Chudetsky A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581 высокой лекарственной и пищевой ценностью. Однако свойствами. В медицине бруника и красника могут из-за усиления антропогенного влияния на природную применяться при лечении множества заболеваний: среду и экосистемы ресурсы этих и других более атеросклероза, нейродегенеративных расстройств, редких видов с каждым годом сокращаются. Среди авитаминоза, гипертонии, почечнокаменной болезни, исследователей, предпринимателей и садоводов ревматизма, бронхиальной астмы, простудных возрастает спрос на выращивание сортового заболеваний, стоматита, кожных болезней, диабета, посадочного материала ягодных растений, включая заболеваний желудка, печени, мочеполовой сис- виды-интродуценты [1, 2]. Посадки некоторых темы и др. Ягоды брусники и красники обладают видов могут использоваться для биологической уникальными вкусовыми свойствами и ценностью рекультивации нарушенных земель, в частности в пищевом отношении: употребляются в сыром выработанных торфяников, гарей, вырубок, неис- виде и служат сырьем при изготовлении соков, пользуемых сельскохозяйственных угодий и др., сиропов, компотов, варенья, джемов и кондитерских а создание сортов и гибридов обеспечит большую изделий [4, 6–23]. урожайность, крупноплодность и устойчивость к неблагоприятным факторам среды по сравнению с Брусника и красника морозо- и засухоустойчивы. естественными зарослями [3]. Оба вида могут размножаться как вегетативным, так и семенным способами. Исследования показывают, Брусника обыкновенная (Vaccinium vitis-idaea L.) – что для брусники наиболее эффективно размножение вечнозеленый карликовый, корневищный, цирку- одревесневшими черенками и парциальными кустами, мбореальный древесный кустарник рода Vacc- а также семенным способом. Для красники при inium, произрастающий в хвойных и хвойно-мелко- ее интродукции в условиях европейской части лиственных лесах северных стран, Центральной России наиболее приемлемыми являются способы Европы, России и Канады и встречающийся на размножения одревесневшими и корневищными вересковых пустошах, каменистых местах и сухих черенками, а также отрезками корневища [5, 6, 24]. торфяных почвах. Плод – многосемянная сочная ягода Однако для выращивания лесных ягодных чаще красного цвета и округлой формы с остатками растений в промышленных масштабах (в том чашечки на верхушке. Могут иметь окраску с другими числе для создания плантаций при рекультивации оттенками, а также округло-сплюснутую, овальную, нарушенных земель) целесообразно использовать яйцевидную конусовидную и другие формы. Ягоды метод микроклонального размножения. Он может имеют горьковато-кислый, кислый, сладковато- быстро и в краткие сроки обеспечить потребности кислый и иной вкус. хозяйства большим количеством высокачественного оздоровленного посадочного материала. Клональ- Красника (Vaccinium praestans Lamb.) или ным микроразмножением брусники обыкновенной клоповка сахалинская – теневыносливый вегетативно- занимались ученые из разных стран мира, но на подвижный листопадный корневищный кустарник, данный момент мало исследований по адаптации произрастающий на Камчатке, Сахалине, Курильских данного вида к нестерильным условиям [25–29]. Что островах, в Приморье и Хабаровском крае, а также на касается выращивания красники in vitro, то известны некоторых островах Японии. Встречается в тенистых лишь попытки ее введения в культуру некоторыми местах тайги во влажных хвойных и смешанных лесах, учеными в Польше и России, но информации о каких- в долинах и на горных склонах, таежных прогалинах либо результатах на сегодняшний день не имеется. и вырубках, моховых болотах, расположенных В связи с этим необходимо продолжить проведение вдоль морского побережья, старых лесных дорогах, исследований по усовершенствованию технологий просеках, тропинках и облесенных окраинах болот. выращивания данных видов в культуре in vitro, в Плод – многосемянная шаровидная глянцевая ягода частности по адаптации к нестерильным условиям. ярко-красного цвета с резким запахом [4–6]. Укоренение микропобегов и адаптация раз- Плоды брусники и красники имеют высокую множаемых in vitro микрорастений к нестерильным лекарственную ценность и являются основным условиям являются критическими этапами микро- пищевым источником антоцианов и сложносоставных клонального размножения, определяющими выход фенолов. Брусника богата такими антиоксидантами, растений. Приживаемость микрорастений in vivo как полифенолы и витамины A, C и E. В ягодах зависит от биологических особенностей размножа- брусники содержатся арбутин, урсоловая кислота емой культуры, сорта или формы, биотических и и большое количество других биологически абиотических факторов. Высокий процент погибших активных веществ. Ягоды красники содержат растений на данных этапах обусловлен переходом 16 аминокислот, клетчатку, сахара, флавоноиды, от гетеротрофного на автотрофное питание, сла- витамин C, соединения P-витаминного комплекса бым развитием корневой системы и отсутствием и органические кислоты. Вещества в плодах воскового налета на листьях. Для улучшения этих растений обладают антибактериальным, приживаемости микрорастений необходимо создание антиоксидантным, противовоспалительным и проти- оптимальных условий путем подбора физических воопухолевым действиями и другими лечебными 572
Чудецкий А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 570–581 и химических факторов. Применение современных дисперсионный двухфакторный анализ, где на этапе росторегулирующих веществ и биопрепаратов на собственно микроразмножение: фактор A – состав этапах укоренения и адаптации к нестерильным питательной среды, фактор B – концентрация цито- условиям может оказывать положительное воздей- кинина; на этапе укоренение микропобегов in vitro: ствие на адаптационную способность микрорас- фактор A – концентрация ауксина, фактор B – сорт тений [30, 31]. или форма. Достоверность различий между средними данными вариантов опыта оценивали с помощью Цель исследования – изучение влияния регу- наименьшей существенной разности для 5 %-го ляторов роста и биопрепаратов на процесс ризогенеза уровня значимости (НСР05). и адаптации к нестерильным условиям брусники обыкновенной и красники при клональном микро- На этапе адаптации микрорастений к нестерильным размножении. условиям в качестве субстратов применяли торф верхового типа, в том числе в смеси с песком (в Объекты и методы исследования соотношении 1:1), перлитом (1:4) и вермикулитом Исследования по выращиванию лесных ягод- (1:4). Через 30 дней после пересадки для каждого ных растений рода Vaccinium L. in vitro проводили сорта и формы учитывали приживаемость растений в период 2018–2021 гг. на базе лабораторий как процент количества выживших от количества биотехнологии филиала ФБУ ВНИИЛМ «Цент- высаженных. Статистическую обработку данных рально-европейская лесная опытная станция» и проводили с помощью программ Microsoft Office ФГБОУ ВО Костромская ГСХА по общепринятым Excel 2016 и AGROS v.2.11. методикам [32]. В качестве объектов исследования использовали растения брусники обыкновенной Результаты и их обсуждение (сорт Koralle немецкой селекции, сорта Костромичка По результатам проведенного биохимического и Костромская розовая селекции Центрально- анализа ягоды брусники обыкновенной российской европейской лесной опытной станции) и красники и зарубежной селекции и красники характеризу- (формы Курильская и Сахалинская, отобранные на ются высоким содержанием витамина C и сахаров. Курильских островках (о. Итуруп) и юге острова Также плоды брусники обыкновенной российской Сахалин близ города Корсакова). Предварительно и зарубежной селекции характеризуются высоким проводили определение биохимического состава содержанием сухого вещества. Причем значитель- ягод используемых растений брусники и красники ных различий по химическому составу плодов, в соответствии с общепринятыми методиками [33]. в зависимости от сорта или формы, не отмечено В качестве основных стерилизующих агентов (табл. 1). на этапе введения в культуру in vitro использовали Анализируя данные по биохимическому растворы моющего средства Доместос (в разведении составу плодов брусники обыкновенной по микро- водой 1:3), нитрата серебра (0,2 %), сулемы (0,2 %), и макроэлементам, можно отметить, что во препаратов Лизоформин 3000 (5 %) и Экостерилизатор всех исследуемых сортах содержится большое бесхлорный (5 %) при времени стерилизации 5, 10, количество кальция и калия. Из макроэлементов в 15 и 20 мин. Культивирование растений проводили плодах брусники отмечено преобладание железа, в световой комнате при поддержании темпера- но не отмечено наличие йода и бора. Содержание туры +23–25 °C, влажности воздуха 75–80 % и других микро- и макроэлементов в ягодах брусники фотопериоде 16 ч света и 8 ч темноты. При раз- российской селекции выше по сравнению с множении брусники использовали питательную зарубежной. Из макроэлементов в плодах красники среду AN (Андерсона), при размножении красники – преобладает калий, кальций, затем магний и WPM (Woody Plant Medium), в том числе в мо- фосфор. Существенных отличий по содержанию дификациях разбавления минеральных солей в макроэлементов в плодах красники из разных 2 и 4 раза. На этапе собственно микроразмножение местообитаний не отмечено. Анализ содержания в качестве регулятора роста цитокининовой микроэлементов в плодах красники показывает, что группы использовали 2-изопенталаденин (2-iP) в них преобладает железо, марганец и бор (табл. 2). в концентрациях 1,0 и 2,0 мг/л. Проводили В результате проведенных исследований по учет количества, средней и суммарной длины микроклональному размножению на этапе вве- микропобегов в расчете на одно растение. На этапе дения в культуру in vitro отмечено, что наиболее укоренение микропобегов in vitro использовали эффективными для эксплантов брусники обык- питательные среды AN и WPM. В качестве росто- новенной оказались основные стерилизаторы стимулирующих веществ ауксиновой группы AgNO3 0,2 % и Лизоформин 3000 5 % при времени применяли индолилуксусную и индолилмасляную стерилизации 10 мин: жизнеспособность эксплантов кислоты в концентрациях 1,0 и 2,0 мл/л. Опыты составила 70–72 % (табл. 3). При времени стери- проводили в 10-кратной биологической повторности лизации 20 мин жизнеспособность эксплантов после по 15 пробирочных растений в каждой. Применяли обработки стерилизующими агентами не превышала 573
Chudetsky A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581 Таблица 1. Общий химический состав плодов исследуемых растений брусники обыкновенной и красники Table 1. Chemical composition of lingonberries and bilberries Сорт/форма Сахара,% Показатели Витамин C, мг/% Общая кислотность, % Сухое вещество, % Koralle 10,2 Брусника обыкновенная 18,0 Костромичка 9,2 14,0 Костромская розовая 11,0 1,5 9,8 17,0 1,8 10,6 Сахалинская 17,0 1,6 10,4 46,5 Курильская 14,3 Красника 57,2 5,3 10,2 5,4 9,6 Таблица 2. Биохимический состав плодов исследуемых растений брусники обыкновенной и красники Table 2. Biochemical composition of lingonberries and bilberries Элементы в ягодах Содержание элементов, мг/100 г Ca Брусника обыкновенная Красника K P Koralle Костромичка Костромская розовая Сахалинская Курильская Mg 179,80 Макроэлемент I 701,30 B 78,40 201,30 189,30 0,31 0,36 Fe 34,20 Mn 584,60 650,30 0,89 0,98 Cu – – 97,20 89,60 0,15 0,19 83,20 80,20 37,10 36,50 0,19 0,18 5,30 Микроэлемент – – 0,10 0,11 – – 9,26 9,19 90,60 110,30 236,40 234,20 85,10 83,00 85,40 88,30 6,20 8,00 3,82 4,00 20–34 %. При времени стерилизации 5 мин количество 3,0 шт. При повышении концентрации цитокинина жизнеспособных эксплантов варьировалось в пре- 2-iP от 1,0 до 2,0 мг/л количество побегов у растений- делах 24–46 %, остальные экспланты погибли. регенерантов брусники обыкновенной увеличивалось в среднем в 1,5 раза (табл. 4). На этапе введения красники в культуру in vitro наиболее эффективными стерилизующими Средняя длина побегов брусники обыкновенной агетами оказались нитрат серебра 0,2 % при не имела статистически значимых различий, в времени стерилизации 10 мин и Экостерилизатор зависимости от состава питательной среды, и варь- бесхлорный 5 % при времени стерилизации 20 мин, ировалась у сорта Koralle от 1,1 до 1,8 см, у сорта где жизнеспособность эксплантов составила 96 и Костромичка от 1,4 до 2,1 см, у сорта Костромская 92 % соответственно (табл. 3). При использовании розовая от 1,3 до 2,1 см (табл. 5). Концентрация сулемы в течение 15 мин наблюдалась высокая цитокинина 2-iP не оказала влияния на среднюю жизнеспособность эксплантов красники (84 %), длину побегов брусники обыкновенной и составила но увеличение времени стерилизации до 20 мин при концентрации цитокинина 2-iP 2,0 мг/л в среднем способствовало ее резкому снижению (до 14 %). 1,3–1,6 см, при 1,0 мг/л – 1,6–1,9 см. Это связано с фитотоксичностью хлорида ртути. Процент жизнеспособных эксплантов при обработке Суммарная длина побегов брусники обыкновенной стерилизующими агентами при времени стерилизации была больше (в 1,4–2,6 раза) в вариантах с питательной 5 мин был низким и не превышал 26 %, остальные средой AN, чем в других вариантах, и варьировалась экспланты погибли от инфекции. в среднем от 4,9 до 6,4 см (табл. 6). Суммарная длина побегов брусники при повышении в питательной На этапе собственно микроразмножение на среде концентрации цитокинина 2-iP от 1,0 до питательной среде AN выявлено большее ко- 2,0 мг/л увеличивалась незначительно (в среднем в личество побегов растений-регенерантов брусники 1,2 раза). Максимальные значения суммарной длины обыкновенной: у сорта Koralle – 2,8 шт., у сорта побегов брусники обыкновенной наблюдались на Костромичка – 3,2 шт., у сорта Костромская розовая – питательной среде AN при концентрации цитокинина 574
Чудецкий А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 570–581 Таблица 3. Жизнеспособность эксплантов брусники обыкновенной и красники (%) в зависимости от стерилизующих агентов и времени стерилизации Table 3. Viability of lingonberry and bilberry explants (%) depending on sterilizing agent and sterilization time Стерилизующий агент Время стерилизации, мин 20 5 10 15 Сулема 0,2 % 32 Доместос 1:3 Брусника обыкновенная 22 AgNO3 0,2 % 34 60 48 34 Экостерилизатор 24 48 38 22 бесхлорный 5 % 30 72 42 Лизоформин 3000, 5 % 46 56 34 28 Сулема 0,2 % 46 70 38 14 Доместос 1:3 Красника 2 AgNO3 0,2 % 5 Экостерилизатор 26 32 84 92 бесхлорный 5 % 2 12 8 Лизоформин 3000, 5 % 6 96 36 80 2 62 50 18 50 64 Таблица 4. Количество побегов брусники Таблица 5. Средняя длина побегов брусники обыкновенной на одно растение (шт.) in vitro обыкновенной на одно растение (см) in vitro в зависимости от питательной среды и концентрации в зависимости от питательной среды и концентрации цитокинина 2-iP цитокинина 2-iP Table 4. Number of lingonberry shoots in vitro per plant Table 5. Average length of lingonberry shoots in vitro per plant (cm) depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration Питательная Концентрация 2-iP, мг/л Питательная Концентрация 2-iP, мг/л среда 1,0 2,0 Среднее среда 1,0 2,0 Среднее Koralle Koralle AN 1/4 1,5 1,9 1,7 AN 1/4 1,2 1,0 1,1 AN 1/2 1,8 2,8 2,3 AN 1/2 1,5 1,3 1,4 AN 2,2 3,4 2,8 AN 2,0 1,6 1,8 Среднее 1,8 2,7 – Среднее 1,6 1,3 – НСР05 фактор А = 0,89, фактор В = 0,78, общ. = 1,16 НСР05 фактор А = 0,92, фактор В = 0,79, общ. = 1,03 Костромичка Костромичка AN 1/4 1,8 2,3 2,1 AN 1/4 1,5 1,3 1,4 AN 1/2 2,1 3,1 2,6 AN 1/2 2,0 1,5 1,8 AN 2,5 3,9 3,2 AN 2,3 1,8 2,1 Среднее 2,1 3,1 – Среднее 1,9 1,5 – НСР05 фактор А = 0,93, фактор В = 0,89, общ. = 1,18 НСР05 фактор А = 0,95, фактор В = 0,81, общ. = 1,05 Костромская розовая Костромская розовая AN 1/4 1,7 2,1 1,9 AN 1/4 1,4 1,2 1,3 AN 1/2 2,0 2,9 2,5 AN 1/2 1,9 1,6 1,8 AN 2,3 3,6 3,0 AN 2,2 2,0 2,1 Среднее 2,0 2,9 – Среднее 1,8 1,6 – НСР05 фактор А = 0,97, фактор В = 0,94, общ. = 1,19 НСР05 фактор А = 0,97, фактор В = 0,76, общ. = 1,09 2-iP 2,0 мг/л: у сорта Костромская розовая – 7,2 см, у Повышение концентрации цитокинина 2-iP от 1,0 сорта Костромичка – 7,0 см, у сорта Koralle – 5,4 см. до 2,0 мг/л способствовало увеличению количества побегов у растений-регенерантов в среднем в У растений-регенерантов красники на этапе 1,4 раза (табл. 7). собственно микроразмножение выявлено большее количество побегов при использовании питательной Средняя длина побегов красники, в зависимости от среды WPM ½: в среднем 3,5 шт. На среде WPM состава питательной среды, не имела статистически 1/4 оно составило 2,6 шт., на сред WPM – 2,0 шт. значимых различий и варьировалась от 1,6 до 2,6 см. 575
Chudetsky A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581 Таблица 6. Суммарная длина побегов брусники Таблица 7. Количество побегов красники на одно обыкновенной на одно растение (см) in vitro растение (шт.) in vitro в зависимости от питательной в зависимости от питательной среды и концентрации среды и концентрации цитокинина 2-iP цитокинина 2-iP Table 7. Number of bilberry shoots in vitro per plant (pieces) Table 6. Total length of lingonberry shoots in vitro per plant (cm) depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration Питательная Концентрация 2-iP, мг/л Питательная Концентрация 2-iP, мг/л среда 1,0 2,0 Среднее среда 1,0 2,0 Среднее WPM 1/4 2,1 3,0 2,6 Koralle WPM 1/2 3,0 3,9 3,5 AN 1/4 1,8 1,9 1,9 WPM 1,5 2,4 2,0 AN 1/2 2,7 3,6 3,2 Среднее 2,2 3,1 – AN 4,4 5,4 4,9 НСР05 фактор А = 0,82, фактор В = 0,78, общ. = 0,95 Среднее 3,0 3,6 – НСР05 фактор А = 1,58, фактор В = 1,47, общ. = 1,86 Таблица 8. Средняя длина побегов красники на одно растение (см) in vitro в зависимости от питательной Костромичка среды и концентрации цитокинина 2-iP AN 1/4 2,7 3,0 2,9 Table 8. Average length of bilberry shoots in vitro per plant (cm) AN 1/2 4,2 4,7 4,5 depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration AN 5,8 7,0 6,4 Среднее 4,2 4,9 – НСР05 фактор А = 1,65, фактор В = 1,49, общ. = 1,88 Питательная Концентрация 2-iP, мг/л Костромская розовая среда 1,0 2,0 Среднее AN 1/4 3,1 2,5 2,8 WPM 1/4 1,5 1,6 1,6 AN 1/2 4,2 4,7 4,4 WPM 1/2 2,4 2,7 2,6 AN 5,1 7,2 6,2 WPM 1,8 2,0 1,9 Среднее 4,1 4,8 – Среднее 1,9 2,1 – НСР05 фактор А = 1,69, фактор В = 1,52, общ. = 1,95 НСР05 фактор А = 1,05, фактор В = 0,93, общ. = 1,59 Таблица 9. Суммарная длина побегов красники на одно среде WPM 1/2 с добавлением цитокинина 2-iP в растение (см) in vitro в зависимости от питательной концентрации 2,0 мг/л (табл. 9). среды и концентрации цитокинина 2-iP На этапе укоренения микропобегов in vitro Table 9. Total length of bilberry shoots in vitro per plant (cm) установлено, что количество корней брусники обык- depending on nutrient medium and cytokinin 2-iP concentration новенной в расчете на одно растение в вариантах с индолилмасляной кислотой в концентрациях 1,0 и Питательная Концентрация 2-iP, мг/л 2,0 мг/л и индолилуксусной кислотой в концентрации 1,0 мг/л составляло в среднем 1,2–1,3 шт. В варианте среда 1,0 2,0 Среднее с индолилуксусной кислотой в концентрации 2,0 мг/л оно было в 1,7–1,8 раза больше (2,2 шт.). WPM 1/4 3,2 4,8 4,0 Существенных различий по количеству корней, в зависимости от сорта брусники обыкновенной, не WPM 1/2 7,2 10,5 8,9 выявлено: в среднем количество корней у сорта Koralle составляло 1,6 шт., у сорта Костромичка – WPM 2,7 4,8 3,8 1,5 шт., у сорта Костромская розовая – 1,3 шт. (табл. 10). Среднее 4,4 6,7 – Средняя длина корней брусники обыкновенной НСР05 фактор А = 1,94, фактор В = 1,89, общ. = 2,17 увеличивалась с повышением концентрации аукси- на. Максимальный показатель (в среднем 2,6 см) Концентрация цитокинина 2-iP не оказала влияния на отмечен в варианте с индолилуксусной кислотой при среднюю длину побегов красники, которая составляла концентрации 2,0 мг/л, 1,0 мг/л – в 2 раза меньше при концентрации 2-iP 2,0 мг/л в среднем 2,1 см, (1,3 см). При концентрации индолилмасляной при 1,0 мг/л – 1,9 см (табл. 8). кислоты 2,0 мг/л средняя длина корней составляла 1,6 см, при 1,0 мг/л – 1,0 см. Статистически значимых Суммарная длина побегов красники в вариан- различий по средней длине, в зависимости от сорта, тах с использованием питательной среды WPM не наблюдалось (табл. 11). 1/2 составила в среднем 8,9 см и была больше (в 2,2–2,3 раза), чем в других вариантах. Увеличение суммарной длины побегов красники в среднем в 1,5 раза наблюдалось при повышении в питательной среде концентрации цитокинина 2-iP от 1,0 до 2,0 мг/л. Максимальное значение (10,5 см) суммарная длина побегов красники имела на питательной 576
Чудецкий А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 570–581 Таблица 10. Количество корней брусники обыкновенной на одно растение (шт.) в зависимости от концентрации ауксинов и сорта Table 10. Number of lingonberry roots per plant depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Сорт Среднее Костромичка Индолилуксусная кислота 1,0 Koralle Костромская 1,2 1,2 розовая 2,2 2,0 1,4 2,3 1,0 1,3 2,4 1,2 2,0 1,3 Индолилмасляная кислота 1,0 1,3 1,3 1,3 – 1,5 1,5 1,1 2,0 1,6 1,3 Среднее НСР05 фактор A = 0,54, фактор B = 0,41, общ. = 0,73 Таблица 11. Средняя длина корней брусники обыкновенной на одно растение (см) в зависимости от концентрации ауксинов и сорта Table 11. Average lingonberry root length per plant (cm) depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Сорт Среднее Костромичка Индолилуксусная кислота 1,0 Koralle Костромская 1,3 1,3 розовая 2,6 2,0 1,2 2,5 1,4 1,0 2,4 1,1 2,8 1,6 Индолилмасляная кислота 1,0 1,0 1,7 1,0 – 1,5 1,6 1,5 2,0 1,5 1,7 Среднее НСР05 фактор A = 0,61, фактор B = 0,44, общ. = 0,91 Таблица 12. Суммарная длина корней (см) брусники обыкновенной на одно растение в зависимости от концентрации ауксинов и сорта Table 12. Total length of lingonberry roots (cm) per plant depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Сорт Среднее Костромичка Индолилуксусная кислота 1,0 Koralle Костромская 1,6 1,6 розовая 5,8 2,0 1,7 5,8 1,4 1,3 5,8 1,4 5,7 2,1 Индолилмасляная кислота 1,0 1,3 2,3 1,3 – 2,4 2,8 1,7 2,0 2,8 2,5 Среднее НСР05 фактор A = 1,01, фактор B = 0,95, общ. = 1,03 Суммарная длина корней брусники обыкновен- в среднем в 1,2 раза, с индолилуксусной кислотой – ной в варианте с индолилуксусной кислотой в в 1,3 раза. Значимых различий по количеству корней, концентрации 2,0 мг/л достигала в среднем 5,8 см, в зависимости от формы красники, не выявлено что в 2,8–4,5 раза больше, чем в других вариантах. (табл. 13). Значимых сортовых различий по суммарной длине корней брусники не установлено: у сорта Костромская Средняя длина корней красники уменьшалась розовая – 2,5 см, у сортов Костромичка и Koralle – при увеличении концентрации в питательной среде 2,8 см (табл. 12). ауксинов от 1,0 до 2,0 мг/л при использовании как индолилмасляной кислоты, так и индолилуксусной в При клональном микроразмножении красники среднем в 1,3 раза. В зависимости от формы средняя установлено, что с повышением концентрации длина корней красники практически не различалась в питательной среде ауксинов от 1,0 до 2,0 мг/л (табл. 14). увеличивалось количество корней в расчете на одно растение: в вариантах с индолилмасляной кислотой – Суммарная длина корней красники была наибольшей в варианте с индолилмасляной кислотой 577
