through enzymatic and enzyme-assisted extraction of high-value-added compounds: A Review. ACS Sustain. Chemical Engineering Journal, 8, 13112–13125. https://dx.doi.org/ 10.1021/acssuschemeng.0c02087

12. Diez-Sanchez, E., Quiles, A., & Hernando, I. (2021). Use of Berry Pomace to Design Functional Foods. Food Reviews International. https://dx.doi.org/10.1080/87559129.2021.2010217

13. Eliasson L, Oliveira G, Ehrnell M, Höglund E, & Alminger M. (2019). Tailoring bilberry powder functionality through preprocessing and drying. Food Science & Nutrition, 19;7(4),1379-1386. https://dx.doi.org/ 10.1002/fsn3.972

14. Grimm A., Nyström J., Mossing T., Östman U., & Geladi P. (2020). Novel drying treatment to stabilize bilberry, blackcurrant, and cloudberry press cakes: Dryer performance and product quality characteristics. Food Science and Technology, 128, 109478. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109478

15. Höglund, E. Eliasson, L., Oliveira, G., Almli, V. L, Sozer, N, & Alminger, M. (2018). Effect of drying and extrusion processing on physical and nutritional characteristics of bilberry press cake extrudates. LWT – Food Science and Technology, 92, 422–428. 10.1016/j.lwt.2018.02.042

16. Joana Gil-Chávez G., Villa J.A., Fernando Ayala-Zavala J., Basilio Heredia J., Sepulveda D., Yahia E.M., & González-Aguilar G.A. (2013). Technologies for extraction and production of bioactive compounds to be used as nutraceuticals and food ingredients: An overview. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 12, 5–23. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12005

17. Karam M.C., Petit J., Zimmer D., Baudelaire Djantou E., & Scher J. (2016). Effects of drying and grinding in production of fruit and vegetable powders. A review. Journal of Food Engineering, 188, 32–49.

18. Koponen, J. B., Poutane J., & Törrönen К. R. (2008). Effect of pectinolytic juice production on the extractability and fate of bilberry and black currant anthocyanins. European Food Research and Technology, 227, 485-494. https://dx.doi.org/ 10.1007/s00217-007-0745-2

19. Lizárraga-Velázquez C.E., Leyva-López N., Hernández C., Gutiérrez-Grijalva E.P., Salazar-Leyva J.A., Osuna-Ruíz I., Martínez-Montaño E., Arrizon J., Guerrero A., &Benitez-Hernández A., et al. (2020). Antioxidant molecules from plant waste: Extraction techniques and biological properties. Processes, 8, 1566. https://doi.org/10.3390/pr8121566

20. Müller, D., Schantz, M. & Richling, E. (2012), High Performance Liquid Chromatography Analysis of Anthocyanins in Bilberries (Vaccinium myrtillus L.), Blueberries (Vaccinium corymbosum L.), and Corresponding Juices. Journal of Food Science, 77, C340-C345. https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2011.02605.x

21. Munzenmayer, P.; Ulloa, J.; Pinto, M.; Ramirez, C.; Valencia, P.; Simpson, R.; & Almonacid, S. (2020). Freeze-Drying of Blueberries: Effects of Carbon Dioxide (CO2) Laser Perforation as Skin Pretreatment to Improve Mass Transfer, Primary Drying Time, and Quality. Foods 2020, 9, 211. https://doi.org/10.3390/foods9020211

22. Olas, B. (2017). The multifunctionality of berries toward blood platelets and the role of berry phenolics in cardiovascular disorders. Platelets, 28(6), 540-549. https://dx.doi.org/10.1080/09537104.2016.1235689

23. Oliveira G, Eliasson L, Ehrnell M, Höglund E, Andlid T, & Alminger M. (2019). Tailoring bilberry powder functionality through processing: Effects of drying and fractionation on the stability of total polyphenols and anthocyanins. Food Science Nutrition, 7;7(3), 1017-1026. https://dx.doi.org/10.1002/fsn3.930

24. Pataro, G., Bobinaitė, R., & Bobinas, Č. et al. (2017). Improving the Extraction of Juice and Anthocyanins from Blueberry Fruits and Their By-products by Application of Pulsed Electric Fields. Food Bioprocess Technology, 10, 1595–1605. https://doi.org/10.1007/s11947-017-1928-x