Chudetsky A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581 Таблица 13. Количество корней красники на одно растение (шт.) в зависимости от концентрации ауксинов и формы Table 13. Number of bilberry roots per plant depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Форма Среднее Индолилуксусная кислота 1,0 Сахалинская Курильская 1,2 1,3 1,2 1,6 2,0 1,7 1,6 1,5 1,6 1,5 1,8 Индолилмасляная кислота 1,0 1,8 1,9 – 1,6 1,5 2,0 Среднее НСР05 фактор A = 0,32, фактор B = 0,30, общ. = 0,76 Таблица 14. Средняя длина корней красники на одно растение (см) в зависимости от концентрации ауксинов и формы Table 14. Average length of bilberry roots per plant (cm) depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Форма Среднее Индолилуксусная кислота 1,0 Сахалинская Курильская 1,0 1,0 1,3 0,8 2,0 0,9 0,7 1,2 1,3 1,1 0,9 Индолилмасляная кислота 1,0 1,0 0,8 – 1,1 1,0 2,0 Среднее НСР05 фактор A = 0,24, фактор B = 0,21, общ. = 0,60 Таблица 15. Суммарная длина корней красники на одно растение (см) в зависимости от концентрации ауксинов и формы Table 15. Total length of bilberry roots per plant (cm) depending on auxin concentration and variety Препарат Концентрация, мг/л Форма Среднее Индолилуксусная кислота 1,0 Сахалинская Курильская 1,5 1,3 1,6 1,3 2,0 1,5 1,1 1,9 2,1 1,7 1,6 Индолилмасляная кислота 1,0 1,8 1,5 – 1,7 1,5 2,0 Среднее НСР05 фактор A = 0,36, фактор B = 0,33, общ. = 0,02 с концентрацией 1,0 мг/л и составляла в среднем Выводы 1,9 см. В варианте с индолилуксусной кислотой в той В результате проведенных экспериментальных же концентрации данный показатель составлял 1,5 см. исследований по клональному размножению лес- При концентрации ауксинов 2,0 мг/л соответствующие ных ягодных растений рода Vaccinium установлено, значения суммарной длины были в среднем в 1,2 раза что на этапе введения в культуру in vitro наиболее меньше, чем при 1,0 мг/л (табл. 15). В зависимости эффективными для эксплантов брусники обык- от формы красники суммарная длина корней в новенной оказались стерилизаторы AgNO3 0,2 % расчете на одно растение не имела существенных и Лизоформин 3000 5 % при экспозиции 10 мин, различий. для красники – AgNO3 0,2 % при времени стерили- зации 10 мин и Экостерилизатор бесхлорный 5 % На этапе адаптации к нестерильным условиям при времени стерилизации 20 мин. исследуемых лесных ягодных растений, выращенных в На этапе собственно микроразмножение сум- культуре in vitro, наилучшая приживаемость брусники марная длина побегов брусники обыкновенной обыкновенной всех сортов наблюдалась на субстрате была больше в вариантах с питательной средой AN. из верхового торфа (89–92 %). Красника лучше всего Максимального значения суммарная длина побегов приживалась при использовании смести торфа с песком брусники обыкновенной достигала на питатель- в соотношении 1:1 (91–95 %) (табл. 16). ной среде AN при концентрации цитокинина 2-iP 578
Чудецкий А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 570–581 Таблица 16. Приживаемость брусники обыкновенной и показателям на этапе укоренения микропобегов, в красники на этапе адаптации к нестерильным условиям зависимости от сорта или формы, не выявлено. Table16. Survival rate of lingonberry and bilberry during На этапе адаптации к нестерильным условиям adaptation to non-sterile conditions максимальная приживаемость растений брусники обыкновенной отмечена при использовании субстрата Сорт/форма Субстрат Приживаемость, из верхового торфа, для красники – при использо- вании торфа с песком в соотношении 1:1. % Критерии авторства Брусника обыкновенная А. И. Чудецкий проводил закладку лаборатор- ного опыта на всех этапах микроклонального Koralle Торф верховой 89 размножения, анализ литературных источников по вопросу использования биотехнологических Торф + песок 1:1 65 способов размножения лесных ягодных растений и статистическую обработку данных. С. А. Родин Торф + перлит 1:4 70 руководил проектом, проводил анализ литератур- ных источников по вопросу востребованности в Торф + вермикулит 1:4 78 сортовом посадочном материале лесных ягодных растений. Л. В. Зарубина и Г. В. Тяк проводили анализ Костромичка Торф верховой 92 литературных источников по вопросу актуальности использования и хозяйственной ценности лесных Торф + песок 1:1 80 ягодных растений рода Vaccinium. И. Б. Кузнецова проводила закладку лабораторного опыта на Торф + перлит 1:4 83 всех этапах микроклонального размножения и статистическую обработку данных. Торф + вермикулит 1:4 79 Конфликт интересов Костромская Торф верховой 90 Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. розовая Торф + песок 1:1 67 Торф + перлит 1:4 88 Торф + вермикулит 1:4 82 Красника Сахалинская Торф верховой 88 Торф + песок 1:1 91 Торф + перлит 1:4 74 Торф + вермикулит 1:4 69 Курильская Торф верховой 90 Торф + песок 1:1 95 Торф + перлит 1:4 78 Торф + вермикулит 1:4 68 0,2 мг/л. Количество и суммарная длина побегов Благодарности красники были больше в вариантах с питательной Выражаем благодарность канд. с.-х. наук средой WPM 1/2. Максимальное значение суммарной С. С. Макарову, канд. биол. наук Г. Ю. Макеевой, длины побегов красники было достигнуто при канд. с.-х. наук И. А. Кореневу и А. В. Тяку. испоользовании питательной среды WPM 1/2 и концентрации цитокинина 2-iP 0,2 мг/л. Увеличению Contribution количества и суммарной длины побегов брусники A.I. Chudetsky was responsible for the laboratory обыкновенной и красники способствовало повышение experiment at all stages of micropropagation, the в питательных средах концентрации цитокинина analysis of publications on the use of biotechnological 2-iP от 1,0 до 2,0 мг/л. methods of forest berry reproduction, and the statistical processing of the obtained data. S.A. Rodin supervised the При равных концентрациях в питательной среде project, reviewed scientific publications on the demand WPM ауксин индолилуксусная кислота стимули- for forest berry planting material. L.V. Zarubina and ровал корнеобразование брусники обыкновенной G.V. Tyak reviewed literary data on the relevance and in vitro более эффективно, чем индолилмасляная. economic value of Vaccinium berries. I.B. Kuznetsova Наибольшие количество, средняя и суммарная participated in the laboratory experiment at all stages of длина корней наблюдались при использовании в micropropagation and processed the obtained statistical питательной среде WPM индолилуксусной кислоты в data. концентрации 2,0 мг/л. С повышением концентрации индолилуксусной и индолилмасляной кислот от Conflict of interest 1,0 до 2,0 мг/л увеличивалось количество корней The authors declare that there is no conflict of interest красники в расчете на одно растение и уменьшалась regarding the publication of this article. их длина. Наибольшая суммарная длина корней красники отмечена в варианте с индолилмасляной Acknowledgments кислотой в концентрации 1,0 мг/л. При клональном We express our gratitude to Сand.Sci.(Agri.) Sergey микроразмножении брусники обыкновенной и крас- S. Makarov, Сand.Sci.(Biol.) Galina Yu. Makeeva, Сand. ники существенных различий по биометрическим Sci.(Agri.) Igor A. Korenev and Anatoly V. Tyak. 579
Chudetsky A.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):570–581 References/Список литературы 1. Makarov SS, Bagayev ES, Tsaregradskaya SYu, Kuznetsova IB. Problems of use and reproduction of phytogenic food and medicinal forest resources on the forest fund lands of the Kostroma region. Russian Forestry Journal. 2019;372(6):118–131. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.6.118 2. Ilin VS. Rosehip, cranberries and other rare garden culture. Chelyabinsk: YUUNIISK; 2017. 318 p. (In Russ.). [Ильин В. С. Шиповник, клюква и другие редкие культуры сада. Челябинск: ЮУНИИСК, 2017. 318 с.]. 3. Tyak GV, Kurlovich LE, Tyak AV. Biological recultivation of degraded peatlands by creating forest berry plants. Vestnik of the Kazan State Agrarian University. 2016;11(2):43–46. (In Russ.). https://doi.org/10.12737/20633 4. Bujor O-C, Ginies C, Popa VI, Dufour C. Phenolic compounds and antioxidant activity of lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) leaf, stem and fruit at different harvest periods. Food Chemistry. 2018;252:356–365. https://doi.org/10.1016/ j.foodchem.2018.01.052 5. Nestby R, Hykkerud AL, Martinussen I. Review of botanical characterization, growth preferences, climatic adaptation and human health effects of Ericaceae and Empetraceae wild dwarf shrub berries in boreal, alpine and arctic areas. Journal of Berry Research. 2019;9(3):515–547. https://doi.org/10.3233/JBR-190390 6. Chudetsky AI, Kuznetsova IB, Makarov SS, Surov VV. Obtaining planting material for Kamchatka bilberry (Vaccinium praestans Lamb.) by clonal micropropagation. Vestnik of Buryat State Academy of Agriculture named after V. Philippov. 2021;63(2):122–128. https://doi.org/10.34655/bgsha.2021.63.2.017 7. Dincheva I, Badjakov I. Assesment of the anthocyanin variation in Bulgarian bilberry (Vaccinium myrtillus L.) and lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.). International Journal of Medicine and Pharmaceutical Science. 2016;6(3):39–50. 8. Hossain MZ, Shea E, Daneshtalab M, Weber JT. Chemical analysis of extracts from newfoundland berries and potential neuroprotective effects. Antioxidants. 2016;5(4). https://doi.org/10.3390/antiox5040036 9. Cioch M, Satora P, Skotniczny M, Semik-Szczurak D, Tarko T. Characterisation of antimicrobial properties of extracts of selected medicinal plants. Polish Journal of Microbiology. 2017;66(4):463–472. 10. Dróżdż P, Šėžienė V, Pyrzynska K. Phytochemical properties and antioxidant activities of extracts from wild blueberries and lingonberries. Plant Foods for Human Nutrition. 2017;72(4):360–364. https://doi.org/10.1007/s11130-017-0640-3 11. Isaak CK, Wang P, Prashar S, Karmin O, Brown DCW, Debnath SC, et al. Supplementing diet with Manitoba lingonberry juice reduces kidney ischemia-reperfusion injury. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2017;97(9):3065–3076. https://doi.org/10.1002/jsfa.8200 12. Tian Y, Liimatainen J, Alanne A-L, Lindstedt A, Liu P, Sinkkonen J, et al. Phenolic compounds extracted by acidic aqueous ethanol from berries and leaves of different berry plants. Food Chemistry. 2017;220:266–281. https://doi. org/10.1016/j.foodchem.2016.09.145 13. Chizhik OV, Reshetnikov VN, Antipova TV. Genetic transformation of Vaccinium vitis-idaea. Plant Physiology and Genetics. 2018;50(1):23–28. (In Russ.). [Чижик О. В., Решетников В. Н., Антипова Т. В. Генетическая трансформация Vaccinium vitis-idaea L. // Физиология растений и генетика. 2018. Т. 50. № 1. С. 23–28.]. 14. Alam Z, Roncal J, Peña-Castillo L. Genetic variation associated with healthy traits and environmental conditions in Vaccinium vitis-idaea. BMC Genomics. 2018;19(1). https://doi.org/10.1186/s12864-017-4396-9 15. Dróżdż P, Sežiene V, Wójcik J, Pyrzyńska K. Evaluation of bioactive compounds, minerals and antioxidant activity of lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) fruits. Molecules. 2018;23(1). https://doi.org/10.3390/molecules23010053 16. Hoornstra D, Vesterlin J, Parnanen P, Al-Samadi A, Zlotogorski-Hurvitz A, Vered M, et al. Fermented lingonberry juice inhibits oral tongue squamous cell carcinoma invasion in vitro similarly to curcumin. In Vivo. 2018;32(5):1089–1095. https://doi.org/10.21873/invivo.11350 17. Angelova SG, Ivanova SKr, Trifonovac I, Volevad S, Georgievae I, Stoyanova A, et al. Vaccinium vitis-idaea L., origin from Bulgaria indicate in vitro antitumor effect on human cervical and breast cancer cells. American Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences. 2019;56(1):104–112. 18. Jin Y, Liu Z, Liu D, Shi G, Liu D, Yang Y, et al. Natural antioxidant of rosemary extract used as an additive in the ultrasound-assisted extraction of anthocyanins from lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) pomace. Industrial Crops and Products. 2019;138. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.05.074 19. Kostrykina SA. The use of bilberry (Vaccinium praestans Lamb.) in bakery. Agro-Industrial Complex: Problems and Development Prospects: Abstracts of the All-Russian Scientific and Practical Conference; 2019; Blagoveshchensk. Blagoveshchensk: Far Eastern State Agrarian University; 2019. p. 68. (In Russ.). [Кострыкина С. А. Использование красники (Vaccinium praestans Lamb.) в производстве мучных кондитерских изделий // Агропромышленный комплекс: проблемы и перспективы развития: Тезисы докладов всероссийской научно-практической конференции. Благовещенск, 2019. С. 68.] 20. Kowalska K, Olejnik A, Zielińska-Wasielica J, Olkowicz M. Inhibitory effects of lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) fruit extract on obesity-induced inflammation in 3T3-L1 adipocytes and RAW 264.7 macrophages. Journal of Functional Foods. 2019;54:371–380. https://doi.org/10.1016/j.jff.2019.01.040 580
Чудецкий А. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 570–581 21. Pärnänen P, Nikula-Ijäs P, Sorsa T. Antimicrobial and anti-inflammatory lingonberry mouthwash – A clinical pilot study in the oral cavity. Microorganisms. 2019;7(9). https://doi.org/10.3390/microorganisms7090331 22. Zhang Z, Zhou Q, Huangfu G, Wu Y, Zhang J. Anthocyanin extracts of lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.) attenuate serum lipids and cholesterol metabolism in HCD-induced hypercholesterolaemic male mice. International Journal of Food Science and Technology. 2019;54(5):1576–1587. https://doi.org/10.1111/ijfs.14025 23. Onali T, Kivimäki A, Mauramo M, Salo T, Korpela R. Anticancer effects of lingonberry and bilberry on digestive tract cancers. Antioxidants. 2021;10(6). https://doi.org/10.3390/antiox10060850 24. Korenev IA, Tyak GV, Makarov SS. Creation of new varieties of forest berry plants and prospects of their intensive reproduction (in vitro). Forestry Information. 2019;(3):180–189. (In Russ.). https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2019.3.15 25. Georgieva M, Badjakov I, Dincheva I, Yancheva S, Kondakova V. In vitro propagation of wild Bulgarian small berry fruits (bilberry, lingonberry, raspberry and strawberry). Bulgarian Journal of Agricultural Science. 2016;22(1):46–51. 26. Mazurek M, Siekierzyńska A. Efficient in vitro propagation of Vaccinium vitis-idaea L. plants on the double phase medium. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities. 2018;21(4). https://doi.org/10.30825/5.ejpau.160.2018.21.4 27. Zontikov DN, Zontikova SA, Malakhova KV, Maramokhin EV. Influence of the composition of nutritional media and growth regulators during clonal micropropagation of some polyliploid forms of the genus Vaccinium L. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2019;21(2):39–44. (In Russ.). [Влияние состава питательных сред и регуляторов роста при клональном микроразмножении некоторых полиплоидных форм рода Vaccinium L. / Д. Н. Зонтиков [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2019. Т. 21. № 2. С. 39–44.]. 28. Arigundam U, Variyath AM, Siow YL, Marshall D, Debnath SC. Liquid culture for efficient in vitro propagation of adventitious shoots in wild Vaccinium vitis-idaea ssp. minus (lingonberry) using temporary immersion and stationary bioreactors. Scientia Horticulturae. 2020;264. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2020.109199 29. Debnath S, Arigundam UC. In vitro propagation strategies of medicinally important berry crop, lingonberry (Vaccinium vitis-idaea L.). Agronomy. 2020;10(5). https://doi.org/10.3390/agronomy10050744 30. Upadyshev MT, Vershinina OV. Comparative assessment of the impact of magnetic pulse treatment at the stage of adaptation of blackberry and raspberry-blackberry hybrids microplants to non-sterile conditions. Pomiculture and Small Fruits Culture in Russia. 2020;(63):53–60. (In Russ.). https://doi.org/10.31676/2073-4948-2020-63-53-60 31. Bjadovski IA, Upadyshev MT, Bronzova AD. Pulsed magnetic field impact on adaptation and vegetation of strawberry microplants (Fragaria×ananassa Duch.). Horticulture and Viticulture. 2021;(4):19–24. (In Russ.). https://doi. org/10.31676/0235-2591-2021-4-19-24 32. Makarov SS, Kuznetsova IB, Upadyshev MT, Rodin SA, Chudetsky AI. Clonal micropropagation of cranberry (Oxycoccus palustris Pers.). Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):67–76. (In Russ.). https://doi. org/10.21603/2074-9414-2021-1-67-76 33. Akimov MYu, Bessonov VV, Kodentsova VM, Eller KI, Vrzhesinskaya OA, Beketova NA, et al. Biological value of fruits and berries of Russian production. Problems of Nutrition. 2020;89(4):220–232. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042- 8833-2020-10055 581
2022 Т. 52 № 3 / ТехFнeиdкoаrиovтaеAхн.Mол. оeгtиaяl.пFищooеdвыPхroпcрeоsиsзiвnоgд:сTтeвch/nFioqoudesPraoncdesTseinchg:nToelochgny.iq2u0e2s2a;5n2d(T3e):c5h8n2ol–o5g9y1IISSSSNN 2074-9414 (Print) 2313-1748 (Online) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2388 Original article https://elibrary.ru/TEDSEC Available online at https://fptt.ru/en Geroprotective activity of trans-cinnamic acid isolated from the Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis) Anastasiya M. Fedorova1,* , Lyubov S. Dyshlyuk1 , Irina S. Milentyeva1 , Anna I. Loseva1 , Olga A. Neverova1 , Mohammed El Amine Khelef2 1 Kemerovo State University , Kemerovo, Russia 2 Moscow State University of Food Production , Moscow, Russia Received: 27.04.2022 *Anastasiya M. Fedorova: [email protected], Revised: 24.06.2022 https://orcid.org/0000-0002-8071-4411 Accepted: 05.07.2022 Lyubov S. Dyshlyuk: https://orcid.org/0000-0002-7333-8411 Irina S. Milentyeva: https://orcid.org/0000-0002-3536-562X Anna I. Loseva: https://orcid.org/0000-0003-4037-2653 Olga A. Neverova: https://orcid.org/0000-0001-7921-0569 Mohammed El Amine Khelef: https://orcid.org/0000-0002-9371-7670 © A.M. Fedorova, L.S. Dyshlyuk, I.S. Milentyeva, A.I. Loseva, O.A. Neverova, M.E.A. Khelef, 2022 Abstract. Trans-cinnamic acid is a phenolic compound with a wide range of bioactive properties, including antioxidant and antibacterial effects. It also has high potential in the food and cosmetic industries. We aimed to isolate trans-cinnamic acid from the Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis) and study its geroprotective activity on Caenorhabditis elegans nematodes used as a model organism. Our study objects included the S. baicalensis root culture and its extract, trans-cinnamic acid isolated from the extract, and C. elegans nematodes. Trans-cinnamic acid was isolated by high-performance liquid chromatography. The acid’s geroprotective activity was studied by evaluating its effect at concentrations of 10, 50, 100, and 200 µmol/L on the lifespan, stress resistance, and reproductivity of C. elegans. For the lifespan study, the nematodes were cultivated at 20°С for 61 days. To assess their resistance to oxidative stress, 15 µL of 1M paraquat was added to each well of the plate. Thermal stress resistance was determined by raising the temperature to 33°С. For the reproductivity study, the nematodes were cultivated in the S-medium with the addition of Escherichia coli OP50 and trans-cinnamic acid at required concentrations for 72 h. The maximum increase in lifespan (9.8%) was observed in the nematodes treated with 50 µmol/L of trans-cinnamic acid. Under oxidative stress, all the concentrations of trans-cinnamic acid increased the survival of nematodes, while under thermal stress, trans-cinnamic acid reduced the percentage of surviving nematodes. At a concentration of 100 µmol/L, trans-cinnamic acid increased the nematodes’ reproduction by 1.48 times. Based on our data, trans-cinnamic acid isolated from S. baicalensis can be recommended as a bioactive compound with geroprotective activity. However, further research is needed on other model organisms with detailed toxicity studies. Keywords. Trans-cinnamic acid, root culture, Scutellaria baicalensis, Caenorhabditis elegans, geroprotector, life expectancy, stress resistance, reproduction Funding. The study is in line with the state assignment on “Screening plant-based bioactive substances with geroprotective properties and developing technology to produce nutraceuticals that slow down aging” (project FZSR-2020-0006). The equipment was provided by the Center for Collective Use “Instrumental Methods of Analysis in the Field of Applied Biotechnology” at Kemerovo State University (KemSU) . For citation: Fedorova AM, Dyshlyuk LS, Milentyeva IS, Loseva AI, Neverova OA, Khelef MEA. Geroprotective activity of trans-cinnamic acid isolated from the Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis). Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):582–591. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2388 582
Федорова А. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591 https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2388 Оригинальная статья https://elibrary.ru/TEDSEC https://fptt.ru Геропротекторная активность транс-коричной кислоты, выделенной из шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis) А. М. Федорова1,* , Л. С. Дышлюк1 , И. С. Милентьева1 , А. И. Лосева1 , О. А. Неверова1 , Мохаммед Э. А. Хелеф2 1 Кемеровский государственный университет , Кемерово, Россия 2 Московский государственный университет пищевых производств , Москва, Россия Поступила в редакцию: 27.04.2022 *А. М. Федорова: [email protected], Принята после рецензирования: 24.06.2022 https://orcid.org/0000-0002-8071-4411 Принята к публикации: 05.07.2022 Л. С. Дышлюк: https://orcid.org/0000-0002-7333-8411 И. С. Милентьева: https://orcid.org/0000-0002-3536-562X А. И. Лосева: https://orcid.org/0000-0003-4037-2653 О. А. Неверова: https://orcid.org/0000-0001-7921-0569 Мохаммед Э. А. Хелеф: https://orcid.org/0000-0002-9371-7670 © А. М. Федорова, Л. С. Дышлюк, И. С. Милентьева, А. И. Лосева, О. А. Неверова, М. Э. А. Хелеф, 2022 Аннотация. Транс-коричная кислота является фенольным соединением с широким спектром биологической активности, включая антиоксидантную и антибактериальную способность. Обладает высоким потенциалом для применения в пищевой и косметической промышленности. Целью работы являлось выделение транс-коричной кислоты из шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis) и исследование ее геропротекторной направленности на модели нематоды Caenorhabditis elegans. Объектами исследования являлись корневая культура S. baicalensis и ее экстракт, транс-коричная кислота, полученная из экстракта корневой культуры S. baicalensis, и штамм C. elegans. Выделение транс-коричной кислоты проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Исследование геропротекторной активности транс-коричной кислоты осуществляли путем оценки влияния на продолжительность жизни, стрессоустойчивость и репродуктивные способности нематод C. elegans при концентрациях 10, 50, 100 и 200 мкмоль/л. Продолжительность жизни нематоды изучали в процессе культивирования при 20 °С в течение 61 дня. Для оценки стрессоустойчивости при окислительном стрессе в каждую ячейку планшета добавляли 15 мкл 1М параквата, при температурном стрессе – повышали температуру до 33 °С. Репродуктивные способности оценивали с использованием нематод, которые культивировали в S-среде с добавлением Escherichia coli OP50 и транс-коричной кислоты в необходимой концентрации в течение 72 ч. Максимальная продолжительность жизни наблюдалась у нематод, обработанных 50 мкмоль/л транс-коричной кислоты (9,8 %). При окислительном стрессе транс-коричная кислота приводила к увеличению выживаемости во всем диапазоне испытуемых концентраций, а под действием температуры снижала процент выживших нематод. При концентрации транс-коричной кислоты 100 мкмоль/л омечено увеличение репродуктивности в 1,48 раз. Основываясь на полученных данных, транс-коричную кислоту из S. baicalensis можно рекомендовать как биологически активное соединение с геропротекторной активностью. Однако необходимы дополнительные исследования на других модельных организмах с подробными исследованиями токсичности. Ключевые слова. Транс-коричная кислота, корневая культура, Scutellaria baicalensis, Caenorhabditis elegans, геропротектор, продолжительность жизни, стрессоустойчивость, репродуктивность Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Скрининг биологически активных веществ растительного происхождения, обладающих геропротекторными свойствами, и разработка технологии получения нутрицевтиков, замедляющих старение» (проект FZSR-2020-0006). Работа выполнена с использованием оборудования ЦКП «Инструментальные методы анализа в области прикладной биотехнологии» на базе Кемеровского государственного университета (КемГУ) . Для цитирования: Геропротекторная активность транс-коричной кислоты, выделенной из шлемника байкальского (Scutellaria baicalensis) / А. М. Федорова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2388 583
Fedorova A.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):582–591 Introduction In this study, we used nematodes C. elegans as a Life expectancy in the first-world countries has preclinical experimental model mainly due to their short significantly increased due to proper hygiene and lifespan under normal growth conditions [22]. This nutrition. According to the World Health Organization, feature of nematodes allows scientists to study processes there are 125 million people aged 80+ in the world [1]. that affect aging and life expectancy. In addition, using This explains a growing need for developing drugs to C. elegans is cost-effective since they feed on inexpensive prevent age-related diseases. microorganisms such as Escherichia coli bacteria. Old age is a major risk factor for common chronic, Also, growing worms can be fully automated using a neurodegenerative, and oncological diseases such as flow cytometry apparatus, where they are distributed cancer, cardiovascular diseases, multiple sclerosis, in analytical plates, as well as robots that place the Parkinson’s disease, etc. [2]. Aging is often accompanied experimental samples in the wells [23]. Nematodes by genomic damage, mitochondrial dysfunction, telomere have a transparent body and do not need to be stained shortening, epigenetic changes, proteostasis dysregulation, at all growth stages, so their internal organs are easily disruption of intercellular communication, and other visible under a microscope. At the subcellular and processes. Cellular aging is defined as a response to stress tissue levels, fluorescent label reporters are used to that gives cells an irreversible proliferative capacity, study the distribution of expressing genes and their thus causing the body to age [3]. protein products. Powerful phase-contrast microscopes Creating anti-aging drugs is a long process with enable scientists to observe the division and death of many variables and it is difficult to assess their effect individual worm cells [24, 25]. in clinical trials [4, 5]. Metformin is one of the drugs with an anti-aging effect that is used to treat diabetes C. elegans has a lifespan of only three weeks, which mellitus [6]. However, we should distinguish between makes it a convenient model to use. With sufficient drugs that are aimed at reversing the aging process and food, optimal temperatures, and population control, geroprotective drugs that can prevent premature aging nematodes can reach the adult growth stage in three and increase life expectancy [2, 7, 8]. days. Their embryogenesis is faster compared to other Polyphenols, whose molecules contain one or model organisms. At 20–25°C, the development of each more phenolic hydroxyl groups, exhibit antioxidant, cell can be traced in just 10–12 h. After embryonic antitumorous, cardioprotective, anticancerous, and development, nematode larvae go through several stages antimicrobial properties [9]. There is growing evidence (L1–L4) before becoming adults [26]. The studies into that phenolic acids, especially hydroxycinnamic acids, the lifespan of nematodes are usually carried out in have an effect on the regulation of lipid metabolism. For Petri dishes using liquid and solid nutrient media [27]. example, caffeic, ferulic, and coumaric acids significantly Thus, C. elegans can be used as model organisms to reduce hepatic lipids in rats with high cholesterol [10]. study the geroprotective properties of various bioactive Trans-cinnamic acid (3-phenylpropenoic acid) is substances. the main phenolic compound in plants [11]. Many studies have reported its geroprotective activity due to In this study, we aimed to isolate trans-cinnamic antibacterial, antidiabetic, anticancerous, and antiaging acid from the Baikal skullcap (S. baicalensis) and study properties [12, 13]. its geroprotective activity in the C. elegans nematode. Many medicinal plants growing in the Siberian Federal Okrug are sources of geroprotective com- Study objects and methods pounds [14]. For example, the Baikal skullcap (Scutellaria Our study objects were: baicalensis) contains flavonoids (quercetin, rutin, – in vitro root culture of the Baikal skullcap (Scutellaria catechin, luteonin, etc.), phenolic acids (caffeic, ferulic, baicalensis); p-coumaric, p-hydroxybenzoic, and cinnamic), vitamins, – in vitro root culture extract of the Baikal skullcap carotenoids, and terpenes [15–19]. In order to preserve (S. baicalensis); the diversity of its species, trans-cinnamic acid should – trans-cinnamic acid obtained from the in vitro root be isolated from this plant’s cell cultures in vitro [20]. culture extract of the Baikal skullcap (S. baicalensis); and Previous studies have found a significant amount of – soil nematodes Caenorhabditis elegans (strain N2 trans-cinnamic acid in the in vitro root culture extract Bristol). of S. baicalensis [21]. Germinated sterile seeds of S. baicalensis were used A number of model organisms are used to study the to obtain the root culture (Botanical Garden of the effect of bioactive substances of plant origin on the Immanuel Kant Baltic Federal University, Kaliningrad). aging process. They include nematodes (Caenorhab- The seeds were sterilized in several stages: they were ditis elegans), fruit flies (Drosophila melanogaster), washed with detergent, placed in 95% ethanol for 30 s, yeasts (Saccharomyces cerevisiae), short-lived fish and transferred to a 6% NaOCl solution for 30 min. (Nothobranchius furzeri), and rodents (mice and rats) [1]. After sterilization, the seeds were rinsed with sterile distilled water and then washed three times with it for 20 min. The seedlings grew for 14–28 days on a nutrient medium containing 50.00 mg of B5 macrosalts, 584
Федорова А. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591 10.00 mg of B5 microsalts, 5.00 mL of Fe-EDTA, treated with solutions of trans-cinnamic acid. However, 10.00 mg of thiamine, 1.00 mg of pyridoxine, 1.00 mg they were used in the lifespan and reproductivity tests of nicotinic acid, 30.00 g of sucrose, 100.00 mg of and were subjected to oxidative and thermal stress. inositol, 0.05 mg of 6-benzylaminopurine, 1.00 mg of indoleacetic acid, and 20.00 g of agar. The seedlings were To assess the effect of trans-cinnamic acid on transformed with the soil agrobacteria Agrobacterium nematodes, we used a stock solution of this acid in rhizogenes 15834 Swiss (Moscow, Russia). The in 10 mmol/L of dimethyl sulfoxide. Then, the acid was vitro root cultures of S. baicalensis were cultivated for titrated by diluting stock solutions in sterile distilled 5 weeks. They were first grown in 100 mL flasks (40 water to concentrations of 2000, 1000, 500, and 100 μM. mL of medium) and then transplanted into 300 mL Each well with nematodes was filled with 15 µL of flasks (100 mL of medium). The initial weight of the freshly prepared stock solutions, thus obtaining working root culture ranged from 0.5 to 1.0 g [21]. concentrations of trans-cinnamic acid of 2000, 1000, 500, and 100 µmol/L, respectively. The stocks were The extract of the S. baicalensis root culture was stored at 4°C. obtained by water-alcohol extraction. For this, the dried and crushed plant roots were treated with 30.0 ± 0.2% At the first stage, nematodes were cultivated on ethyl alcohol (1:86) at 70.0 ± 0.1°C for 6.0 ± 0.1 h. The solid agar. For this, a daily culture of E. coli OP50 was extraction was performed in an EKROS PE-4310 water obtained by inoculating one bacterial colony, which was bath (Ekroskhim, Russia) with a reflux condenser [28]. previously grown on L-broth (15 g bacteriological agar, 10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl, 1000 mL Then, trans-cinnamic acid was isolated from the distilled water), in 5–10 mL of L-broth (10 g tryptone, obtained water-alcohol extract of the S. baicalensis 5 g yeast extract, 10 g NaCl, 800 mL distilled water). root culture by high-performance liquid chromato- The bacteria were cultivated at 37°C for 24 h with graphy (HPLC) on a liquid chromatograph (Shimadzu intensive stirring. After the incubation of E. coli OP50, LC-20 Prominence, Japan). The process of isolation 50 μL of the overnight culture was inoculated into and purification consisted of several stages, namely: Petri dishes with an NGM medium (3 g NaCl, 17 g bacteriological agar, 2.5 g peptone, 975 mL distilled 1. The extract of the S. baicalensis root culture was water) and incubated at 37°C for 24 h. Then, an NGM evaporated under vacuum at 50°C max; medium was prepared for cultivating nematodes. For this, the autoclaved NGM agar medium was cooled to 2. Diethyl ether was added to the evaporated residue 55°C in an EKROS PE-4310 water bath (Ekroskhim, in three repetitions; Russia) for 15 min. Then, 1 mL of 1M CaCl2, 1 mL of 5 mg/mL cholesterol in alcohol, 1 mL of 1M MgSO4, 3. The ether fraction obtained was chromato- and 25 mL of 1M KPO4 buffer were added to the cooled graphed on PF silica gel in an n-hexane-acetone gradient agar. The nematodes were transferred to new NGM agar (1:0 → 0:1) to isolate hydroxycinnamic acids; and dishes in two ways: by a loop and by a piece of agar. The first method involved hooking a nematode with a 4. Trans-cinnamic acid was isolated by subsequent calcined and cooled bacteriological loop and planting rechromatography on PF silica gel in n-hexane- it on a bacterial lawn in the center of a new Petri dish chloroform (1:0 → 0:1). with NGM agar. In the second method, a 5×0.5 cm piece of agar containing a nematode was cut out with The trans-cinnamic acid isolated from the a sterile scalpel from an NGM dish and transferred to S. baicalensis root culture extract was at least 95% pure. the center of the new dish surface down. The dishes were incubated at 20°C. Infra-red (IR) spectroscopy was performed to analyze the chemical composition of trans-cinnamic acid on an At the second stage, the nematodes were synchronized. FSM-1202 apparatus (Infraspek, St. Petersburg, Russia). For this, 5–10 mL of sterile water was added to the IR spectra were recorded in potassium bromide disks Petri dish with a nematode and pipetted until its eggs (Fluka, Germany) in the range of 4000–400 cm–1 with were completely attached to the agar. The liquid from a resolution of 4 cm–1 and the number of scans being 30. the dish was placed in a 50 mL centrifuge tube and Air was used as a reference sample and it was recorded centrifuged for 2 min (1200 rpm). Then, the supernatant before the analysis of each sample. The Fspec (4.0.0.2) was removed and the precipitate was washed with 10 and Aspec (1.1) software was used to control the apparatus mL of distilled water and centrifuged as described and process spectral data. above. After repeated centrifugation, the supernatant was removed, and 5 mL of a freshly prepared mixture Next, we assessed the effect of trans-cinnamic of 1 mL of 10 N NaOH, 2.5 mL of household bleach, acid on the lifespan, stress (oxidative and thermal) and 6.5 mL of H2O was added to the precipitate. The resistance, and reproductive abilities of C. elegans mixture was thoroughly mixed on a vortex (Biosan, nematodes. The N2 Bristol strain was provided by the Latvia) for 10 min with a break every 2 min to observe Laboratory for the Development of Innovative Medicines the hydrolysis of nematodes under an Axio Observer Z1 and Agrobiotechnologies (Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprudny, Russia). The nematodes were fed on Escherichia coli OP50 provided by the V.A. Engelhardt Institute of Molecular Biology (Moscow, Russia). We used a total of 100 nematodes for all the stages of the study. The control nematodes were not 585
Fedorova A.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):582–591 microscope (Karl Zeiss, Germany). After that, 5 mL of and continued incubation in the thermostat at 20°C. M9 medium was added to neutralize the reaction. The The numbers of live and dead nematodes were counted resulting mixture was centrifuged for 2 min (2500 rpm). twice: after 24 and 48 h of incubation. The supernatant was removed, and 10 mL of sterile water was added to the precipitate, with washing and The resistance of C. elegans to thermal stress was centrifugation repeated 3 times. In the fourth repetition, studied by increasing the temperature to 33°C. Live the precipitate was washed with 10 mL of S-medium and dead nematodes were counted after 24 and 48 h and the test tube with nematode eggs was placed on a of incubation. slow shaker for a day at room temperature so that the nematodes could enter the L1 stage. The effect of trans-cinnamic acid on the reproductive ability of C. elegans was analyzed as follows. The When the nematodes reached the L1 stage, an synchronized nematodes at stage L1 in the S-medium overnight bacterial culture of E. coli OP50 was added with E. coli OP50 were placed in 48-well 270 μL to the S-medium. The culture had been previously washed plates and 30 μL of trans-cinnamic acid at the required from the L-broth and resuspended in the S-medium to concentration was immediately added to them. Thus, a concentration of 0.5 mg/mL. Then, 120 μL of the L1 larvae developed to the sexually mature stage of suspension containing bacteria and nematodes was added L4 in the presence of trans-cinnamic acid throughout to each well of a 96-well plate (TPP, Switzerland). The the experiment for 72 h. Trans-cinnamic acid at each plate was sealed with a film and left for 48 h at 20°C. concentration was added in triplicate. When the After that, 15 µL of 1.2 mM 5-fluoro-2-deoxyuredin nematodes reached stage L4, each well was filled (FUDR) was poured into each well and left for a day at with 300 μL of a lysis solution prepared in a 2-fold 20°C to prevent the nematodes from reproduction. At concentration and containing 2 mL of 10 M NaOH the end of incubation, the worms entered the L4 stage. and 5.0 mL of bleach in 3.0 mL ddH2O. The plate was Then, 15 μL of a solution with trans-cinnamic acid in covered with an adhesive film, placed in a MaxMate different concentrations was added to the wells and the plate shaker (USA), and vortexed for 5 min at 1800 rpm. plates were cultivated at 20°C on day 5. Then, the wells were filled with repeat nematodes for each test condition of each sample. The lysed nematodes Next, we analyzed the effects of trans-cinnamic acid were transferred into a 2 mL Eppendorf-type tube and on the lifespan of C. elegans nematodes, their resistance centrifuged for 2 min at 1100 g at room temperature in to oxidative and thermal stress, as well as reproductive an Eppendorf 5424 centrifuge (Eppendorf, USA). The ability. supernatants were collected and transferred into a new Eppendorf tube, with 1 mL of M9 buffer added to the To assess the effect of trans-cinnamic acid on the egg precipitate. The mixture was vigorously stirred and lifespan of C. elegans, we used the acid at concentrations centrifuged for 2 min at 1100 g at room temperature. of 0 (control), 10, 50, 100, 200 µmol/L. The experiment Then the procedure was repeated. Namely, the M9 was carried out in 96-well plates in the liquid S-medium washing medium was transferred into a new Eppendorf for the cultivation of nematodes in 6 repetitions. The tube, and 1 mL of distilled water was added to the egg numbers of live and dead nematodes were counted precipitate. The mixture was intensively stirred and every 4–7 days during 61 days of the experiment. The used later to count the number of eggs formed in the experiment was considered completed when all the L4 stage nematodes under the action of trans-cinnamic control nematodes died. acid. For the count, 100 µL was taken from 1 mL of the To determine the resistance of C. elegans to oxidative stress, we added 15 μL of 1M paraquat to each well O Transmission, % 100 OH 80 60 a 40 20 0 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Wavelength, cm-1 b Figure 1. Trans-cinnamic acid obtained from the water-alcohol extract of the Scutellaria baicalensis root culture in vitro: a) structure; b) IR-spectrum Рисунок 1. Транс-коричная кислота, полученная из водно-спиртового экстракта корневой культуры in vitro Scutellaria baicalensis: a) структура; b) ИК-спектр 586
Федорова А. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591 Table 1. Vibrational frequencies and their correlation with the structural fragments of trans-cinnamic acid obtained from the water- alcohol extract of the Scutellaria baicalensis root culture in vitro Таблица 1. Характеристичные колебательные частоты и их соотнесение с основными структурными фрагментами образца транс-коричной кислоты, полученной из водно-спиртового экстракта корневой культуры in vitro Scutellaria baicalensis Reference Wavelength, cm–1 Type of vibrations/bonds of structural fragments 3064 O Stretching vibrations ofOthe diene fragment = С-Н O OH OH OH O O 3026 O Stretching vibrations of the С-Н bond O OH OH OO O OOHH OH OO O OH O OH OO OHOH 1680 OH С=С of the diene fragment O O OO OH O O 1631 O O OOOHHH OH OH O OH O OH OHStretching vibrations C=O of the carboxyl group OH OH OH OH O O O OH O 1576, 1451, 1420, 1176 Planar stretching vibrations of theOС-С bonds of aromatic O OH O OH fragments OO O OOHH O O OH OH OH OO OH O OHO OHOH OOHH O 1332, 1313, 1221 O O O OH Planar deformation vibrations of the О-Н bond O OH OOH OH O OH OH O OH OO OH 1285 Stretching vibrations of the C-O bond O OH OH O97H9 OH OH Planar deformation vibrations of the ring hydroxyl groups Out-of-plane deformation vibration of the C-C bond O 766 O OH OH aqueous suspension of eggs previously obtained after band is determined by the C-H stretching vibrations the nematode lysis stage and transferred to a 96-well in the benzene ring. These bands can be considered as plate. The samples were placed in duplicate for each characteristic for trans-cinnamic acid. concentration of trans-cinnamic acid. The count was performed on an Axio Observer Z1 microscope In this case, the 1680 cm–1 band can also be considered (Karl Zeiss, Germany). If the well contained more as the C=C of the diene fragment. The 1631 cm–1 band is than 100 eggs, they were additionally diluted and due to the stretching vibrations of the carboxyl fragment. recounted. The 1576, 1451, 1420, and 1176 cm–1 bands correlate with the stretching vibrations of the aromatic fragment’s Results and discussion С-Н bonds. The absorption band at 1451 cm–1 is due to The results of IR spectroscopy of trans-cinnamic the deformation vibrations of the carboxyl fragment’s acid obtained from the in vitro root culture extract of C-O-H. The bands at 1332, 1313, and 1221 cm–1 result Scutellaria baicalensis are shown in Fig. 1 and Table 1. from the О-Н deformation vibrations and С-О stretching As we can see in the IR spectrum of trans-cinnamic vibrations, including those of the carboxyl fragment. acid (phenylpropenoic acid) isolated from S. baicalensis, The 1285 cm–1 band is associated with the stretching the 3064 cm–1 band is due to the stretching vibrations vibrations of the C-O bond. of the acid’s diene fragment =C-H, while the 3026 cm–1 The band at 979 cm–1 correlates with the diene fragment in the trans-form. The monosubstituted ring 587