25. 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

26. Poiana, Mariana-Atena & Alexa, Ersilia & Mateescu, Constantin. (2012). Tracking antioxidant properties and color changes in low-sugar bilberry jam as effect of processing, storage and pectin concentration. Chemistry Central journal, 6(4). https://doi.org/10.1186/1752-153X-6-4

27. Prencipe F.P. (2014). Metabolite profiling of polyphenols in Vaccinium berries and determination of their chemopreventive properties. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 89. 257–267. https://dx.doi.org/10.1016/j.jpba.2013.11.016

28. Primetta A.K., Jaakola L., Ayaz F.A., Inceer H., & Riihinen K.R. (2013). Anthocyanin fingerprinting for authenticity studies of bilberry (Vaccinium myrtillus L.). Food Control, 30, 662–667

29. Puri M., Sharma D., & Barrow C.J. (2012). Enzyme-assisted extraction of bioactives from plants. Trends Biotechnol, 30, 37–44. https://dx.doi.org 10.1016/j.tibtech.2011.06.014

30. Ravi H.K., Breil C., Vian M.A., Chemat F., & Venskutonis P.R. (2018). Biorefining of bilberry (Vaccinium myrtillus L.) pomace using microwave hydrodiffusion and gravity, ultrasound-assisted, and bead-milling extraction. ACS Sustain. Chemical Engineering Journal, 6, 4185–4193. https://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b04592

31. Sagar N.A., Pareek S., Sharma S., Yahia E.M., & Lobo M.G. (2018). Fruit and Vegetable Waste: Bioactive Compounds, Their Extraction, and Possible Utilization. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 17, 512–531. https://dx.doi.org/10.1111/1541-4337.12330

32. Stanoeva J.P., Stefova M., Andonovska K.B., Vankova A., & Stafilov T. (2017). Phenolics and mineral content in bilberry and bog bilberry from Macedonia. International Journal of Food Properties, 20, S863–S883. https://dx.doi.org/10.1080/10942912.2017.1315592

33. Vaneková Z & Rollinger J.M. (2022). Bilberries: Curative and Miraculous – A Review on Bioactive Constituents and Clinical Research. Front. Pharmacol, 13:909914. https://dx.doi: 10.3389/fphar.2022.909914

34. Zorenc, Z., Veberic, R. & Mikulic-Petkovsek, M. (2018), Are Processed Bilberry Products a Good Source of Phenolics?. Journal of Food Science, 83, 1856-1861. https://doi.org/10.1111/1750-3841.14209

35. Акулич, А. В., & Гостинщикова Л. А. (2013). Исследование кинетики процесса сушки ягодного сырья при различных способах энергоподвода. Пищевая наука и технология, 2(23), 112–115.

36. Алексеенко Е.В. (2013). Инновационные технологии переработки ягодного сырья: научные и прикладные аспекты. Автореферат на соискание учёной степени доктора технических наук. Москва.

37. Алексеенко, Е.В., Бакуменко О. Е., Азарова М. М., Исабаев И. Б., & Курбанов М. Т. (2019). Влияние предварительной обработки ягод клюквы на экстракцию антоциановых пигментов, выход сока и его антиоксидантную активность. Хранение и переработка сельхозсырья, (4), 10–27. https://dx.doi.org/ 10.36107/spfp.2019.200

38. Белова, Е. А., Тритэк В С., & Шульгау З. Т. (2020). Изучение фенольных соединений ягод трех видов растений рода Vaccinium, произрастающих в Ханты-Мансийском автономном округе. Химия растительного сырья, (1), 107–116. https://dx.doi.org/ 10.14258/jcprm.2020014534

39. Бессараб, А. С., Дашковский Ю. А., & Пахомова Е. Ю. (2013). Инновационные материалосберегающие, малоэнергоемкие процессы производства гомогенизированных продуктов и полуфабрикатов. Пищевая промышленность: наука и технологии, 3(21), 69–77.

40. Борисова, Т.В., Зологина В.Г., & Левин Б. Д. (2008). Основные свойства пищевого сырья, полуфабрикатов продуктов. Красноярск: Красноярский государственный аграрный университет.

41. Бутенко, Л. И., & Подгорная Ж. В. (2016). Исследования антоцианового комплекса ягод, прошедших криообработку. Успехи современного естествознания. 11(1), 14–17.