Fedorova A.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):582–591 120 Surviving nematodes, % Survival, %100 Survival, %80 70.78956..93 80.660 90.7 69.795.140 74.6 7738..489966..8020 94.3 819.48.9 71.8 92.9 65.2 809.37.9 0 CoCnotnrotrlol1010µmµmolo/Ll/L5050µmµmolo/Ll/L10100µ0mµmolo/Ll/L20200µ0mµmolo/Ll/L 0 3 8 13 17 20 26 30 34 45 55 61 CultivaCtiuolntivtiamtieo,nhtime, h Lifespan, days 242h4 ч 484h8 ч Control 10 µmol/L 50 µmol/L 100 µmol/L 200 µmol/L Figure 4. The effect of trans-cinnamic acid isolated from the water-alcohol extract of the Scutellaria baicalensis Figure 2. The effect of trans-cinnamic acid isolated from the water-alcohol extract of the Scutellaria baicalensis in vitro root culture on the resistance of nematodes in vitro root culture on the lifespan to thermal stress of Caenorhabditis elegans nematodes Рисунок 4. Влияние транс-коричной кислоты, выделенной Рисунок 2. Влияние транс-коричной кислоты, выделенной из водно-спиртового экстракта корневой культуры из водно-спиртового экстракта корневой культуры in vitro Scutellaria baicalensis, на продолжительность жизни нематод in vitro Scutellaria baicalensis, на устойчивость нематод к температурному стрессу Caenorhabditis elegans root culture on the lifespan of Caenorhabditis Survival, % elegans nematodes. Survival, % As we can see in Fig. 2, on day 8 of the experiment, 85.9 trans-cinnamic acid at all the concentrations under study 70.785.9 (10, 50, 100, and 200 µmol/L) increased the lifespan of 70.7 worms (by 18.1, 26.3, 24.1, and 36.6%, respectively). From day 13 to 34, 200 µmol/L of trans-cinnamic 90.7 acid did not have a positive effect on the lifespan of 69.790.7 nematodes, unlike the other concentrations. From day 69.7 34 to 61, all the concentrations increased the percentage of surviving nematodes. The highest increase in lifespan 86.8 (9.8%) was observed in the nematodes treated with 73.846.8 50 µmol/L of trans-cinnamic acid. 73.4 Figures 3 and 4 show the effect of trans-cinnamic 94.3 acid isolated from the water-alcohol extract of the 81.984.3 S. baicalensis in vitro root culture on stress resistance. 81.8 As can be seen in Fig. 3, all the concentrations of 92.9 trans-cinnamic acid (10–200 µmol/L) had a positive 80.972.9 effect on the resistance of nematodes to oxidative stress 80.7 during 24 and 48 h, i.e. increased their survival, compared to the control. We also found a gradual decrease in CoCnotrnotlrol101µ0mµoml/oLl/L505µ0mµoml/oLl/1L0100µ0mµoml/oLl/2L0200µ0mµoml/oLl/L the percentage of surviving nematodes during 24-h CuCltuivltaitviaotniotnimtiem, he, h oxidative stress with increased concentrations of trans- cinnamic acid. 242h4 h 484h8 h After 5 days of nematode incubation in the presence Figure 3. The effect of trans-cinnamic acid isolated from of trans-cinnamic acid, the experimental plate was the water-alcohol extract of the Scutellaria baicalensis transferred to a 33°C incubator. Dead worms were in vitro root culture on the resistance of nematodes counted after 24 h of nematode incubation at elevated to oxidative stress temperature and after 48 h of incubation under prolonged thermal stress. Рисунок 3. Влияние транс-коричной кислоты, выделенной из водно-спиртового экстракта корневой культуры According to Fig. 4, trans-cinnamic acid significantly reduced the percentage of surviving nematodes under in vitro Scutellaria baicalensis, на устойчивость нематод при окислительном стрессе is characterized by an out-of-planedeformation vibration of the C-C bond at 766 and 711 cm–1. Thus, the spectral activity corresponded to the structural features of trans-cinnamic acid. Figure 2 shows the effect of trans-cinnamic acid (0 (control),10, 50, 100, and 200 µmol/L) isolated from the water-alcohol extract of the S. baicalensis in vitro 588
Федорова А. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591 160 148.49 spectral activity corresponded to the structural features of trans-cinnamic acid. Reproductivity, % 140 To study the geroprotective activity of trans-cinnamic 120 100 acid, we evaluated its effect in various concentrations on 100 the lifespan, oxidative and thermal stress resistance, as well as reproductivity of Caenorhabditis elegans used 80 as a model organism. As a result, we drew the following conclusions: 60 36.78 32.82 – all the studied concentrations of trans-cinnamic acid 40 21.91 increased the lifespan of C. elegans worms, with the highest increase achieved by 50 µmol/L; 20 – all the concentrations of trans-cinnamic acid (10– 200 µmol/L) had a positive effect on the resistance of 0 nematodes to oxidative stress increasing their survival, Control 10 µmol/L 50 µmol/L 100 µmol/L 200 µmol/L compared to the control; – under thermal stress, increased concentrations of trans- Figure 5. The effect of trans-cinnamic acid isolated from cinnamic acid significantly reduced the percentage of the water-alcohol extract of the Scutellaria baicalensis surviving nematodes; and – trans-cinnamic acid at a concentration of 100 µmol/L in vitro root culture on the reproductive abilities increased the reproductive capacity of nematodes, of nematodes producing 1.48 times more eggs, compared to the control. The remaining concentrations did not have Рисунок 5. Влияние транс-коричной кислоты, выделенной such an effect. из водно-спиртового экстракта корневой культуры in vitro Based on our data, trans-cinnamic acid can be used Scutellaria baicalensis, на репродуктивные способности as a bioactive substance with geroprotective properties. нематод However, further research is needed on other model organisms with detailed toxicity studies to determine thermal stress with increased concentrations from the full potential of trans-cinnamic acid as an anti-aging 10 to 200 µmol/L. agent capable of slowing down the aging process and extending life. Figure 5 shows the effect of trans-cinnamic acid isolated from the water-alcohol extract of the Contribution S. baicalensis in vitro root culture on the reproductive All the authors equally contributed to the study abilities of C. elegans nematodes. concept, data processing and analysis, as well as writing the manuscript. As we can see in Fig. 5, trans-cinnamic acid at the concentrations of 10, 50, and 200 µmol/L did not Conflict of interest significantly affect the reproductive performance of The authors declare that there is no conflict of interest nematodes, compared to the control. The concentration regarding the publication of this article. of 100 µmol/L was the most effective since it produced 1.48 times more eggs, compared to the control. Критерии авторства Все авторы внесли равный вклад в создание Conclusion исследования, обработку и анализ полученных Modern medical gerontology is looking for ways результатов, а также в оформление статьи. to increase life expectancy with a focus on geropro- tectors – special compounds that reduce the rate of Конфликт интересов aging. Plants are the main source of geroprotectors, Авторы заявляют об отсутствии конфликта including Scutellaria baicalensis. Since this is a rare интересов. plant included in the Russian Red Data Book, we used its root culture as a source of trans-cinnamic acid. In particular, we isolated trans-cinnamic acid from the water-alcohol extract of the S. baicalensis in vitro root culture b HPLC. The isolated bioactive compound was at least 95% pure. According to IR spectroscopy, the References/Список литературы 1. Folch J, Busquets O, Ettcheto M, Sánchez-López E, Pallàs M, Beas-Zarate C, et al. Experimental models for aging and their potential for novel drug discovery. Current Neuropharmacology. 2018;16(10):1466–1483. https://doi.org/10.2174/ 1570159X15666170707155345 2. Schmeer C, Kretz A, Wengerodt D, Stojiljkovic M, Witte OW. Dissecting aging and senescence – current concepts and open lessons. Cells. 2019;8(11). https://doi.org/10.3390/cells8111446 589
Fedorova A.M. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):582–591 3. Bartke A. New directions in research on aging. Stem Cell Reviews and Reports. 2022;18(4):1227–1233. https://doi. org/10.1007/s12015-021-10305-9 4. Gems D. What is an anti-aging treatment? Experimental Gerontology. 2014;58:14–18. https://doi.org/10.1016/ j.exger.2014.07.003 5. Zimina MI, Sukhih SA, Babich OO, Noskova SYu, Abrashina AA, Prosekov AYu. Investigating antibiotic activity of the genus bacillus strains and properties of their bacteriocins in order to develop next-generation pharmaceuticals. Foods and Raw Materials. 2016;4(2):92–100. https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-2-92-100 6. Chatsirisupachai K, Palmer D, Ferreira S, de Magalhães JP. A human tissue-specific transcriptomic analysis reveals a complex relationship between aging, cancer, and cellular senescence. Aging Cell. 2019;18(6). https://doi.org/10.1111/ acel.13041 7. Asyakina LK, Fotina NV, Izgarysheva NV, Slavyanskiy AA, Neverova OA. Geroprotective potential of in vitro bioactive compounds isolated from yarrow (Achilleae millefolii L.) cell cultures. Foods and Raw Materials. 2021;9(1):126–134. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-1-126-134 8. Dyshlyuk LS, Fedorova AM, Loseva AI, Eremeeva NI. Callus cultures of Thymus vulgaris and Trifolium pratense as a source of geroprotectors. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(2):423–432. https://doi.org/10.21603/2074- 9414-2021-2-423-432 9. Zyaitdinov DR, Evteev AV, Bannikova AV. Study of antioxidant and prebiotic properties of xylooligosaccharides and pofyphenols from secondary bioproducts of Cereafs. Modern Science and Innovations. 2020;31(3):50–58. https://doi. org/10.37493/2307-910X.2020.3.7 10. Wang Z, Ge S, Li S, Lin H, Lin S. Anti-obesity effect of trans-cinnamic acid on HepG2 cells and HFD-fed mice. Food and Chemical Toxicology. 2020;137. https://doi.org/10.1016/j.fct.2020.111148 11. Son J, Jang JH, Choi IH, Lim CG, Jeon EJ, Bae Bang H, et al. Production of trans-cinnamic acid by whole-cell bioconversion from L-phenylalanine in engineered Corynebacterium glutamicum. Microbial Cell Factories. 2021;20(1). https:// doi.org/10.1186/s12934-021-01631-1 12. Neganova ME, Semenov V, Semenova M, Redkozubova OM, Aleksandrova YuR, Lysova EA, et al. Bioisosteric analogues of cinnamic acid as effective neuroprotectors. Biomedical Chemistry: Research and Methods. 2018;1(3). (In Russ.). https://doi.org/10.18097/BMCRM00052 13. Dorkina EG, Paukova EO, Agadzhanyan ZS, Sadzhaya LA, Pavlova LM. Antioxidant and membrane-stabilizing effect of natural flavonoids in acute experimental carbon tetrachloride hepatosis. Development, research and marketing of new pharmaceutical products: collection of scientific papers. Pyatigorsk: Pyatigorsk State Pharmaceutical Academy; 2005. P. 336–338. (In Russ.). [Антиоксидантное и мембраностабилизирующее действие природных флавоноидов при остром экспериментальном тетрахлорметановом гепатозе / Е. Г. Доркина [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции: сборник научных трудов. Пятигорск: Пятигорская государственная фармацевтическая академия, 2005. С. 336–338.]. 14. Dyshlyuk LS, Dmitrieva AI, Ivanova SA, Golubtsova YuV, Ostroumov LA. Panax ginseng callus, suspension, and root cultures: extraction and qualitative analysis. Foods and Raw Materials. 2020;8(2):369–376. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2020- 2-369-376. 15. Martin J, Dušek J. Flavonoid accumulation in Scutellaria baicalensis Georgii in vitro cultures upon treatment with sodium cinnamate. Ceska a Slovenska Farmacie. 2007;56(6):280–283. 16. Sytar O, Hemmerich I, Zivcak M, Rauh C, Brestic M. Comparative analysis of bioactive phenolic compounds composition from 26 medicinal plants. Saudi Journal of Biological Sciences. 2018;25(4):631–641. https://doi.org/10.1016/ j.sjbs.2016.01.036 17. Yan B, Xu W, Su S, Zhu S, Zhu Z, Zeng H, et al. Comparative analysis of 15 chemical constituents in Scutellaria baicalensis stem-leaf from different regions in China by ultra-high performance liquid chromatography with triple quadrupole tandem mass spectrometry. Journal of Separation Science. 2017;40(18):3570–3581. https://doi.org/10.1002/ jssc.201700473 18. Wang Z-L, Wang S, Kuang Y, Hu Z-M, Qiao X, Ye M. A comprehensive review on phytochemistry, pharmacology, and flavonoid biosynthesis of Scutellaria baicalensis. Pharmaceutical Biology. 2018;56(1):465–484. https://doi.org/10.1 080/13880209.2018.1492620 19. Shen J, Li P, He C, Liu H, Liu Y, Sun X, et al. Simultaneous determination of 15 flavonoids from different parts of Scutellaria baicalensis and its chemometrics analysis. Chinese Herbal Medicines. 2019;11(1):20–27. https://doi.org/10.1016/ j.chmed.2018.09.005 20. Milentyeva IS, Le VМ, Kozlova OV, Velichkovich NS, Fedorova AM, Loseva AI, et al. Secondary metabolites in in vitro cultures of Siberian medicinal plants: Content, antioxidant properties, and antimicrobial characteristics. Foods and Raw Materials. 2021;9(1):153–163. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-1-153-163 21. Vesnina AD, Dmitrieva AI, Dyshlyuk LS. Extract of the root culture in vitro of the Baikal sucker – A perspective geroprotector. Food Technologies and Biotechnologies: Proceedings of the 17th All-Russian Conference of Young Scientists, 590
Федорова А. М. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 582–591 Postgraduates and Students dedicated to the Year of Science and Technology in the Russian Federation; 2021; Kazan. Kazan: Kazan National Research Technological University; 2021. p. 284–288. (In Russ.). [Веснина А. Д., Дмитриева А. И., Дышлюк Л. С. Биологически активные вещества корневой культуры in vitro шлемника байкальского – перспективные геропротекторы // Пищевые технологии и биотехнологии: Материалы ХVII Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием, посвященная Году науки и технологий в Российской Федерации. Казань, 2021. C. 284–288.]. 22. Dyshlyuk LS, Dmitrieva AI, Drozdova MYu, Milentyeva IS, Prosekov AYu. Relevance of bioassay of biologically active substances (BAS) with geroprotective properties in the model of the nematode Caenorhabditis elegans in in vivo experiments. Current Aging Science. 2022;15(2):121–134. https://doi.org/10.2174/1874609814666211202144911 23. Peterson ND, Pukkila-Worley R. Caenorhabditis elegans in high-throughput screens for anti-infective compounds. Current Opinion in Immunology. 2018;54:59–65. https://doi.org/10.1016/j.coi.2018.06.003 24. Ferguson GD, Bridge WJ. The glutathione system and the related thiol network in Caenorhabditis elegans. Redox Biology. 2019;24. https://doi.org/10.1016/j.redox.2019.101171 25. Wittkowski P, Marx-Stoelting P, Violet N, Fetz V, Schwarz F, Oelgeschläger M, et al. Caenorhabditis elegans as a promising alternative model for environmental chemical mixture effect assessment – A comparative study. Environmental Science and Technology. 2019;53(21):12725–12733. https://doi.org/10.1021/acs.est.9b03266 26. Ma L, Zhao Y, Chen Y, Cheng B, Peng A, Huang K. Caenorhabditis elegans as a model system for target identification and drug screening against neurodegenerative diseases. European Journal of Pharmacology. 2018;819:169–180. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2017.11.051 27. Zhang S, Li F, Zhou T, Wang G, Li Z. Caenorhabditis elegans as a useful model for studying aging mutations. Frontiers in Endocrinology. 2020;11. https://doi.org/10.3389/fendo.2020.554994 28. Asyakina LK, Fedorova AM, Dyshlyuk LS. Optimization of the parameters of in vitro extraction of root cultures Scutellaria galericulata, Scutellaria baicalensis, Potentilla alba. Food Industry. 2021;(10):82–85. (In Russ.). https://doi. org/10.52653/PPI.2021.10.10.001 591
2022 Т. 52 № 3 / ТехMниeкlnаiиkoтvaехEн.оIл. оeгtиaяl.пFищooеdвыPхroпcрeоsиsзiвnоgд:сTтeвch/nFiqooudesParoncdesTseicnhgn: oTleocghyn.iq2u0e2s2a;5n2d(T3e):c5h9n2o–lo6g0y1 ISSN 2074-9414 (Print) ISSN 2313-1748 (Online) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2389 Оригинальная статья https://elibrary.ru/TETAWN https://fptt.ru Особенности получения и применения мицеллярного казеина в технологии молокоемких белковых продуктов Е. И. Мельникова , Е. Б. Станиславская , Е. В. Богданова* , Е. Д. Шабалова Воронежский государственный университет инженерных технологий , Воронеж, Россия Поступила в редакцию: 02.06.2022 *Е. В. Богданова: [email protected], Принята после рецензирования: 11.08.2022 https://orcid.org/0000-0001-5053-2273 Принята к публикации: 06.09.2022 Е. И. Мельникова: https://orcid.org/0000-0002-3474-2534 Е. Б. Станиславская: https://orcid.org/0000-0002-0955-6238 Е. Д. Шабалова: https://orcid.org/0000-0002-7802-6150 © Е. И. Мельникова, Е. Б. Станиславская, Е. В. Богданова, Е. Д. Шабалова, 2022 Аннотация. Современные тенденции развития пищевой индустрии определяют новый взгляд на молоко как сырье для получения широкого ассортимента ингредиентов с различными функционально-технологическими свойствами. В этой связи большое научное и практическое значение имеют технологии белковых ингредиентов с применением мембранных методов фракционирования компонентов для сохранения нативных свойств белков. В нашей стране подобные технологии не разработаны. Цель работы – сформулировать технологические рекомендации по производству отечественного концентрата мицеллярного казеина. Объектами исследования являлись обезжиренное молоко, коммерческие концентраты мицеллярного казеина зарубежных производителей, образцы творога с массовой долей жира 9,0 % и сыра «Российский», выработанные по традиционной технологии. Показатели качества и безопасности опытных образцов, в том числе фракционный состав белков обезжиренного молока, анализ гранулометрического и аминокислотного составов, определяли с применением стандартных арбитражных и общепринятых методик. Был проведен сравнительный анализ химического состава и функционально-технологических свойств коммерческих образцов концентратов мицеллярного казеина различных производителей. Это позволило охарактеризовать тепловое воздействие на сырье при производстве концентратов и спрогнозировать перспективы их применения в технологии различных молочных продуктов. Экспериментально доказано, что образцы с высоким соотношением казеин:сывороточные белки и умеренно высокой тепловой обработкой увеличивают выход творога и сыра на 10–12 % в сравнении с традиционной рецептурой. Образцы с максимальной концентрацией неденатурированного сывороточного белкового азота обеспечивают повышение выхода белковых молочных продуктов на 2–3 % в сравнении с другими концентратами мицеллярного казеина. Было установлено соотношение казеин:сывороточные белки 80:20 в обезжиренном молоке, полученном в условиях ПАО МК «Воронежский». КМАФАнМ в нем составило не более 6×104, патогенные микроорганизмы отсутствуют. По результатам исследования рекомендованы режимы микрофильтрации, тепловой обработки и сушки обезжиренного молока для максимального сохранения нативных свойств белков. Для повышения массовой доли казеина в молоке целесообразно проводить микрофильтрацию с применением мембран с диаметром пор не менее 15 нм. Микробиологические показатели молока позволяют применять низкотемпературную пастеризацию (не выше 76 ± 2 °С с выдержкой 10–15 с). Ключевые слова. Мицеллярный казеин, белковые ингредиенты, переработка, обезжиренное молоко, фракционирование, сывороточные белки Финансирование. Работа выполнена в рамках проекта с использованием мер государственной поддержки развития кооперации российской образовательной организации высшего образования и организации реального сектора экономики с целью реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства, предусмотренного ПП Российской Федерации от 09 апреля 2010 г. № 218, по теме «Создание высокотехнологичного импортозамещающего производства белковых ингредиентов на основе молочного сырья для продуктов здорового питания» (соглашение № 075-11-2022-020 от 07.04.2022). Проект выполняется при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Минобрнауки России) . НИОКТР проводятся во ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ВГУИТ) . Для цитирования: Особенности получения и применения мицеллярного казеина в технологии молокоемких белковых продуктов / Е. И. Мельникова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2389 592
Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601 https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2389 Original article https://elibrary.ru/TETAWN Available online at https://fptt.ru/en Micellar Casein Production and Application in Dairy Protein Industry Elena I. Melnikova , Ekaterina B. Stanislavskaya , Ekaterina V. Bogdanova* , Ekaterina D. Shabalova Voronezh State University of Engineering Technologies , Voronezh, Russia Received: 02.06.2022 *Ekaterina V. Bogdanova: [email protected], Revised: 11.08.2022 https://orcid.org/0000-0001-5053-2273 Accepted: 06.09.2022 Elena I. Melnikova: https://orcid.org/0000-0002-3474-2534 Ekaterina B. Stanislavskaya: https://orcid.org/0000-0002-0955-6238 Ekaterina D. Shabalova: https://orcid.org/0000-0002-7802-6150 © E.I. Melnikova, E.B. Stanislavskaya, E.V. Bogdanova, E.D. Shabalova, 2022 Abstract. The modern food industry sees raw milk as a source of functional ingredients. Technologies of protein ingredients have a great scientific and practical importance because membrane fractionation methods preserve the native structure and properties of protein components. The resulting proteins have good fat profile, moisture retention, and emulsification characteristics, as well as perform some useful technological functions in food systems. They have no status of food additives and can be applied in various branches of food production. Unfortunately, the Russian food industry has no such technologies of its own. This article introduces some technological recommendations for the production of domestic micellar casein concentrate. The research involved skim milk, commercial micellar casein concentrates from various manufacturers, curd samples with 9.0% of fat in dry matter, and Rossiysky cheese produced according to traditional formulation and technology. The experiment relied on standard research methods of physical and chemical analysis to establish the chemical composition of the samples, e.g., fractional composition of skim milk proteins, grain-size distribution, amino acid profile, etc. The study involved a comparative analysis of the chemical composition, as well as functional and technological properties of commercial micellar casein concentrates from various manufacturers. A set of experiments made it possible to define the thermal effect on raw material and to predict the prospects for usage of the new technology. Samples with a high ratio of casein:whey proteins and a moderately high heat treatment increased the curd and cheese yield by 10–12% in comparison with the traditional formulation. Samples with the maximal concentration of undenatured milk-serum protein nitrogen increased the yield of protein dairy products by 2–3% in comparison with other samples of micellar casein concentrates. The ratio of casein:whey proteins was 80:20 in skim milk obtained at PJSC Dairy “Voronezhsky”. The optimal pore diameter was ≥ 15 nm. As for the microbiological properties, QMA&OAMO was 6×104 CFU/dm3, and no pathogenic microorganisms were detected. Therefore, low-temperature pasteurization proved feasible at ≤ 76 ± 2°C and 10–15 s of hold time. The micellar casein concentrate added certain functional and technological properties to the finished product, depending on the specific application scope. The new technology will enable the domestic food industry to overcome the existing import dependence. Keywords. Micellar casein, protein ingredients, processing, skim milk, fractionation process, whey proteins Funding. The research was financed by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Minobrnauka) as part of research topic “High-tech import-substituting healthy food products from dairy-based protein ingredients” (Agreement No. 075-11-2022-020, April 07, 2022). R&D was performed by the Voronezh State University of Engineering Technologies (VSUET) using state support for cooperation between institutions of higher education and real economy organizations, Decree of the Russian Federation Government (April 09, 2010, No. 218). For citation: Melnikova EI, Stanislavskaya EB, Bogdanova EV, Shabalova ED. Micellar Casein Production and Application in Dairy Protein Industry. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601. (In Russ.). https://doi. org/10.21603/2074-9414-2022-3-2389 Введение населения. Пищевая ценность молока состоит в том, Молоко и молочные продукты входят в список что оно содержит все необходимые для человеческого Доктрины продовольственной безопасности РФ организма питательные вещества (белки, жиры, и имеют большое значение в рационе питания углеводы, минеральные вещества, витамины и 593
Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601 воду) в сбалансированных соотношениях и легко целлярного казеина и сывороточных белков) [8, 9]. перевариваемой форме [1]. Современные тенденции Это обусловлено их способностью проявлять важ- развития пищевой индустрии определяют новый ные физико-химические свойства, такие как жиро- и взгляд на молоко-сырье как источник для получения влагоудерживание, эмульгирование, а также вы- широкого ассортимента ингредиентов с различными полнять ряд технологических функций в пищевых функционально-технологическими свойствами [2]. системах [10]. У белковых концентратов отсутствует Благодаря своим уникальным характеристикам статус пищевых добавок и литера с индексом «Е», что они нашли применение при производстве про- обеспечивает «чистую» этикетку готового пищевого дуктов функционального, специализированного продукта. Такие ингредиенты имеют широкую и детского питания, а также в мясной, молочной, сферу применения в различных отраслях пищевой пивобезалкогольной, кондитерской и хлебопекарной промышленности. отраслях пищевой промышленности [3, 4]. За рубежом рынок подобных белковых продуктов Большое научное и практическое значение в развит и востребован. Например, компания Arla Foods развитии данного направления имеют технологии Ingredients выделяет белки из молочного сырья и разработки белковых ингредиентов, содержащих использует их для производства продуктов детского, различные фракции казеина и сывороточных белков. клинического, спортивного и здорового питания. Их высокая биологическая ценность обусловлена Сырьем является молочная сыворотка, обезжирен- сбалансированным содержанием аминокислот с ное молоко и пахта. Это обеспечивает высокую разветвленной алифатической боковой цепью (валина, доходность предприятия, т. к., помимо возможности лейцина и изолейцина), а также легкой и почти полной производства ингредиентов с высокой пищевой и перевариваемостью в желудочно-кишечном тракте биологической ценностью и маржинальностью, человека [5, 6]. К таким ингредиентам относятся отсутствует необходимость в решении вопроса кислотный и сычужный казеины, казеинаты, утилизации вторичных отходов отрасли. копреципитаты, концентраты и изоляты молочных и сывороточных белков. Темпы их производства в Набирает популярность производство таких последние несколько лет постоянно растут (рис. 1). молочных ингредиентов, как концентрат и изолят ми- целлярного казеина. Их получают с использованием Технологии традиционных белковых ингреди- микро- и ультрафильтрации, которые обеспечивают ентов (казеины, казеинаты, копреципитаты) не максимальное сохранение нативной структуры белков обеспечивают сохранение их нативных свойств. и изменение соотношения казеин:сывороточные белки К более востребованным ингредиентам с высокой в сторону снижения содержания последних [7, 11]. В биологической ценностью относятся белко- зависимости от размера пор мембран соотношение вые концентраты, полученные с применением казеин:сывороточные белки в этом продукте может мембранных технологий фракционирования компо- находится в пределах от 85:15 до 95:5. Наиболее нентов как молока, так и вторичного молочного распространенной формой мицеллярного казеина сырья (например, концентраты молочных белков, ми- Сухая сыворотка 14 Сухая деминерализованная сыворотка Концентраты сывороточного белка 35 % Концентраты сывороточного белка 50–89 % Изоляты сывороточного белка Казеин, казеинаты Концентраты молочного белка 42–85 % Концентраты молочного белка 85 % Нативная сыворотка 0 2 4 6 8 10 12 % прироста Рисунок 1. Рост производства молочных ингредиентов за период 2018–2021 гг. [7] Figure 1. Dairy ingredients: production growth in 2018–2021 [7] 594
Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601 является продукт с соотношением 92:8. Реализация – определить требования к качеству и безопасности технологий фракционирования в этом направлении молока-сырья для производства концентрата позволяет получать концентрат мицеллярного мицеллярного казеина; казеина и нативную сыворотку, характеризующуюся – обосновать режимы отдельных технологических отсутствием гликомакропептида [12]. операций получения концентрата мицеллярного казеина с учетом необходимых функционально- Концентрат мицеллярного казеина содержит технологических характеристик готового продукта казеин в нативной (мицеллярной) форме, а также для организации его производства в условиях филиала часть нативных сывороточных белков, поэтому имеет «Калачеевский сырзавод» ПАО Молочный Комбинат аминокислотный профиль, отличающийся от тради- «Воронежский». ционных казеинов, казеинатов и копреципитатов. Он характеризуется самой высокой биологической Объекты и методы исследования ценностью и высоким коэффициентом эффектив- В качестве объектов исследований были выбраны ности белка среди молочных продуктов [13]. Более обезжиренное молоко, выработанное на ПАО МК «Во- медленный метаболизм казеина, по сравнению ронежский», концентраты мицеллярного казеина с сывороточными белками, позволяет отнести различных зарубежных производителей (ZUK мицеллярный казеин к идеальной смеси белков для «Pienas LT» (Литва), Ingredia (Франция), Murray обеспечения положительного азотистого баланса в Goulburn (Австралия)), а также образцы творога с течение длительного периода времени. массовой долей жира 9,0 % и сыра «Российский», выработанные с применением концентрата мицел- Сохранение нативных свойств белков молока лярного казеина по традиционной технологии. обеспечивает уникальные функционально-техноло- Отбор проб объектов исследования и подготовку гические характеристики концентрата мицеллярного их к анализу проводили в соответствии с ГОСТ казеина. Например, высокую термостабильность, 26809.1-2014. Для изучения физико-химических т. е. концентрат мицеллярного казеина устойчив показателей, а также установления химического к температурам выше 80 °С при нейтральном состава сырья и опытных образцов использовали рН [14]. Низкое содержание лактозы в нем стандартные арбитражные и общепринятые в обуславливает снижение скорости протекания реакции исследовательской практике методики, описанные меланоидинообразования при тепловой обработке и в различных нормативных документах РФ, а также уменьшение вероятности покоричневения пищевых модифицированные, усовершенствованные и спе- продуктов по сравнению с другими белковыми циальные, выполненные с применением совре- ингредиентами. В отличие от классических казеинов менных приборов и информационных технологий. концентрат мицеллярного казеина характеризуется Исследования проводили в лабораториях кафедры практически полным отсутствием посторонних вкусов технологии продуктов животного происхождения и запахов, а также лучшей растворимостью в воде. ФГБОУ ВО «Воронежский государственный универ- Концентрат мицеллярного казеина способен связывать ситет инженерных технологий», ПАО МК «Во- 5–8 г воды и 2–3 г жира на 1 г. Это позволяет ронежский», научно-испытательной лаборатории увеличить выход молокоемкой белковой продукции «Молоко» ФГАНУ «Всероссийский научно-иссле- (сыр и творог) и улучшить ее консистенцию [14, 15]. довательский институт молочной промышленности» Растворы концентрата мицеллярного казеина (ВНИМИ, Москва). характеризуются высокой стабильностью пены – она Фракционный состав белков обезжиренного практически не разрушается. молока. Анализ осуществляли посредством модульной системы для высокоэффективной Мировые объемы производства концентрата жидкостной хроматографии с диодноматричными, мицеллярного казеина небольшие. В нашей рефрактометрическими, флуориметрическими и низко- стране подобные продукты не выпускаются. температурными по светорассеянию «Маэстро Поэтому организация производства концентратов ВЭЖХ» (ООО «ИНТЕРЛАБ», Москва) детекторами мицеллярного казеина на отечественных предприятиях в сочетании с тандемной масс-спектрометрией. Для является актуальной задачей молочной отрасли, обработки результатов было использовано специ- решение которой позволит обеспечить пищевую альное программное обеспечение для сервисного промышленность и население страны полноценными обслуживания прибора. белками животного происхождения. Анализ гранулометрического состава. Размеры частиц коммерческих образцов концентратов Цель работы – сформулировать технологичес- мицеллярного казеина различных зарубежных кие рекомендации по производству концентрата производителей определяли с применением лазер- мицеллярного казеина из обезжиренного молока ного дифракционного анализатора размера частиц в условиях филиала «Калачеевский сырзавод» LS 13 320 XR («Beckman Coulter», США). Анализ ПАО Молочный Комбинат «Воронежский». Для ее достижения сформулированы следующие задачи: – исследовать состав и свойства образцов концентрата мицеллярного казеина различных производителей; 595
Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601 осуществляли методом динамического светорассеяния операции: пастеризацию обезжиренного молока, с обработкой результатов с помощью программного его микро-, ультра- и диафильтрацию, а также обеспечения ADAPT Software. Преимуществом распылительную сушку. С целью выявления этого прибора является возможность установления возможных особенностей технологических ре- размера частиц в наноэмульсиях и наносуспен- жимов обработки обезжиренного молока для зиях. Эксперименты проводили с использованием получения высококачественного концентрата сухого модуля и модуля с непрерывной многократ- мицеллярного казеина проведен сравнительный ной рециркуляцией анализируемого образца. Это анализ химического состава и свойств несколь- позволило изучить кинетику его восстановления [16]. ких коммерческих образцов готового продукта различных зарубежных производителей (табл. 1 и 2, Аминокислотный состав определяли с при- рис. 2 и 3). В Российской Федерации безопасность менением системы капиллярного электрофо- подобных продуктов определяется ТР ТС 033/2013 реза P/ACA MDQ («SCIEX LLC», США). Сущность и ТР ТС 021/2011. Конкретные стандарты, регла- метода заключается в разложении пробы для ментирующие качество и безопасность концентрата анализа кислотным гидролизом с переводом мицеллярного казеина, отсутствуют. аминокислот в свободные формы, получении фенилизотиокарбамильных производных амино- Об избыточном температурном воздействии при кислот, дальнейшем их разделении и количественном производстве продукта свидетельствуют результаты определении методом капиллярного электрофореза. анализа на наличие пригорелых частиц. Образец Для количественного определения результатов ZUK «Pienas LT» (Литва) содержит минимально анализа было использовано встроенное программное возможное их количество. обеспечение 32 Karat Software. Тепловое число сухих продуктов характеризует Каждый показатель был измерен от 5 до 10 раз степень воздействия высокой температуры на в трехкратной последовательности. Расчеты, постро- белковые компоненты, приводящую к их воз- ение графиков и их описание проводили методами можной последующей денатурации. В основе математической статистики с помощью приложений принятой международной классификации сухих Microsoft Office 16 для Windows 10. Графические продуктов по этому показателю лежит зависимость интерпретации и обработку данных осущест- увеличения доли связанного с казеином сывороточ- вляли посредством пакета прикладных программ ного белка β-лактоглобулина в результате его MathCad 16.0. денатурации по мере повышения температуры или продолжительности тепловой обработки сырья и Результаты и их обсуждение промежуточных продуктов. Это нежелательное Технологический процесс получения концен- явление для технологического процесса, поскольку трата мицеллярного казеина включает следующие Таблица 1. Химический состав концентратов мицеллярного казеина различных производителей Table 1. Chemical composition of micellar casein concentrates from various manufacturers Наименование показателя ZUK «Pienas LT» (Литва) Образцы Murray Goulburn (Австралия) 6,18 ± 0,20 Ingredia (Франция) 6,06 ± 0,20 Массовая доля влаги, % 78,60 ± 0,22 79,85 ± 0,22 Массовая доля общего белка, % 84,68 6,02 ± 0,20 85,92 Массовая доля белка в СОМО, % 87:13 77,79 ± 0,22 85:15 Соотношение казеин: сывороточные белки 1,00 ± 0,15 82,86 1,00 ± 0,15 Массовая доля жира, % 4,80 ± 0,50 90:10 3,56 ± 0,50 Массовая доля лактозы, % 15,70 ± 1,00 15,40 ± 1,00 Кислотность, °Т 7,01 ± 0,02 0,10 ± 0,05 6,93 ± 0,02 Активная кислотность, ед. рН 8,55 ± 0,06 4,51 ± 0,50 7,00 ± 0,06 Массовая доля золы, % 14,50 ± 1,00 Пригорелые частицы, диск А 7,05 ± 0,02 А/В Содержание кальция, мг% 2506,40 ± 375,96 7,59 ± 0,06 2180,47 ± 327,07 Содержание фосфора, мг% Содержание натрия, мг/кг 690,60 ± 0,30 А/В 640,90 ± 0,30 Содержание калия, мг/кг 808,16 ± 121,22 2460,40 ± 369,06 359,46 ± 53,92 Содержание магния, мг/кг 4312,31 ± 517,48 1696,97 ± 203,64 498,53 ± 64,81 669,90 ± 0,30 486,89 ± 63,30 277,90 ± 41,69 1406,11 ± 168,73 365,86 ± 47,56 596
г/100 г продуктаМельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601 14 12 10 8 6 4 2 0 ZUK «Pienas LT» (Литва) Ingredia (Франция) Murray Goulburn (Австралия) Рисунок 2. Аминокислотный состав изученных коммерческих образцов Figure 2. Amino acid composition of commercial samples Таблица 2. Сравнительный анализ функционально-технологических свойств концентратов мицеллярного казеина различных коммерческих образцов Table 2. Functional and technological properties of various commercial micellar casein concentrates Наименование показателя ZUK «Pienas LT» Образцы Murray Goulburn (Литва) Ingredia (Австралия) Показатель термообработки, 86,4 (Франция) 83,6 тепловое число Класс термообработки Умеренно 88,6 Умеренно высокотемпературная высокотемпературная UMSPN, мг/г сухого продукта Высокотемпературная Диспергируемость, % 2,2 3,4 Смачиваемость, % 55,94 ± 2,24 1,2 59,53 ± 2,38 Объемная насыпная плотность, г/см3 Менее 1,0 55,84 ± 2,22 Менее 1,0 Рыхлая насыпная плотность, г/см3 0,357 ± 0,028 Менее 1,0 0,364 ± 0,030 Насыпная плотность, г/см3 0,458 ± 0,036 0,390 ± 0,030 0,461 ± 0,036 Индекс растворимости, см3 сырого осадка 0,503 ± 0,039 0,448 ± 0,035 0,497 ± 0,039 0,20 ± 0,01 0,479 ± 0,037 0,10 ± 0,01 0,15 ± 0,01 денатурированные белки теряют способность к полной сухом концентрате мицеллярного казеина определяют регидратации, эмульгированию, пенообразованию, способность к восстановлению сухого продукта, его а также снижают их водосвязывающие и влаго- смачиваемость, диспергируемость и возможность удерживающие свойства. Тепловое число является применения в рецептурах других продуктов [18–21]. значимым показателем для регулирования темпе- В связи с этим был изучен гранулометрический состав ратуры пастеризации и распылительной сушки в коммерческих образцов концентрата мицеллярного технологии концентрата мицеллярного казеина. казеина (рис. 3). Важная характеристика сухих продуктов – размер Небольшой размер частиц (до 90 мкм) и частиц, влияющий на физические свойства: насыпную правильная форма позволяют получить плотную плотность, плотность частиц, межклеточный воздух упаковку с незначительным содержанием абсорбиро- и сыпучесть [17]. Размер частиц и их распределение в ванного воздуха, а также способствуют полной 597
Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601 60 60 50 50 40 40 % % 30 30 20 20 10 10 0 0 до 50 мдком5050м–к6м3 м5к0м–63 6м4к–м80 м6к4м–8081м–к9м0 м8к1м–9091м–к1м409м1к–м14104м1к–м16014м1к–м16106м1к–м18016м1к–м18108м1к–м25018м1к–м250 мкм ZUK «PZieUnKas«LPTie»n(aЛs иLтTв»а)(ЛитваI)ngrediaIn(Фgrрeаdнiaц(иФя)ранцияM) urray MGouurrlabyurGno(uАlbвсuтrnра(лАивяс)тралия) Рисунок 3. Распределение сухих частиц концентрата мицеллярного казеина различных коммерческих образцов по размерам Figure 3. Dry particle garin-size distribution of various commercial micellar casein concentrates Таблица 3. Химический состав и свойства средней пробы обезжиренного молока Table 3. Chemical composition and properties of average skim milk sample Показатель Нормативная документация на метод анализа Значение ГОСТ Р 54668-2011 10,3 ± 0,4 Массовая доля сухих веществ, % ГОСТ Р 54668-2011 9,8 ± 0,4 ГОСТ Р 53951-2010 3,35 ± 0,05 Массовая доля СОМО, % 2,460 ± 0,033 ISO/CD 17997-1/IDF 29-1 0,62 ± 18,00 % относ. Массовая доля общего белка, %, ГОСТ 34536-2019 1,54 ± 0,50 % относ. в т. ч. казеина Метод ВЭЖХ 3,69 ± 0,50 % относ. сывороточных белков, 0,491 ± 0,500 % относ. в т. ч. α-лактальбумина, мг/см3 ГОСТ 55246-2012 0,025 ± 0,500 % относ. β-лактоглобулина, мг/см3 СТБ ISO 17997-1-2012 0,0313 ± 0,0030 альбумина сыворотки крови, мг/см3 0,061 ± 0,004 лактоферрина, мг/см3 ГОСТ 5867-90 0,05 ± 0,03 небелкового азота, % ГОСТ Р 54667-2011 4,95 ± 0,70 неказеинового азота, % ГОСТ Р 55331-2012 118,37 ± 0,50 ГОСТ 31980-2012 69,08 ± 0,12 Массовая доля жира, % ГОСТ 3624-92 18 ± 2 Массовая доля лактозы, % ГОСТ 32892-2014 6,74 ± 0,04 ГОСТ Р 54758-2011 1034,0 ± 1,0 Содержание кальция, мг% ГОСТ 25228-82 I Содержание общего фосфора, мг% ГОСТ 32901-2014 ГОСТ 31659-2012 6×104 Титруемая кислотность, °Т (ISO 6579:2002) Отсутствуют Активная кислотность, рН Плотность, кг/м3 Группа термоустойчивости по алкогольной пробе КМАФАнМ, КОЕ/см3 Патогенные микроорганизмы, в т. ч. сальмонеллы в 25 см3 продукта регидратации с более высокой скоростью в срав- технологических свойств готового продукта в нении с крупными сухими частицами (табл. 2, зависимости от конкретной сферы его применения. рис. 3) [22]. Крупные частицы концентрата ми- целлярного казеина характеризуются большей Коммерческие образцы концентрата мицеллярного смачиваемостью и диспергируемостью. Этому спо- казеина были применены для выработки нескольких собствует низкое содержание молочного жира в партий творога с массовой долей жира 9,0 % на исходной смеси. Регулирование условий сушки поточно-механизированной линии Tewes-Bis и сыра отдельной партии концентрата мицеллярного казеина «Российский» в условиях ПАО МК «Воронежский». позволит обеспечить варьирование функционально- Установлено, что концентрат мицеллярного казеина с высоким соотношением казеин:сывороточные 598
Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601 белки и умеренно высокой тепловой обработ- Выводы кой (ZUK «Pienas LT» (Литва) и Murray Goulburn По результатам проведенных исследований (Австралия)) увеличивают выход готового продукта образцов концентрата мицеллярного казеина на 10–12 % в сравнении с традиционной рецептурой. различных производителей установлено, что на Концентрат мицеллярного казеина производства повышение выхода белковых молочных продуктов, Murray Goulburn (Австралия) характеризуется выработанных с применением концентрата мицел- максимальной концентрацией неденатурирован- лярного казеина, влияние оказывают соотношение ного сывороточного белкового азота (табл. 2). в них казеин:сывороточные белки и степень Это обеспечивает повышение выхода белковых денатурации белков в процессе производства. молочных продуктов на 2–3 % в сравнении с Поэтому технология получения концентрата другими образцами концентрата мицеллярного мицеллярного казеина из обезжиренного молока казеина. Таким образом, перспективным является в условиях филиала «Калачеевский сырзавод» производство концентрата мицеллярного казе- ПАО Молочный Комбинат «Воронежский» должна ина с максимально возможным изменением соот- включать применение мембранных методов для ношения казеин:сывороточные белки (92:8), но изменения соотношения казеин:сывороточные с тепловым числом, соответствующим умеренно белки до 92:8, а также пастеризацию молока- высокотемпературной обработке. сырья при температуре не выше 76 ± 2 °С с выдержкой 10–15 с и щадящие режимы сушки Определены требования к качеству обезжиренного концентрированной смеси для максимального молока-сырья и обоснованы технологические режи- сохранения нативных свойств молочных белков. В мы его обработки для максимального сохранения этой связи для обеспечения безопасности концентрата нативных свойств в процессе получения концент- мицеллярного казеина по микробиологическим рата мицеллярного казеина. Наиболее важными показателям общая бактериальная обсемененность характеристиками являются массовая доля белка обезжиренного молока-сырья не должна превышать и микробиологические показатели (в соответствии с 5×105 КОЕ/см3. ТР ТС 033/2013 КМАФАнМ не более 5×105 КОЕ/см3, сальмонеллы не допускаются в 25 см3). Это обу- Критерии авторства словлено щадящими режимами тепловой обра- Е. И. Мельникова руководила проектом, пред- ботки в технологическом процессе. Усредненные ложила методику проведения эксперимента значения показателей качества обезжиренного и организовала производственные испытания, молока, полученного в условиях ПАО МК «Воро- проводила консультации в ходе исследования. нежский», представлены в таблице 3. Е. Б. Станиславская проводила поиск литератур- ных источников и патентный поиск по исследуемой Установлено, что соотношение казеин:сыворо- проблеме. Е. В. Богданова написала рукопись и точные белки в исследованном обезжиренном корректировала ее до подачи в редакцию, несет ответ- молоке составляет 80:20. Поскольку средний ственность за плагиат. Е. Д. Шабалова проводила диаметр казеиновых мицелл в коровьем молоке экспериментальные исследования. находится в диапазоне 30–400 нм, субмицелл – 10–30 нм, а сывороточных белков – 4–15 нм, то для Конфликт интересов повышения содержания массовой доли казеина целе- Авторы заявляют об отсутствии конфликта сообразно подвергать его микро- и диафильтрации интересов. с применением мембран с диаметром пор не менее 5 нм [23]. Различные типы микрофильтрацион- Contribution ных мембран (полимерные или керамические) харак- E.I. Melnikova managed the project, proposed теризуются разной селективностью по белку. В a scheme of the experiment and organized produc- сочетании со строго установленным фактором tion trials, conducted consultation during the study. концентрирования этот вид обработки обезжиренного E.B. Stanislavskaya reviewed of the literature and молока будет определять состав конечного продукта conducted the patent search on an investigated problem. и выход концентрата мицеллярного казеина. E.V. Bogdanova wrote the manuscript, corrected it before filing in editing and is responsible for plagiarism. Микробиологические показатели обезжиренного E.D. Shabalova conducted an experiment. молока (КМАФАнМ и отсутствие патоген- ных микроорганизмов), полученного в условиях Conflict of interest ПАО МК «Воронежский», позволяют применять The authors declare that there is no conflict of interest низкотемпературную пастеризацию в процессе regarding the publication of this article. выработки концентрата мицеллярного казеина для максимально возможного сохранения нативных свойств используемого сырья. 599