42. 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), 19–26. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2017-7-3-19-26

43. Васияров, Г.Г., Дробь А.А., Титова Е. В., & Староверов С.М. (2019). Кластерный анализ антоцианов черники методом ВЭЖХ. Сорбционные и хроматографические процессы, 16(4). извлечено от https://journals.vsu.ru/sorpchrom/article/view/1374

44. Васюкова, А. Т., & Народов А. (2008). Современные направления использования дикорастущих растений для пищевых целей. Фундаментальные и прикладные исследования кооперативного сектора экономики, (2), 136–138.

45. Воробьева, И. В. (2015). Современные данные о роли антоцианозидов и флавоноидов в лечении заболеваний глаз. Вестник офтальмологии, (5), 104–108. https://doi.org/10.17116/oftalma20151315104-108

46. Гольдина, И. А., Сафронова И. В., & Гайдуль К. В. (2015). Полифенольные соединения черники: особенности биологической активности и терапевтических свойств. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, (10), 221–228.

47. Громова, И. А., Воронина М. С., & Макарова Н. В. (2021). Исследование химических характеристик продуктов и отходов переработки ягод черники и чёрной смородины. Химия растительного сырья, (1), 251–257. https://doi.org/10.14258/jcprm.2021017020

48. Гусейнова, Б. М. Влияние быстрого замораживания и последующего холодного хранения на пищевую ценность плодов дикоросов. (2017). Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, (3). 127–137.

49. Даудова, Т. Н., Исригова Т. А., Даудова Т. А., & Омарова М. М. (2021). Интенсификация экстракции антоциановых красителей ультразвуковой обработкой дикорастущих плодов. Проблемы развития АПК региона, 1(45), 160–163.

50. Дубкова Н. З., & Тухбиева Э. Х. (2010). Технология получения порошка из ягод черники. Техника и технология пищевых производств, (2), 65–69.

51. Иванова, О. В. (2018). Черника и ее антоцианы. В сборнике: Научные исследования и разработки 2018. XXXIV Международная научно-практическая конференция, 15–16.

52. Иващенко, М.В. (2015). Факторы, влияющие на ферментолиз пектинсодержащего растительного сырья. В сборнике: Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. Материалы конференции, 305–308.

53. Каржавина, Е.Р., Беспамятных С.А., & Каржавин И.А. (2015). Современные способы получения сока из дикорастущего ягодного сырья Уральского региона. В сборнике: Инновационные технологии в сфере питания, сервиса и торговли. Сборник статей III Международной научно-практической конференции, 65–70.

54. Конюхова, О.М., & Меркушева Н.Н. (2021). Изучение состава биологически активных веществ в дикорастущих ягодах рода Vaccinium в зависимости от условий хранения. Вестник ПГТУ, 3(51), 100–108. https://doi.org/0.25686/2306-2827.2021.3.100

55. Коренева, И.В. (2013). Исследование химического состава и безопасности продуктов переработки черники и использование ее в кондитерской промышленности. Молодежь и наука: сборник материалов IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385-летию со дня основания г. Красноярска. Извлечено из http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2013/section077.html.

56. Кузьмина, Н. А., Болотова К. С., Новожилов Е. В., Фалев Д. И., Емельянова М. В., & Канарская З.А. (2017). Влияние ферментации и лиофильного высушивания на сохранность витаминов и каротина в ягодных соках. Вестник Технологического университета, 20(6), 154–156.

57. Куркин, В. А., Рязанова Т. К., & Петрухина И. К. (2011). Черника обыкновенная: современные подходы к стандартизации сырья и созданию лекарственных препаратов. Самара: ООО «Офорт».

58. Лозовская, Т. С., & Осипова Л.А. (2011). Биологически активные вещества плодово-ягодного сырья, перспективного для производства напитков и вин. Виноградарство и виноделие, 41(2), 112–114.

59. Магомедов, Г.О., Саввин П. Н., Плотникова И. В., & Бакулина О. В. (2016). Применение натурального черничного красителя в производстве сливочного крема. Вестник ВГУИТ, (1), 116–121. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2016-1-116-121

60. Макарова, Н. В., & Еремеева Н. Б. (2020). Сравнительное изучение ультразвуковых воздействий на экстракцию антиоксидантных соединений ягод черники (Vaccinium Myrtillus L.). Химия растительного сырья, (1), 167–177. https://doi.org/10.14258/jcprm.2020014425.

61. Макарова, Н. В., Стрюкова А. Д., & Чигирёва А. В. (2012). Влияние замораживания на антиоксидантную активность ягод. Пищевая промышленность, (6), 44–46.

62. Машанов, А.И., & Зобнина Л.С. (2013). Технологические схемы и процессы переработки животного и растительного сырья: учебное пособие. Красноярск: Красноярский государственный аграрный университет.

63. Микаберидзе М.Ш., Чакветадзе Ш.М., & Пруидзе М.Р. (2017). Интенсификация процессов сушки ягод в поле ИК лучей. Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 8(20). 5–14.

64. Нилова, Л. П., Икрамов Р. А., & Малютенкова С. М. (2019). Влияние СВЧ-нагрева на оптические характеристики ягодных экстрактов. Вестник ВГУИТ, 81(1), 218–224. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2019-1-218-224

65. Нуриахметова И. А. (2019). Инновационная технология получения порошка черники, богатого антоцианами . Пищевые технологии и биотехнологии, 1, 181–185.

66. Остриков А.Н., & Демьянов В.Д. (2014). Российская Федерация № 2509275. Федеральный институт промышленной собственности. Москва.

67. Петров, А. Н., Шишкина Н С., & Карастоянова О. В. (2014). Применение высокоэффективных технологий быстрого замораживания растительной продукции для реализации и создания резерва продовольствия. Инновационные технологии производства и хранения материальных ценностей для государственных нужд, 2(2), 186–193.

68. Рензяева, Т. В. Тубольцева А. С., Понкратова Е. К., Луговая А. В., & Казанцева А. В. (2014). Функционально-технологические свойства порошкообразного сырья и пищевых добавок в производстве кондитерских изделий. Техника и технология пищевых производств, (4), 43–49.

69. Сайфулина З.Р. (2003). Товароведно-технологическая характеристика дикорастущих черники и калины и продуктов их комплексной переработки. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Новосибирск. Типография Сибирского университета потребительской кооперации.

70. Семенов, Г. В., Краснова И. С., & Петков И. И. (2017). Выбор режимных параметров вакуумной сублимационной сушки сухих термолабильных материалов с заданным уровнем качества. Вестник Международной академии холода, (1), 18–24. – https://dx.doi.org/ 10.21047/1606-4313-2017-16-1-18-24

71. Сергунова, Е.В. (2013). Способ консервации и содержание биологически активных веществ в плодах и отварах черники. Фармация, (6). 21–23.

72. Типсина, Н. Н., & Яковчик Н. Ю. (2013). Исследование черники. Вестник КрасГАУ, (11), 283–285.

73. Типсина, Н. Н., Мучкина Е.Я, Струпан Е.А., & Коршунова Т. В. (2010). Исследование пищевой ценности порошка черники обыкновенной. Вестник КрасГАУ, (5), 158–162.

74. Тихонова Е.В., & Шленская Н.М. (2021). Обзор предметного поля как метод синтеза научных данных. Хранение и переработка сельхозсырья, (3), 11-25. https://doi.org/10.36107/spfp.2021.257

75. Федоткин, И М., Гулый И. С., & Шаповалюк Н. И. (1998). Использование кавитации в промышленности. Киев: «Арктур-А».

76. Фрум, А., Жеоржеску Ч., Быркэ А. Г., Глигор Ф. Г., & Тицэ О. (2016). Исследование качественного и количественного состава фенольных соединений черники (Vaccinium Myrtillus L.) как сырья для пищевой и фармацевтической промышленности. Научный результат. Технологии бизнеса и сервиса, 2(4), 53–59. https://doi.org/10.18413/2408-9346-2016-2-4-53-59

77. Хасанов, А. Р., & Баракова Н. В. (2021). Исследование влияния дозы внесения ферментных препаратов на выход полифенольных веществ и антоцианов в плодово-ягодных и овощных соках. Вестник ВГУИТ, 83(2), 61-64. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-2-61-66

78. Худоногова Е. Г. Худоногов И. А. & Худоногов А. М. (2012). Влияние инфракрасно-конвективно-вакуумного способа сушки на содержание биологически активных веществ в лекарственном растительном сырье. Вестник КрасГАУ, (5), 343–346.

79. Четвериков, Е. А., Моисеев А. П., & Лягина Л. А. (2016). Совершенствование способов возбуждения электромагнитного поля СВЧ-диапазона в установках сушки сельскохозяйственной продукции стационарного типа. Аграрный научный журнал, (6), 70–72.

80. Школьникова, М. Н., & Аверьянова Е. В. (2021). Выжимки ягодного сырья как источник антоциановых красителей. XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс, 10(1), 117–121.

81.