Melnikova E.I. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):592–601 References/Список литературы 1. Prosekov AYu, Ivanova SA. Food security: The challenge of the present. Geoforum. 2018;91:73–77. https://doi. org/10.1016/j.geoforum.2018.02.030 2. Volodin DN, Gridin AS, Evdokimov IA. Prospects of the production of dry protein ingredients based on the milk raw materials. Dairy Industry. 2020;(1):29–30. (In Russ.). [Володин Д. Н., Гридин А. С., Евдокимов И. А. Перспективы производства сухих белковых ингредиентов на основе молочного сырья // Молочная промышленность. 2020. № 1. С. 28–30.]. 3. Królczyk JB, Dawidziuk T, Janiszewska-Turak E, Sołowiej B. Use of whey and whey preparations in the food industry – A review. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences. 2016;66(3):157–165. https://doi.org/10.1515/pjfns- 2015-0052 4. Meena GS, Singh AK, Panjagari NR, Arora S. Milk protein concentrates: Opportunities and challenges. Journal of Food Science and Technology. 2017;54(10):3010–3024. https://doi.org/10.1007/s13197-017-2796-0 5. Gmoshinskiy IV, Zilova IS, Zorin SN, Demkina EYu. Membrane technologies – an innovative method of protein biological value increasing in young children feeding. Current Pediatrics. 2012;11(3):57–64. (In Russ.). https://doi.org/10.15690/ vsp.v11i3.297 6. Halavach TN, Kurchenko VP, Zhygankov VG, Evdokimov IA. Determination of physicochemical, immunochemical and antioxidant properties, toxicological and hygienic assessment of whey protein concentrate and its hydrolysate. Foods and Raw Materials. 2015;3(2):105–114. https://doi.org/10.12737/13127 7. Carter BG, Cheng N, Kapoor R, Meletharayil GH, Drake MA. Invited review: Microfiltration-derived casein and whey proteins from milk. Journal of Dairy Science. 2021;104(3):2465–2479. https://doi.org/10.3168/jds.2020- 18811 8. Lyalin VA, Mikheev MS. Membrane technologies and equipment in the dairy industry. Milk Processing. 2020;254(12): 28–31. (In Russ.). [Лялин В. А., Михеев М. С. Мембранные технологии и оборудование в молочной промышленности // Переработка молока. 2020. Т. 254. № 12. С. 28–31.]. 9. Korotkiy IA, Plotnikov IB, Mazeeva IA. Current trends in whey processing. Food Processing: Techniques and Technology. 2019;49(2):227–234. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2019-2-227-234 10. Kumar P, Sharma N, Ranjan R, Kumar S, Bhat ZF, Jeong DK. Perspective of membrane technology in dairy industry: A review. Asian-Australasian Journal of Animal Science. 2013;26(9):1347–1358. https://doi.org/10.5713/ ajas.2013.13082 11. Chelnokov VV, Mikhailov AV, Zabolotnaya E. The relevance of industrial use of membrane technology in the Russian Federation. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2020;34(6):69–71. (In Russ.). [Челноков В. В., Михайлов А. В., Заболотная Е. Актуальность использования в промышленных масштабах мембранных технологий в Российской Федерации // Успехи в химии и химической технологии. 2020. Т. 34. № 6. С. 69–71.]. 12. Ahmad T, Aadil RM, Ahmed H, Rahman U, Soares BCV, Souza SLQ, et al. Treatment and utilization of dairy industrial waste: A review. Trends in Food Science and Technology. 2019;88:361–372. https://doi.org/10.1016/ j.tifs.2019.04.003 13. Smirnova IA, Gutov NYu, Lukin AA. Research of composition of milk protein concentrates. Food Processing: Techniques and Technology. 2018;48(1):85–90 (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2018-1-85-90 14. Verruck S, Sartor S, Marenda FB, Barros ELS, Camelo-Silva C, Canella MHM, et al. Influence of heat treatment and microfiltration on the milk proteins properties. Advances in Food Technology and Nutritional Sciences. 2019;5(2):54–66. http://doi.org/10.17140/AFTNSOJ-5-157 15. Kruchinin AG, Illarionova EE, Bigaeva AV, Turovskaya SN. The role of dry milk technological properties in forming the quality of food systems. Bulletin of KSAU. 2020;161(8):166–173. (In Russ.). https://doi.org/10.36718/1819- 4036-2020-8-166-173 16. Galstyan AG, Petrov AN, Illarionova EE, Semipyatniy VK, Turovskaya SN, Ryabova AE, et al. Effects of critical fluctuations of storage temperature on the quality of dry dairy product. Journal of Dairy Science. 2019;102(12):10779–10789. https://doi.org/10.3168/jds.2019-17229 17. Radaeva IA, Illarionova EE, Turovskaya SN, Ryabova AE, Galstyan AG. Principles of domestic dry milk quality assurance. Food Industry. 2019;(9):54–57. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10145 18. Felix da Silva D, Ahrné L, Ipsen R, Hougaard AB. Casein-based powders: Characteristics and rehydration properties. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2018;17(1)240–254. https://doi.org/10.1111/ 1541-4337.12319 600
Мельникова Е. И. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 592–601 19. Wu S, Cronin K, Fitzpatrick J, Miao S. Updating insights into the rehydration of dairy-based powder and the achievement of functionality. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2022;62(24):6664–6681. https://doi.org/ 10.1080/10408398.2021.1904203 20. Kruchinin AG, Turovskaya SN, Illarionova EE, Bigaeva AV. Evaluation of the effect of κ-casein gene polymorphism in milk powder on the technological properties of acid-induced milk gels. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):53–66. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-53-66 21. Batista MA, Campos NCA, Silvestre MPC. Whey and protein derivatives: Applications in food products development, technological properties and functional effects on child health. Cogent Food and Agriculture. 2018;4(1). https://doi.org/ 10.1080/23311932.2018.1509687 22. Ji J, Fitzpatrick J, Cronin K, Maguire P, Zhang H, Miao S. Rehydration behaviours of high protein dairy powders: The influence of agglomeration on wettability, dispersibility and solubility. Food Hydrocolloids. 2016;58:194–203. https:// doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.02.030 23. Tyopel A. Chemistry and physics of milk. St. Petersburg: Professiya; 2012. 831 p. (In Russ.). [Тёпел А. Химия и физика молока. СПб.: Профессия, 2012. 831 с.]. 601
2022 Т. 52 № 3 / Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 ISSN 2074-9414 (Print) ISSN 2313-1748 (Online) Техника и технология пищевых производств / Food Processing: Techniques and Technology https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2390 Обзорная статья https://elibrary.ru/THZGWA https://fptt.ru Алкогольные напитки с томатными продуктами А. Е. Чусова* , И. М. Жаркова , А. В. Коркина , А. А. Пронькина , В. П. Хиценко Воронежский государственный университет инженерных технологий , Воронеж, Россия Поступила в редакцию: 13.01.2022 *А. Е. Чусова: [email protected], Принята после рецензирования: 09.03.2022 https://orcid.org/0000-0003-1237-4870 Принята к публикации: 05.04.2022 И. М. Жаркова: https://orcid.org/0000-0001-8662-4559 А. В. Коркина: https://orcid.org/0000-0002-9298-5948 А. А. Пронькина: https://orcid.org/0000-0002-8183-6082 В. П. Хиценко: https://orcid.org/0000-0002-0656-9308 © А. Е. Чусова, И. М. Жаркова, А. В. Коркина, А. А. Пронькина, В. П. Хиценко, 2022 Аннотация. Разработка алкогольных и безалкогольных напитков с использованием нетрадиционного овощного сырья способствует расширению ассортимента продукции и позволяет промышленным предприятиям осваивать новые сегменты рынка. Цель исследования – обобщение и анализ современных данных об использовании продуктов переработки плодов томатов в технологии алкогольных напитков. Объектами исследования являлись научные статьи открытого доступа и патенты, связанные с разработкой алкогольных и безалкогольных напитков с использованием томатных продуктов. Поиск вели по информационным базам Pubmed, E-library, Cyberleninka, Espacenet и Patentscope. Период поиска – с 2005 по 2021 гг. Систематизацию информации осуществляли методами анализа, сравнения и описания. Был проанализирован российский и зарубежный опыт использования продуктов переработки томатов в технологии напитков. Большинство разработок сосредоточено на применении томатного сока в производстве безалкогольных напитков для повышения их пищевой ценности, улучшения органолептических показателей качества, расширения ассортимента продукции, в том числе предназначенной для людей, страдающих сахарным диабетом, и придания функциональных свойств (а именно антиоксидантных). В производстве пивных напитков используют измельченную мякоть томатов, сок или пюре. Информации о влиянии сортовой принадлежности томатов на получение заявленного технического результата не обнаружено. Проведенный анализ свидетельствует о необходимости исследования влияния особенностей состава томатов (красноплодных, желтоплодных и темноокрашенных) на органолептические и физико-химические показатели качества пивных напитков, а также получения полуфабриката из вторичных продуктов переработки томатов (выжимок) для повышения пищевой ценности пивных напитков. Ключевые слова. Томаты, пиво, ассортимент, рынок, потребление Для цитирования: Алкогольные напитки с томатными продуктами / А. Е. Чусова [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2390 602
Чусова А. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612 https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2390 Review article https://elibrary.ru/THZGWA Available online at https://fptt.ru/en Alcoholic Drinks with Tomato Products Alla E. Chusova* , Irina M. Zharkova , Angelina V. Korkina , Alena A. Pronkina , Viktoria P. Khitsenko Voronezh State University of Engineering Technologies , Voronezh, Russia Received: 13.01.2022 *Alla E. Chusova: [email protected], Revised: 09.03.2022 https://orcid.org/0000-0003-1237-4870 Accepted: 05.04.2022 Irina M. Zharkova: https://orcid.org/0000-0001-8662-4559 Angelina V. Korkina: https://orcid.org/0000-0002-9298-5948 Alena A. Pronkina: https://orcid.org/0000-0002-8183-6082 Viktoria P. Khitsenko: https://orcid.org/0000-0002-0656-9308 © A.E. Chusova, I.M. Zharkova, A.V. Korkina, A.A. Pronkina, V.P. Khitsenko, 2022 Abstract. New alcoholic and non-alcoholic beverages from non-traditional vegetable raw materials expand the domestic product range and allow food producers to develop new market segments. The present research objective was to summarize and analyze the current data on the use of tomatoes in alcohol production. The review covered Russian and foreign open access scientific publications and patents registered in Pubmed, E-library, Cyberleninka, Espacenet, and Patentscope in 2005–2021. Most publications featured tomato juice in soft drinks production as a means to increase their nutritional value, improve sensory profile, expand the product range, and develop new functional products, e.g., with antioxidant properties, for diabetic consumers, etc. Tomato pulp, juice, or puree is used in beer production. No publications featured the effect of tomato cultivars on the technical properties of the finished product. The analysis revealed the need to study the effect of red, yellow, and dark tomatoes on the sensory and physico-chemical quality of beer drinks. Another research prospect is a novel semi-finished product from tomato pomace that would increase the nutritional value of beer drinks. Keywords. Tomatoes, beer, assortment, market, consumption For citation: Chusova AE, Zharkova IM, Korkina AV, Pronkina AA, Khitsenko VP. Alcoholic Drinks with Tomato Products. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2390 Введение Сыта легко могла забродить и превратиться в алко- Ассортимент промышленно выпускаемых алко- гольный напиток, сохраняющий то же название, что гольных напитков и традиции их употребления, и безалкогольная разновидность. исторически сложившиеся у каждого народа, отражают культурные и религиозные особенности. Вторым по значению спиртным напитком в Первые сброженные напитки появились в те времена, Древней Руси был мед. В греческом языке слово когда люди стали замечать, что при определенных «меду» означало «хмельной напиток» (общее условиях фрукты и овощи могут превращаться в понятие алкоголя), которое иногда употреблялось продукт с «пикантными» свойствами. в значении «чистое вино», т. е. слишком крепкое. На Руси отношение к спиртному было сдержан- История возникновения спиртных напитков с IX по ное: чрезмерное потребление алкоголя порицалось XIV века отражена на рисунке 1 [1]. церковью, т. к. пьянство считалось грехом. В Древней Руси (XI–XIV вв.) излюбленными напитками были Рост популярности пива в европейских городах сыта, березовица, вино, мед, квас, сикера и ол. Сыта отмечен в XVI веке: суточное потребление взрослым представляет собой безалкогольный напиток из воды человеком этого напитка достигало трех литров. и меда. Березовицу и квас делали в двух вариантах: Появление в XVII веке стеклянных бутылок простом и «пьяном», т. е. грань между алкогольными привело к повышению популярности крепкого вина. и безалкогольными напитками была подвижной. Необходимо отметить, что крепкие напитки долгое время употреблялись исключительно в лекарственных целях. 603
Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 ЮАР ЮАР XIV Франция ЮАР Франция Франция Вино твореное США США США 1284 г. Ол (олуй, олус) Россия Россия XIII 1265–1270 гг. Сыть Россия Мексика Мексика Мексика Китай Китай Квас твореный Китай XII Пиво твореное Канада Канада Испания Канада Испания Испания Века Германия Германия Германия Квас неисполненный Бразилия Бразилия Бразилия XI 1056–1057 гг. Сикера Австралия 1056–1057 гг. Квас Австралия Австралия 0Доля, 2%0 от общ4е0го объе6м0а потре8б0ления 100 Доля, % от общего обДъоелмяа,ап%локтоортгеооблбльщенноеигйяопорбоъдеумкаципиотребления продукцаиДликроуггоолеьной продукции 988–998 гг. Вина виноградные алкогольной Крепкий алкоголь Вино П X 966 г. Мед вареный Вино Мед хмельной Другое КрепкийДарлкуогогоель КрВепикниой алкоПгоилвьо 920–930 гг. Березовица пьяная 921 г. Вино виноградное Рисунок 2. Характеристика потребления основных 907 г. Мед ставленый групп алкогольных напитков по странам мира 880–890 гг. IX Figure 2. Alcohol consumption in different countries Рисунок 1. История возникновения алкогольных религиозными догматами. Однако это не приводит напитков к полному отказу от алкогольной продукции. Figure 1. History of alcohol Существует множество организаций, которые изучают уровень потребления пищевых продуктов и Во второй половине XVIII века употребление напитков, в том числе алкогольных, в разных странах алкоголя в Европе стало нормой жизни. Однако мира. Наиболее авторитетной является Всемирная масштабная индустриализация привела к сокраще- организация здравоохранения, которая каждый год нию его производства, т. к. на заводах использовалась проводит исследования и предоставляет отчеты по сложная техника, для обращения с которой самым «пьющим» странам мира. В статистических требовались трезвые рабочие. исследованиях принимают участие только лица старше 15 лет. ВОЗ приводит информацию, классифицируя С начала XIX века безалкогольная (трезвен- напитки по группам: пиво, вино, крепкий алкоголь ническая) традиция получила развитие: возникали (содержание спирта более 20–25 %) и другое общества трезвости, чаще принимались сухие (рис. 2) [2]. законы, запрещающие производство и распростра- нение алкогольных напитков. Наибольшее развитие Из данных рисунка 2 видно, что алкогольные трезвеннические идеи получили в Германии предпочтения жителей разных стран мира отли- и Скандинавии. Вследствие этого в ХХ веке чаются. В Мексике доля пива составляет более 75 % отношение к спиртным напиткам стало более в общем объеме потребляемого алкоголя, в Бразилии, сдержанным. Появилась мода на премиальную Германии, Канаде – более 50 %, а в Испании, США продукцию известных брендов, активно стала и ЮАР – около 50 %. Крепкие алкогольные напитки развиваться барная культура. предпочитают жители Китая и России: на их долю приходится 69 и 51 % соответственно от общего В настоящее время в мире нет ни одного объема потребляемого алкоголя. У французов государства, где люди вообще не употребляли наиболее потребляемым видом алкоголя является бы алкоголь. Во многих странах употребление вино – его доля в общем объеме составляет 56 %. алкогольных напитков ограничивается законом или В Австралии употребляют пиво и вино – на них 604
Чусова А. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612 Наряду с основным сырьем при производстве 20220121 202111321013372302307,3,0020,,003116323503647359204,,0,090,508353686253624622,977623,302,57373,30655308,06,30062,6202,773353,060,0 пивных напитков (солод, хмель) используют дополнительное сырье (овощи, фрукты, ягоды, Годы 201213011214341628484,60,8083,0,003911033190243,406088,,00,03059935860925,78306102,57253190,52,501905,0,091,806257310,52590,01,0 травы). С целью формирования новых физико- Годы химических, органолептических и функциональных свойств готового продукта активно привлека- Годы ются нетрадиционные виды растительного сырья, 20220020 т. к. оно характеризуется высоким содержанием биологически активных веществ. Примером таких важных для организма человека соединений являются каротиноиды. Главными источниками каротиноидов являются овощные культуры (томаты, 139128309026860,0,0606,,00139280066,,00 32808,0 морковь, тыква), фрукты (абрикосы, персики) и 2019 62663629768371699,721897109,,202190,6,0022,6306978719,2190,02,0 ягоды (облепиха) [5, 6]. 20210919 32382080,08,0 В качестве дополнительного сырья широко используются соки. Они характеризуются высоким содержанием целого комплекса необходимых питательных веществ, включая балластные и мине- ты13е0и00ш0а,0мпанскЛи0иЛек0иёкрёор-ВовЛио-в0нди1ооок9Одчё5обнрО0чъоы0бне-0еъвВымеоиоемпдздирдоОкпзоеч6ардблин5оеъи6зы0лив5ея0еизом00вяди0П,оп0сздиртд,0сввВое6тналии5вВ,ыиз0на2мвияе0,а6олн0мн0идна,ла00сгилпн0ртгвиВ0илратсии,ктнмсыи1ат3леы1и0ни3ег0л0р0ши0Пи00асш,и0мтваы1,по0м3аеп0ниа0сн0кшси0ка,е0миепанВсчсяэркиВфвеиан1эллиелфо9тоняь15еиоюв9н0км5еы0тт0к0ВисеВ0амивя0оВннео1двеооты9ткесдо5ащмотк0деаки0еыс0исВдттсПолвпвлдяеиеПаикнвр,баитннеоевыарынлл2еаы6ььм2бнт0шнеП6иоаа0он0иеп0ктга0згви0жкпо0аонтии0щекыпит2иекио6сзвивн0ытвиа0лнррпт0еиеьиПа0чжкятмеиПкаднвиимидеоинвонияоылиио,жяПр.пнкгиВеыоаврнтосеобивнрызяоымзстиааеь биологически активных веществ в готовый продукт, Рисунок 3. Объем российского рынка алкогольных а технология производства должна максимально их напитков по видам продукции в период сохранять [7, 8]. с 2019 по 2021 гг. Разработка напитков с использованием плодово- Figure 3. Russian market of alcoholic beverages by type ягодного и пряно-ароматического сырья позволяет in 2019–2021 повысить их пищевую ценность, сохранить полез- ные свойства овощей и фруктов и обеспечить поступление в организм дополнительного количест- приходится 44 и 37 % соответственно всего ва эссенциальных нутриентов. Пиво с добавлением потребляемого в стране алкоголя. пряностей и трав известно давно. Применение Такие различия обусловлены, с одной стороны, отдельных видов пряно-ароматического сырья поз- климатическими условиями, благоприятными для воляло сохранять свежесть пива, скрывать посторон- выращивания тех или иных культур, используемых ние привкусы и предотвращать его порчу [9–14]. для производства алкогольных напитков, а с другой – исторически сложившимися традициями Побочные продукты спиртового брожения могут и привычками населения, его культурой. быть не столь заметны в присутствии плодово- ягодного сырья. Если базовое пиво является элем, В России первое место по употреблению то в нем может присутствовать неспецифическая занимают крепкие алкогольные напитки, хотя фруктовость и другие побочные продукты брожения, объемы производства водки за последние три такие как диацетил. Если базовое пиво является года сократились на 6,5 %, а производство лагером, то в нем будет меньшее количество ликеро-водочной продукции возросло на 33,3 % побочных продуктов брожения. Хмелевой аромат (рис. 3) [3, 4]. Отмечено увеличение общих объемов может отсутствовать или быть сбалансированным рынка алкогольной продукции за этот же период фруктами и овощами в зависимости от типа пива. на 1,4 % за счет роста производства отдельных Фрукты, ягоды и овощи должны добавлять пиву категорий продукции, а именно пива и вина на дополнительную сложность вкуса и полезность, 2,9 и 11,4 % соответственно. С учетом прироста но не должны быть настолько заметными, чтобы объемов производства алкогольных напитков за нарушить равновесие итоговой органолептической 2019 и 2020 гг. можно сделать прогноз на 2021 г., картины. Может чувствоваться небольшая кислинка, согласно которому объемы производства будут присутствующая во фруктах и овощах, но она не должна быть интенсивной. увеличиваться. Это можно объяснить расширением Применение фруктово-овощного сырья в произ- ассортимента безалкогольного пива и пивных водстве алкогольных напитков преследует также напитков, которые нашли своего потребителя в достижение цели в социальной сфере: снижение лице большого числа автолюбителей и молодежи. отрицательного влияния от чрезмерного употребления 605
Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 Ликопиновая Алкогольные напитки эмульсия [45] [35–45] Мякоть Комбинированный [35, 41] слабоалкогольный Томатное пюре напиток [39] [37, 38] Томаты Напитки с использованием Пивные напитки [37, 38, 40–44, 46] томатов Томатный сок без мякоти [36, 39, 40, 43, 46] Вино [35, 36] Томатный сок Безалкогольные с мякотью напитки [29, 46] [29, 37, 42, 44] Рисунок 4. Классификация алкогольных и безалкогольных напитков с использованием томатов Figure 4. Classification of alcoholic and non-alcoholic tomato-based drinks алкоголя и сохранение здоровья населения страны Томаты обладают противовоспалительной, ан- путем увеличения доли потребления таких продуктов. тигенотоксической, антимутагенной, антипроли- феративной и химиопрофилактической актив- В связи с этим вызывает интерес применение ностями, иммунозащитными свойствами и спо- продуктов переработки плодов томатов в технологии собностью к снижению уровня холестерина в алкогольных напитков. крови [17, 18, 23]. Поэтому их потребление оказывает положительное влияние на здоровье человека. Одно из первых мест в рационе питания населения многих стран мира, а также в объемах промышлен- При существующем уровне переработки томатов ной переработки овощного сырья занимают плоды около 30 % их первоначального веса превращается томата [15]. Мировое производство томатов ежегодно в отходы (семена и кожица), которые содержат растет и по данным FAOSTAT в 2019 г. составило биологически ценные вещества: белок и пище- примерно 180,8 млн т [16]. вые волокна, а также бета-каротин, астаксантин и ликопин [21, 24–26]. Томаты и томатные продукты являются богатыми источниками разнообразных биологически актив- В России, как и в других странах мира, отмечается ных веществ: микроэлементов (калия), фолиевой стабильно высокий потребительский спрос на томаты кислоты, витамина А, С, Е, В3, флавоноидов и фито- и продукты их переработки. Однако ассортимент стеролов [17]. выпускаемой продукции ограничен и представлен соком, пастой, пюре, соусами и маринадами [27, 28]. Для современного человека томаты и содер- жащие их продукты являются одним из основных Цель данного обзора – обобщение и анализ источников каротиноидов, в том числе ликопина, современных данных об использовании продуктов представляющего собой пигмент, который отвечает переработки плодов томатов в технологии за характерный темно-красный цвет спелых плодов алкогольных напитков. томатов [18–20]. Ликопин привлекает внимание благодаря своим биологическим свойствам, а именно Задачи исследования: антиоксидантным [20–22]. 1. Систематизация информации о возможностях использования продуктов переработки томатов в Каротиноиды томатов могут обеспечивать или технологии алкогольных и безалкогольных напитков; усиливать питательные, сенсорные и функциональные 2. Анализ существующих способов производства свойства тех продуктов, в рецептуру которых они пивных напитков с добавлением томатных продуктов; входят [23]. 606
Чусова А. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612 3. Выявление перспективных направлений иссле- (пектины), так и нерастворимые (целлюлоза) дований по расширению ассортимента напитков с пищевые волокна. Общее количество пищевых томатными продуктами, в том числе связанных с волокон в соках зависит от содержания в них мя- решением технологических вопросов. коти [29]. Употребление томатного сока способствует выработке в человеческом организме серотонина – Объекты и методы исследования вещества, которое помогает улучшить настроение, Объектами исследования являлись научные снизить негативное последствие психоэмоциональных статьи, находящиеся в открытом доступе, рос- стрессов и снять нервное напряжение [32]. Благодаря сийские и зарубежные патенты, связанные с наличию каротиноидов, среди которых ликопин, разработкой алкогольных и безалкогольных напитков употребление томатного сока эффективно для с добавлением томатных продуктов. Поиск осущест- повышения антиоксидантной защиты организма вляли по следующим информационным базам: человека, в том числе от повреждающего действия Pubmed (ключевые слова – tomatoes, tomatoproducts, радиации и УФ-излучения [33, 34]. tomatolycopene, compositionoftomatoes), Elibrary (ключевые слова – томаты, помидоры, томатное пиво, Известны разработки китайских ученых, преду- состав томатов, томатный напиток, пивной напиток), сматривающие использование мякоти томатов или Cyberleninka (ключевые слова – алкоголь, анализ томатного сока без мякоти в качестве сырья при рынка, статистика, напитки, томатные продукты), производстве вина, а также томатного пюре при Espacenet (ключевые слова – tomatobeer, tomatoalcohol, производстве пивных напитков [35–38]. Известен lycopenebeer) и Patentscope (ключевые слова – tomato, способ создания комбинированного слабоалкоголь- tomatobeer, beer, tomatodrink, tomatowaste). ного напитка с использованием томатного сока без Для систематизации найденной информации мякоти [39]. Получаемые продукты характеризуются использовали методы анализа, сравнения и описания. хорошими органолептическими свойствами (имеют томатный пряный вкус и аромат) и отличаются Результаты и их обсуждение составом, а именно повышенной пищевой ценностью Найденная по теме исследования научно- за счет использования томатного сырья. Наибольшее техническая и патентная информация была про- количество найденных источников информации анализирована и систематизирована с учетом вида связано с использованием различных продуктов используемого томатного продукта и разновидности переработки томатов в производстве пивных получаемого напитка. Результаты представлены в напитков. виде схемы на рисунке 4. Из рисунка 4 видно, что практически все продукты Объемы производства и реализации пивных переработки томатов могут быть использованы напитков в России находятся на этапе роста, поэтому в технологии напитков. Однако большинство более подробно остановимся на этом сегменте разработок сосредоточено на применении томат- алкогольной и безалкогольной продукции. ного сока (с мякотью или без нее) в производстве безалкогольных напитков. Термин «пиво специальное» (с применением Потребители традиционно наслаждаются раз- плодово-ягодного и растительного сырья и/или про- личными напитками со вкусом томатов, одним дуктов их переработки, и/или вкусоароматических из которых является томатный сок. В меньших добавок) появился в российском законодательстве объемах производится томатно-тутовый сок [29]. в 2009 г. (недействующий ГОСТ Р 53459-2009). Это Отличительной особенностью томатных соков было вызвано необходимостью узаконить новый является узнаваемый томатный вкус и наличие продукт, отличающийся по составу от классического большого количества питательных веществ, представления о пиве как напитке, произведенном из включая витамины и минералы. Однако в состав солода и хмеля. Он появился в результате стремления отдельных наименований таких напитков входят производителей снизить себестоимость пива и поиска пряности. Например, перец для придания острого новых вкусовых решений. или пикантного вкуса [25]. По данным [30], при употреблении стакана По существующему определению (действующий томатного сока человек может практически полностью ГОСТ Р 55292-2012) к пивным напиткам относят покрыть суточную потребность в ликопине, а по продукцию, приготовленную из пива (не менее данным [31] – в витамине С на 60 %, в витамине 40 % объема готовой продукции) и/или пивного А – на 23 %, в К, Са, Mn, Cr и Cu – на 13,5, 12, сусла из пивоваренного солода (не менее 40 % 10, 8 и 7 % соответственно, в витаминах В1, В6 и массы сырья), воды и дополнительного сырья фолиевой кислоте – на 7 %, в витаминах В3, В2, В5, (зерно- и сахаросодержащих продуктов, хмеля и/или минеральных солях Fe, Mg и P – около 5 %. Кроме хмелепродуктов, плодового и иного растительного того, томатный сок содержит как растворимые сырья, вкусоароматических веществ). Объемная доля этилового спирта, образовавшегося в процессе брожения пивного сусла, должна быть не более чем 7 %, но его добавление не допускается. Более 607
Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 7,0 ППооккааззааттееллии ккааччеессттвваа 8,6 0,5 0,5 Объемая доля этилового спирта, %, не более: 0,40 0,40 в алкогольных напитках в безалкогольных напитках 40 30 3 3 Массовая доля СО2, %, не менее 12–22 Не нормируется Пенообразование: 3,8–4,8 Не нормируется высота пены, мм, не менее пеностойкость, мин, не менее Экстрактивность начального сусла,% pН Пивной напиток Пиво ССыыррььее -- ссооллоодд ппииввоовваарреенннныыйй яяччммеенннныыйй ппоо ГГООССТТ 2299229944;; -- ссооллоодд ппииввоовваарреенннныыйй ппшшееннииччнныыйй;; -- ннеессооллоожжеенныыее ззееррннооппррооддууккттыы:: яяччммееннььппииввоовваарреенннныыййппооГГООССТТ55006600,, ппшшененииццааппооГГООССТТ9935335;3, -- ккррууппккаа ппшшееннииччннааяя ддррооббллееннааяя ппоо ГГООССТТ 1188227711;, -- ккррууппаа ррииссооввааяя ппоо ГГООССТТ 66229922;, -- ккррууппаа ккууккууррууззннааяя ппоо ГГООССТТ 66000022;; -- ввооддаа ппииттььееввааяя ппоо ССааннППииНН 22..11..33668844--2211;; -- ххммеелльь ппрреессссоовваанннныыйй ппоо ГГООССТТ 2211994477;; -- ххммееллееппррооддууккттыы ппоо ГГООССТТ 3322991122;; -- ддрроожжжжии ппииввнныыее;; -- ссааххаарр ббееллыыйй ппоо ГГООССТТ 3333222222;; -- ссааххаарр--ссыырреецц ппоо ГГООССТТ РР 5522330055;; - сахар жидкий по ГОСТ 31896;. - концентраты пивного сусла, солодовые, ячменно-солодовые экстракты ииддррууггииееппррооддууккттыыппееррееррааббооттккииссооллооддааииззееррннооппррооддууккттоовв;; - солод ржаной по ГОСТ Р 52061; - патока крахмальнауяюппооГГООССТТ3333991177;; - мед натуральный по ГОСТ 197922;; - меды монофлорные по ГОСТ 31766; - продукты пчеловоддссттвваа:: прополис по ГОСТ 28886; - прополис по ГОСТ 28886п,ыльца цветочная по ГОСТ 28887; - мпыолоьчцкаоцмвеаттооччннуоюе ппчоелГиОнСоТе п2о88Г8О7С, Т 28888; - пмлоолдоочвкоо-ямгаотдончонео,еппрчяенлои-анрооемпаотиГчОеСскТое28и8д8р8у; гое растительное сырье; - пиловодопвоо-ГяОгоСдТно3е1,7п1р1яинлои-апромнаотримчаетсиквонеоимдурдуогкоуемреанстуитиезлгьонтоевистыерльяе;; - впкиувсоопвоыеГОи СарТо3м1а7т1и1чеислкииеподонбоарвмкаит.ивному документу изготовителя; - вкусовые и ароматические добавки Рисунок 5. Характеристика ингредиентного состава и показателей качества пива и пивных напитков Figure 5. Ingredients and quality indicators of beer and beer drinks детально общие и отличительные черты пива и зарубежных производителей пивных напитков, пивных напитков представлены на рисунке 5. поставляющих продукцию на российский рынок, найдено только три, которые используют в рецептурах Благодаря введению в состав пивных напитков томатный сок. большого количества овощного или фруктового сырья появляется возможность разработки продукта, Таким образом, ниша пивных напитков с отличающегося высокой пищевой ценностью и томатными продуктами на российском рынке занята способностью оказать благоприятное воздействие небольшим числом отечественных и зарубежных на организм человека. производителей. Следует отметить, что продукция с подтвержденным положительным биологическим Анализ российского рынка пивных напитков эффектом отсутствует. Также отсутствует продукция показал, что небольшое количество отечественных с осветленным томатным соком и препара- пивоварен производят продукцию с томатными ком- тами ликопина. Следовательно, проведение работ понентами: соком, пастой или соусом (табл. 1). Среди 608
Чусова А. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612 Таблица 1. Ассортимент пивных напитков с использованием томатных продуктов Table 1. Range of tomato-based beer drinks Разновидность Наименование Торговая марка/Производитель Содержание в 100 см3 томатного пивного напитка 4brewers/ООО «Четыре пивовара» (г. Владимир) Углеводов, мг, Этилового продукта «Зависимость» не более спирта, %об. Томатная паста 5,0 6,9 «Бычье сердце» PivotPoint/ООО «Клантрейд» (г. Коломна) 6,2 6,5 Mary’s Breakfast, Konix/ООО «Монплезир» (г. Заречный) 8,0 6,5 Mary, Go Home! Томатный сок Rewort/ООО «СВОИ» (г. Сергиев посад) 7,0 6,9 Dai! Dai! BrewFiction/ООО «30 меридиан» (г. Москва) 5,3 6,0 WildTomatoGose 4,7 4,3 Panzer/ООО «Соляр Бир» (г. Подольск) 5,8 5,6 Catchup Selfmade/ООО «БарбеллБрювери» (г. Москва) 8,0 4,2 Tomatometod Chibis/ООО «Пивоварня Чибис» (г. Москва) 6,0 6,5 7,0 7,0 Hellman Coven/ООО «КОВЕН» (г. Мытищи) BloodyRoots Zavod/ООО «РусскийКрафт» (г. Химки) 4,0 BloodyMary 5,0 EmpressMaria ТАРКОС/ООО «Пивоварня С» (г. Воронеж) 5,6 TomatoMotato Knightberg/ООО «Красный пивовар» 6,0 2,5 (г. Санкт-Петербург) 4,0 Chelada Heineken (Мексика) Не указано FarmeryEstateBrewery (Канада) на маркировке 4,2 SolClamato 4,2 Томатный соус The Original Clam RebellionBrewingCo. (Канада) 8,0 5,0 Chibis/ООО «Пивоварня Чибис» (г. Москва) 5,5 4,1 and Spice Sabotage/ООО «Бородач энд молнин» (г. Пермь) 12,0 Michelada RisingMoonBrewery/ООО «Райзинг Мун Брюери» 6,0 Hellman 6,0 PizzaTime (г. Москва) TheJudasKiss Alaska/ООО «Катуков и сын» (г. Москва) Пюре из томатов Инквизитор по расширению ассортимента пивных напитков в напитков с томатными продуктами заключаются в данном направлении актуально. следующем: купажирование осветленного томатного сока (8–12 % сухих веществ) или мякоти томатов Несмотря на то что на рынке уже имеются пивные с готовым пивом осуществляют при соотношении напитки с томатными продуктами, мы считаем 1:1 или 2:1. Затем проводят пастеризацию при важным создать такие напитки, которые будут температуре 90–95 °С в течение 10–30 мин или при обладать не только высокими органолептическими температуре 70–90 °С в течение 40–50 мин [40, 41]. показателями, но и приносить пользу организму человека. Поэтому нашей следующей задачей являлась При приготовлении пивного сусла на стадии разработка такого напитка. кипячения сусла с хмелем можно использовать томатный сок или томатное пюре [37]. Причем Существует несколько способов производства томатный сок или протертые томаты добавляют за томатных пивных напитков. Различие состоит в 10 мин до окончания кипячения [42]. При сбражи- стадиях добавления томатных продуктов в пиво: вании пивного охлажденного сусла добавляют при кипячении сусла, перед сбраживанием пивного томатный сок с содержанием сухих веществ 6 % сусла, фильтрацией или пастеризацией готового пива. в соотношении 6:4 [43]. Выбор стадии зависит от вида добавляемого Известны способы приготовления алкогольных томатного продукта. Томатный сок без мякоти напитков из комбинаций различных по свойствам чаще всего добавляют в готовое пиво перед его видов сырья. Запатентован способ производства пастеризацией и упаковкой [40]. Томатный сок с вина, который предусматривает использование мякотью и другие продукты с частицами томатов в качестве сырья риса, мякоти томатов, супер- (пюре, соусы) вносят до процесса фильтрации, чтобы натанта (осветленный сок) и воды. Брожение ведут в затем убрать частицы мякоти, которые могут оседать течение 7 суток при температуре 30 °С. Полученный в процессе хранения напитка [35]. напиток фильтруют и проводят термообработку при температуре 90–95 °С в течение 15–20 мин [35]. По Анализ зарубежной патентной информации показал, что особенности производства алкогольных 609
Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 способу [36] при изготовлении алкогольного напитка показателей качества, расширение ассортимента сырьем является сброженный томатный сок, вода, продукции, в том числе для людей, страдающих мука и смесь «кодзи» (микроорганизмы Rhizopus сахарным диабетом, а также на придание функ- oryzae, Saccharomycetaceae, сухие компоненты циональных свойств (а именно антиоксидантных) питательной среды и ферменты, выделенные из и продление сроков годности. микроорганизмов R. oryzae). Брожение ведут при температуре 23 °С в течение 2–3 суток, дображивание – Для производства пивных напитков используют при температуре 21 °С в течение 20–25 суток. измельченную мякоть томатов, сок или пюре. В работе рассмотрены стадии введения в напитки Известен способ производства комбинирован- данных томатных продуктов. ного слабоалкогольного напитка. В качестве сырья используют осветленный с помощью центри- Однако не обнаружена информация о влиянии фугирования томатный сок, этиловый спирт сортовой принадлежности и особенностей состава крепостью 95 % об., воду, эмульсию томатного томатов, использованных в разработках, на получение пигмента (это продукт обезвоженной обработки заявленного технического результата. нерастворимых компонентов томатов (клетчатка), содержащий ликопин, экстрагированный сверх- Таким образом, можно определить перспектив- критическим диоксидом углерода и растворенный ные направления исследований по расширению в растительном масле) и лимонную кислоту. Все ассортимента напитков с томатными продуктами: ингредиенты смешивают и полученный напиток насыщают диоксидом углерода [39]. 1. Исследование влияния особенностей состава красноплодных, желтоплодных и темноокрашенных Исследована возможность применения томатного томатов на органолептические и физико-химические сырья в производстве солодового сусла в качестве показатели качества пивных напитков; основы для создания напитка, ликопинового пива (при смешивании готового пива с микроэмульсией 2. Получение полуфабриката из вторичных ликопина), безалкогольного напитка из тутовника продуктов переработки томатов (выжимок) для (при смешивании томатного сока с готовым тутовым повышения пищевой ценности пивных напитков. напитком) и напитка с низким содержанием углеводов [29, 44–46]. Критерии авторства Авторы в равной степени участвовали в подготовке Выводы и написании статьи. Проведя анализ зарубежной и отечественной научно-технической и патентной информации, Конфликт интересов систематизировали сведения о возможных нап- Авторы заявляют об отсутствии конфликта равлениях использования продуктов переработки интересов. томатов в технологии алкогольных и безалкогольных напитков. Contribution Установили, что основная часть разработок, All the authors contributed equally involved in the связанных с применением томатных продуктов в research and design of the manuscript. технологии напитков, направлена на повышение их пищевой ценности, улучшение органолептических Conflict of interest The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this article References/Список литературы 1. Alcoholic drinks of Ancient Russia [Internet]. [cited 2021 Dec 20]. Available from: http://factsite.ru/spirtnyie- napitki-drevney-rusi.html [Спиртные напитки Древней Руси. URL: http://factsite.ru/spirtnyie-napitki-drevney-rusi.html (дата обращения: 20.12.2022).]. 2. Global rating of the most drinking countries 2020 [Internet]. [cited 2021 Dec 20]. Available from: https://tyulyagin.ru/ ratings/rejting-samyx-pyushhix-stran-mira.html#2 [Рейтинг самых пьющих стран мира на 2020 год. URL: https://tyulyagin. ru/ratings/rejting-samyx-pyushhix-stran-mira.html#2 (дата обращения: 20.12.2022).]. 3. Russia and countries of the world. 2020: Statistical compendium. Moscow: Rosstat; 2020. 385 p. (In Russ.). [Россия и страны мира. 2020: Статистический сборник. M: Росстат, 2020. 385 с.]. 4. Overview of the Russian alcohol market [Internet]. [cited 2021 Dec 20]. Available from: https://ac.gov.ru/uploads/ 2-Publications/alcogol/alсo.2020.4.pdf [Обзор российского рынка алкогольной продукции. URL: https://ac.gov.ru/uploads/ 2-Publications/alcogol/alсo.2020.4.pdf (дата обращения: 20.12.2022).]. 5. Savić A, Velemir A, Papuga S, Stojković M. Influence of blackberry juice addition on mead fermentation and quality. Foods and Raw Materials. 2021;9(1):146–152. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-1-146-152 610
Чусова А. Е. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 602–612 6. Kozhemayko AV, Sergeeva IYu, Dolgolyuk IV. Experimental determination of biologically active compounds in pomace of siberian beet and carrot. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):179–187. (In Russ.). https:// doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-179-187 7. Samoylov AV, Suraeva NM, Zaytseva MV, Rachkova VP, Kurbanova MN, Belozerov GА. Toxicity of apple juice and its components in the model plant system. Foods and Raw Materials. 2020;8(2):321–328. https://doi.org/10.21603/2308- 4057-2020-2-321-328 8. Lilishentseva AN. Criteria of vegetable juices naturalness. Food Processing: Techniques and Technology. 2017;47(4): 123–129. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2017-4-123-129 9. Martinez-Gomez A, Caballero I, Blanco CA. Phenols and melanoidins as natural antioxidants in beer. Structure, reactivity and antioxidant activity. Biomolecules. 2020;10(3). https://doi.org/10.3390/biom10030400 10. Tanashkina TV, Semenyuta AA, Trotsenko AS, Klykov AG. Gluten-free low-alcohol beverages fermented from light and scalding buckwheat malt. Food Processing: Techniques and Technology. 2017;45(2):74–80. (In Russ.). [Безглютеновые слабоалкогольные напитки из светлого томленого гречишного солода / Т. В. Танашкина [и др.] // Техника и технология пищевых производств. 2017. Т. 45. № 2. С. 74–80.]. 11. Kozłowski R, Dziedziński M, Stachowiak B, Kobus-Cisowska J. Non- and low-alcoholic beer – popularity and manufacturing techniques. Acta Scientiarum Polonorum, Technologia Alimentaria. 2021;20(3):347–357. https://doi.org/10.17306/ J.AFS.0961 12. De Francesco G, Sannino C, Sileoni V, Marconi O, Filippucci S, Tasselli G, et al. Mrakia gelida in brewing process: An innovative production of low alcohol beer using a psychrophilic yeast strain. Food Microbiology. 2018;76:354–362. https:// doi.org/10.1016/j.fm.2018.06.018 13. Ducruet J, Rébénaque P, Diserens S, Kosińska-Cagnazzo A, Héritier I, Andlauer W. Amber ale beer enriched with goji berries – The effect on bioactive compound content and sensorial properties. Food Chemistry. 2017;226:109–118. https:// doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.01.047 14. Humia BV, Santos KS, Schneider JK, Leal IL, de Abreu Barreto G, Batista T, et al. Physicochemical and sensory profile of Beauregard sweet potato beer. Food Chemistry. 2020;312. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.126087 15. Gadzhieva AM, Sultanov YuM, Ramaldanova ZN. Processing of secondary vegetable raw materials using electrophysical methods: Expanding the range of products with increased nutritional value based on tomato raw materials. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020;82(4):224–226. (In Russ.). [Гаджиева А. М., Султанов Ю. М., Рамалданова З. Н. Переработка вторичного овощного сырья с использованием электрофизических методов: расширение ассортимента продуктов повышенной пищевой ценности на основе томатного сырья // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2020. Т. 82. № 4. С. 224–226.]. 16. Brasesco F, Asgedom D, Casari G. Strategic analysis and intervention plan for fresh and industrial tomato in the Agro-Commodities Procurement Zone of the pilot Integrated Agro-Industrial Park in Central-Eastern Oromiya, Ethiopia. Addis Ababa: FAO, 2019. 80 p. 17. Chaudhary P, Sharma A, Singh B, Nagpal AK. Bioactivities of phytochemicals present in tomato. Journal of Food Science and Technology. 2018;55(8):2833–2849. https://doi.org/10.1007/s13197-018-3221-z 18. Gadzhieva AM, Sultanov YuM, Ramaldanova ZN. Complex processing of tomato raw materials to produce tomato dye lycopene – the elixir of life. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020;82(4):219–223. (In Russ.). [Гаджиева А. М., Султанов Ю. М., Рамалданова З. Н. Комплексная переработка томатного сырья с получением томатного красителя ликопина – эликсира жизни // Вестник ВГУИТ. 2020. Т. 82. № 4. С. 219–223.]. 19. Setyorini D. Terpenoids: Lycopene in tomatoes. In: Perveen S, editor. Terpenes and terpenoids – recent advances. IntechOpen, 2021. https://doi.org/10.5772/intechopen.97126 20. Heymann T, Schmitz LM, Lange J, Glomb MA. Influence of β-carotene and lycopene on oxidation of ethyl linoleate in one- and disperse-phased model systems. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2020;68(9):2747–2756. https://doi. org/10.1021/acs.jafc.9b07862 21. Setyorini D, Sugito Y, Aini N, Tyasmoro SY. Lycopene, beta-carotene and productivity of tomato varieties at different shade levels under medium land of Indonesia. Journal of Applied Horticulture. 2018;20(2):92–96. https://doi. org/10.37855/JAH.2018.V20I02.17 22. Sri Harsha PSC, Lavelli V. Effects of maltodextrins on the kinetics of lycopene and chlorogenic acid degradation in dried tomato. Molecules. 2019;24(6). https://doi.org/10.3390/molecules24061042 23. Trombino S, Cassano R, Procopio D, Di Gioia ML, Barone E. Valorization of tomato waste as a source of carotenoids. Molecules. 2021;26(16). https://doi.org/10.3390/molecules26165062 24. Ali MY, Sina AAI, Khandker SS, Neesa L, Tanvir EM, Kabir A, et al. Nutritional composition and bioactive compounds in tomatoes and their impact on human health and disease: A review. Foods. 2020;10(1). https://doi.org/10.3390/ foods10010045 25. Saini RK, Moon SH, Keum Y-S. An updated review on use of tomato pomace and crustacean processing waste to recover commercially vital carotenoids. Food Research International. 2018;108:516–529. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2018.04.003 611
Chusova A.E. et al. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):602–612 26. Szabo K, Cătoi A-F, Vodnar DC. Bioactive compounds extracted from tomato processing by-products as a source of valuable nutrients. Plant Foods for Human Nutrition. 2018;73(4):268–277. https://doi.org/10.1007/s11130-018-0691-0 27. Gasparyan ShV, Maslovskii SA. Processing of vegetables in Russia: present time and future. Potato and Vegetables. 2028;(6):2–6. (In Russ.). [Гаспарян Ш. В., Масловский С. А. Переработка овощей в России: настоящее и будущее // Картофель и овощи. 2018. № 6. С. 2–6.]. 28. Wu X, Yu L, Pehrsson PR. Are processed tomato products as nutritious as fresh tomatoes? Scoping review on the effects of industrial processing on nutrients and bioactive compounds in tomatoes. Advances in Nutrition. 2022;13(1):138–151. https://doi.org/10.1093/advances/nmab109 29. Dzharullaev DS, Murtazalieva ZG. New tomato-mulberry beverage. Beer and Beverages. 2007;(3):23. (In Russ.). [Джаруллаев Д. С., Муртазалиева З. Г. Новый томатно-тутовый напиток // Пиво и напитки. 2007. № 3. С. 23.]. 30. Shhh EV, Elizarova EV, Makhova AA, Bragina TV. Role of tomatoes and products thereof in human healthy diet. Problems of Nutrition. 2021;90(4):129–137. (In Russ.). https://doi.org/10.33029/0042-8833-2021-90-4-129-137 31. Ivanova NN, Khomich LМ, Beketova NA. Tomato juice nutritional profile. Problems of Nutrition. 2018;87(2):53–64. (In Russ.). https://doi.org/10.24411/0042-8833-2018-10019 32. Yoo J-M, Lee BD, Sok D-E, Ma JY, Kim MR. Neuroprotective action of N-acetyl serotonin in oxidative stress- induced apoptosis through the activation of both TrkB/CREB/BDNF pathway and Akt/Nrf2/Antioxidant enzyme in neuronal cells. Redox Biology. 2017;11:592–599. https://doi.org/10.1016/j.redox.2016.12.034 33. Nakamura A, Itaki C, Saito A, Yonezawa T, Aizawa K, Hirai A, et al. Possible benefits of tomato juice consumption: a pilot study on irradiated human lymphocytes from healthy donors. Nutrition Journal. 2017;16(1). https://doi.org/10.1186/ s12937-017-0248-3 34. Souyoul SA, Saussy KP, Lupo MP. Nutraceuticals: A review. Dermatol Ther (Heidelb). 2018;8(1):5–16. https:// doi.org/10.1007/s13555-018-0221-x 35. Wang J, Cheng J, Wang J, et al. Tomato rice wine and the method of its preparation. China patent CN1219043C. 2005. 36. Xie R. Tomato drink and yeast for making a drink. China patent CN03125280A. 2005. 37. Waki I. Method for producing alcoholic beverage. Japan patent JP2006094855A. 2006. 38. Livaich A. Compositions and methods of preparation of alcohol based on tomatoes. China patent US2007065561A1. 2007 39. Miura Y. Carbonated tomato alcoholic beverage. Japan patent JP2007189934A. 2007. 40. Zhao Y. Beer and tomato juice. China patent CN106398930A. 2017. 41. Kong Y. Tomato beer processing method. China patent CN104673563A. 2015. 42. Waki I. Production of liquors and beer, miscellaneous liquors, sparkling wine and low-alcoholic beverage. Japan patent JP2000139441A. 2000. 43. Fu W. Tomato beer and its production method. China patent CN1354247A. 2020. 44. Waki I. Production method of tomato alcohol beverage capable of enjoying four kinds of tastes of tomato beer, tomato sparkling wines depending on strength of gas volume (high and low) by adding step of carbon dioxide addition/gas volume to acquired patent No. 5024646 (production method of alcohol beverage). Japan patent JP2019041748A. 2019. 45. Wu M, Ye S, Zhu F, Zhao G, Quan L, He F, et al. Preparation method of lycopene beer. China patent CN102559425A. 2012. 46. Monma T, Kuzuhara H. Low carbohydrate vegetable beverage. Japan patent JP2018157834A. 2018. 612
2022 Т. 52 № 3 /ШТеохрнситкакиийтИе.хнАо.лТоегхиняипкиащиетвыеххнпорлооигзивяодпситщве/выFoхoпdрPоrиoзcвeоssдiсnтg:вT. e2c0h2n2iq. uТe. s52a.n№d T3ec. hСn.o6lo1g3y–6IISS2SS2NN 2074-9414 (Print) 2313-1748 (Online) https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2391 Оригинальная статья https://elibrary.ru/TQRZQB https://fptt.ru Сушка растительных материалов, обработанных низкотемпературной плазмой И. А. Шорсткий , Краснодар, Россия Кубанский государственный технологический университет Поступила в редакцию: 11.02.2022 И. А. Шорсткий: [email protected], Принята после рецензирования: 15.03.2022 https://orcid.org/0000-0001-5804-7950 Принята к публикации: 05.04.2022 © И. А. Шорсткий, 2022 Аннотация. Переход к эффективному производству требует построения научных основ для развития энергосберегающих технологий и процессов сушки растительных материалов для их преобразования в продукты с функциональными свойствами. Математическое моделирование и управление процессом сушки имеет большое значение для прогнозирования ее хода и обеспечения эффективной переработки растительных материалов, предварительно обработанных низкотемпературной плазмой. В работе были использованы растительные материалы: яблоко сорта Гренни Смит и картофель сорта Боровичок. В качестве электрофизической обработки использовали воздействие низкотемпературной плазмы атмосферного давления в воздушной газовой среде. За основную модель тепломассопереноса приняли модель Лыкова через систему связанных дифференциальных уравнений потенциала влажности и температуры. Математический аппарат и программный код реализовывали в программной среде MathCAD. В результате обработки низкотемпературной плазмой атмосферного давления в воздушной газовой среде отмечено снижение длительности сушки растительных материалов. При росте величины индекса дезинтеграции установлено снижение общей длительности процесса сушки. Математический аппарат модели тепломассопереноса при сопоставлении с данными эксперимента сушки растительных материалов показал высокую схожесть результатов. На основе анализа кинетических коэффициентов переноса потенциалов тепла, влаги и давления предложен управляющий параметр процесса сушки растительных материалов – индекс дезинтеграции. Предлагаемый математический аппарат дает возможность провести объяснения возникающих эффектов, а уточненные кинетические коэффициенты на основе экспериментальных данных способствуют объяснению процессов, протекающих в объекте сушки. Ключевые слова. Сушка, тепломассоперенос, управление процессом сушки, электрофизическая обработка, низкотемпературная плазма, индекс дезинтеграции, численное моделирование Финансирование. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (РНФ) № 21-79-00112, https://rscf.ru/project/21-79-00112 Для цитирования: Шорсткий И. А. Сушка растительных материалов, обработанных низкотемпературной плазмой // Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 613–622. https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2391 613
Shorstkii I.A. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):613–622 https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2391 Original article https://elibrary.ru/TQRZQB Available online at https://fptt.ru/en Cold Plasma Pretreatment in Plant Material Drying Ivan A. Shorstkii Kuban State Technological University , Krasnodar, Russia Received: 11.02.2022 Ivan A. Shorstkii: [email protected], Revised: 15.03.2022 https://orcid.org/0000-0001-5804-7950 Accepted: 05.04.2022 © I.A. Shorstkii, 2022 Abstract. Efficient production requires reliable scientific foundations for new energy-saving technologies and drying processes that are able to transform plant materials into functional products. Mathematical modeling and control can provide efficient drying of cold plasma pretreated plant materials and predict its results. The present research featured raw potatoes and apples that underwent an electrophysical treatment by atmospheric pressure plasma in an air gas medium. The Luikov drying model served as the main model of heat and mass transfer as a system of coupled differential equations of humidity and temperature potentials. The mathematical modeling procedure and the program code were implemented in the MathCAD software. The cold plasma pretreatment proved to decrease the drying time. A greater disintegration index resulted in a shorter total drying time. The mathematical modelling of the heat and mass transfer processes almost coincided with the experimental results. The analysis of kinetic transfer coefficients of heat, moisture, and pressure potentials made it possible to develop a control parameter of the drying process of plant materials entitled as the disintegration index. The proposed mathematical model explained the emerging effects, while the refined kinetic coefficients supported by experimental data clarified the processes in the drying material. Keywords. Drying, heat and mass transfer, drying process control, electrophysical treatment, cold plasma, disintegration index, numerical modeling Funding. The reported research was funded by the Russian Science Foundation (RSF) No. 21-79-00112, https://rscf.ru/ en/project/21-79-00112 For citation: Shorstkii IA. Cold Plasma Pretreatment in Plant Material Drying. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):613–622. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2391 Введение В данной работе рассматривается «зеленая» технол- Глобальная конкуренция, необходимость обес- огия обработки низкотемпературной плазмой в печения безопасности производства пищевых качестве предварительной подготовки растительных продуктов с высокой пищевой ценностью и снижение материалов для управления процессами сушки. удельной энергоемкости технологий способствуют Ряд ученых отметил возможность применения развитию перспективных технологий управления низкотемпературной плазмы для ускорения процессов технологическими процессами [1, 2]. Комплексное сушки [8, 9]. N. N. Misra и др. обрабатывали специи решение этих проблем перспективно для пищевых перца чили потоком низкотемпературной плазмы систем. с частотой 20 кГц и мощностью 750 Вт [10]. Было Альтернативные «зеленые» технологии активно установлено, что длительность сушки при такой внедряются в процессы производства разнообраз- обработке снижается на 12,6 % по сравнению с ных продуктов [3, 4]. Например, технология обработки контрольным образцом. E. Vorobiev и N. Lebovka импульсным электрическим полем, которая успешно исследовали эффект обработки низкотемпературной применяется при переработке картофеля, производстве плазмой семян кукурузы при мощности 500 Вт и соков и подготовке к процессам сушки [5–7]. Наряду с длительностью 50 с [8]. Результаты показали, что этим такие технологические процессы с применением обработка может снизить длительность сушки электрических полей, как электропорация, электро- растительного материала. гидродинамическая сушка и электроосмос начинаются внедряться в пищевой промышленности [8–10]. В процессе сушки растительных материалов, кроме энергетических затрат, важными являются факторы, 614
Шорсткий И. А. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 613–622 затрагивающие безопасность и качество продукта, давления в воздушной газовой среде проводили с которые являются функцией состояния (температура, использованием технологической установки на базе влажность и состав) материала [11]. В связи с этим высоковольтного усилителя Matsusada 20-B-20 управление процессом сушки для ограничения (Matsusada Precision Inc, Япония). Установка перегрева материала или неконтролируемой усадки обеспечивает формирование устойчивого мик- являются важными задачами производства. роплазменного разряда с помощью источника термоэлектронной эмиссии. Параметры импульса: С точки зрения термодинамики процесса длительность импульса – 40 мс, частота следования возникающий интенсивный массоперенос в пред- импульсов – 100 Гц, амплитуда импульсов – 60000 В/м. варительно обработанных низкотемпературной Измерение высоковольтного сигнала осуществляли плазмой биоматериалах вызван формированием с помощью осциллографа Tektronix TDS 220 через большого количества древовидных микроканалов, высоковольтный делитель (Х1000, Tektronix). расположенных в толщине биоматериала пре- Ячейка для обработки растительных материалов имущественно вдоль силовых линий напряженности представляет собой систему из плоского анода, на электрического поля [11]. Основным барьером для котором располагают исследуемый материал, и катода массопереноса влаги из структуры капиллярно- с термоэлектронной эмиссией, который установлен на пористых коллоидных тел в процессе сушки является шасси для осуществления сканирующего принципа сопротивление клеточных мембран. С помощью обработки. Эксперименты проводились с применением плазмолиза, в процессе которого происходит величины удельной энергий 1 кДж/кг и напряженности анатомическое разрушение клеточных мембран поля 60000 В/м. из-за температурного воздействия, возможно ускорение процесса сушки [12]. Предварительная Определение индекса дезинтеграции. При обработка низкотемпературной плазмой может обработке растительных материалов активно положительно сказаться на динамике массообмена используется показатель эффективности электро- в биоматериалах за счет изменения капиллярно- физической обработки – индекс дезинтеграции [17]. пористой структуры, присутствия высвободившейся Данный индекс количественно характеризует степень жидкой фазы на поверхности материала в начальный анатомически разрушенных растительных клеток в момент времени, увеличения суммарной диффузии процессе обработки низкотемпературной плазмой. и изменения некоторых термодинамических пара- Сущность метода заключается в измерении величины метров объекта сушки (теплоемкости, теплопровод- электропроводности растительного материала до и ности и др.) [12–15]. Знания о механизме тепло- и после обработки [17]. Величину электропроводности массопереноса процесса сушки для предварительно определяли с использованием прецизионного LCR обработанного низкотемпературной плазмой метра 1920 Quadtech (IET LABS, Нью-Йорк, США) растительного материала являются необходимым на базовых узловых частотах: 10 и 100 Гц и 1, 10 и инструментом при построении основ для разработки 100 кГц. При работе с листовыми растительными передовых «зеленых» технологий в пищевой, материалами использовали 2-пиновую насадку, а химической и других областях промышленности. при работе с растительными материалами толщиной 5 мм – ячейку из плоскопараллельных электродов Целью данного исследования являлось числен- с набором 4-пиновых коннекторов (1700-03 Kelvin ное моделирование процессов сушки растительных Leads). материалов, обработанных низкотемпературной плазмой, на основе модели Лыкова с определением Величину индекса дезинтеграции определи по управляющего фактора обработки. формуле: Объекты и методы исследования Z =(σ − σi ) / (σ d − σi ) (1) В качестве объектов исследования использовали яблоки сорта Гренни Смит и картофель сорта где σ – электропроводность образца после обработки; Боровичок. Размеры нарезок составляли 45 мм в диаметре с толщиной 5 мм. Начальная влажность σi – электропроводность σоdб–рэалзцекатрдоопроо���б������������в���������0р���о���������������������qад∂б∂н������t���������о���������о=тск�т������и������ь������������q+∈ λδ′������������������������0�������������������������∇2������������������������+∈ λ������������������������ объектов исследования составляла 78,2 ± 1,3 и 83 ± 1 % (значение близко к нулю); для картофеля и яблок соответственно. Влажность измеряли с помощью анализатора влажности (HC103, максимально разрушенных клеток образцов Mettler Toledo). Сушку образцов картофеля и яблок проводили в соответствии с данными работ [15, 16] (замороженных при –20 °С). Лыков���������������ы��������������������������������� м∂∂���������t��������������� = δ′������������������������∇2������������������������ + ������������������������������������������������������������������������∇2 в сушильном шкафу Binder FP 240 (Квакенбрюк, Модель сушки Лыкова. Академиком Германия) при температуре 60 °С и объемной скорости потока воздуха 4,8 м3/ч в течение 8 ч. на базе термодинамики необратимых процессов Обработка низкотемпературной плазмой. Обра- ботку низкотемпературной плазмой атмосферного заложены основы тепломассопереноса и сформу- ������������������������������������������������ = ������������������������������������������������������������������������ лирована система связных дифференциальных уравнений в частных производных двух уравнений для передачи тепла и массы. Модель Лыкова у������с���������������п��� =еш������������������������aно использовалась для моделирования процессов ∂������������������������ ������������������������ ∂������������������������ ������������������������������������������������ ������������������������0������������������������ ∂n + ������ ������������������������������ + ������������������������������������������������ ������������������������0δ ∂n + ������������������������m ������������������������0������������������������������������������������������������������������(������������������������ai − ������������������������a) = 0 615 ������������������������ = ���������������������a��� ������������������������q ∂������������������������ + ������ ������������������������������ + ������������������������q(������������������������ − ���������������������a��� ) + ������������������������mλ������������������������0(1−∈)������������������������������������������������������������������������(������������������������ai − ������������������������a) = 0 ∂n
ZZ==(σ(σ−−σσi )iZ/Z)(/=σ=(σ(d(σσd−−−σ−σσiσ)iii))Z)//=((σZσ(dσ=d−−(−σσσσi−i)i ))σ/i()σ/d(σ−dσ−i )σ i ) Shorstkii I.A. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):613–622 переноса температуры и влажности в капиллярно- оулухзНкпояпрсааравллрраричГаавоатен���а������н���но���крвд������6я���л0���иатфие���е���т0������ь���������������������не���н���0е���лйа���q ен°р���им���и���я���л���а���и∂���C���Нq∂ичейяяз������t���снт∂������е∂���д������(итстсэы���й���=лt2������е���п���ия���т������������������ме���я)я������м���а���р=к���–���������б���э�������аи������л���в���а���п������(���к������∂л���[н���������с���ов3�������∂������ен���2������с���qо���аео���н���)р���∂���tа���������2���п������+������∂х���к���������ч���������������нqа���������д���мч������0���–���е���������t������н=���∈т���+0ооал–������(���2р���о���������������у���ы���2������блq���йя������4и=ж∈������������λ8���qрδ���)ьр���х∂���]м���∂сδ5���ена′���∂а������.���λ������∂������δ������������и���������������t′дт������е������ызш������������������δ���������о������и���t=���′������������������������с���ц���на������������∇���������������������б������������=′е0���к���кт���н���������о���т������==���8���������2���ы������������������р���∇������������у���ае������������������������н������ав���0������������������������7����������������������������с���������у���лм������������т2���(����������л,������ы�������������������������������л���������������∂���������2���ж������ь���ы���������∇������%������+а���ьы���������∂���������������∂���������������������о���х����������q������������)������∂������������������������н���2���������а������зt���q���������������∇вн���+���+������������������������0t������д���т���аю������ы������с���+и������������������а������2������������������������е���и���д���=������∈и���������о+���я���ч���������������мщ������������q=���∈���р���������������������а���л������������ф���о������.������а���������������������������∈���+���0мλ������н���∂���δи���������Не���т∂���л���������������пф���λ������������∇���δ���������δ���������������й���о′���������в���∈���������ь������t���������������λ������δи���аq���у������������������′������������е���′2������������������д������е���н∇������������б���������������������′=зт������������ср���������������=∂м���������λ���∇���т���и∂���������������=а������о������������20���������������е���р������������∇���е������������р������������с������������0������я���онt2������р������������������������м���������������������е������������н�������������������������02т���а������������������������������������������ж���а���������������������������������������вд���������������г���������=����������������������цв������б������∂���������������������������������������������������м���������������������������������������рс0���∂����л������������������ы������������е���∇���������е������+������qо���и������������������������������������а���������∇������иа+������t������т���������������н�������������+������2���ти������������а������∇н���������������ж���������с������ч2������������∂������ын���������������л������с���������и������������=∂∈2���������о���������������е������������∇���н������q������������������оь+п������������ч���б���������������t���с������с������������������+[���+���о���2������������н������.���������оλн������������ы������тδ���к���������2∈������������������������������с������������������ыδыл∈���=∈���������аи′���������0∇������������т���т���������������������������������′в∇ь������λ���ххх]ь���ь���2���������=������λλ���������--.���δ������∇���2���������������������0���������������δ���������������′������������������������������2���������������������������������������������������������������������′���������������������������������������������������������������������������������������������0=�������������������������������������������������������∇���������������0������������0������������������∇���+������������2������������������������������������������������������������������������������2���������������������������������������������������������������������������∇�������������������������������������������������������∇���������������∇������+���������2���+���������������������2������������2������������������������������������∈������������������������������������������������������������������������������∇���������������+���������λ������������2������������������������������������������������������ пористых материалах [18, 19]. =)(/σ(σ−dσ−i )σ/i ) Подробная информация о модели с использованием (σ d системы уравнений с учетом потенциала давления [20] и численно решена в п−рσивi е)дена в работе работе [21]. В данной работе используется система уравнений с потенциалом температуры T и влажности M с допущениями в соответствии с работами [17, 21]: ∂������������������������ ������������������������0������������������������q ∂t =������������������������0�������������������������������������������q������q∂+∂������t���∈��������������� =λδ�′������������������������������������������������0q���+����������������������∈∇λ2δ���������������������′���+������������������������0∈���������������������λ����������∇���������������������2������������������������0������������������������������+���������������������������������∈������∇λ2������������������������������������������������������������������������0������������������(������������������2������������∇) 2������������������������ σ σ KK ==(1(1++ZKKZ) ⋅)K⋅ =K=(=1(1=S++hSKZZh⋅ )K⋅)K⋅K⋅KK=(=1==+S(S1hZh+⋅)⋅KZ⋅KK) ⋅ K=S=h S⋅ Kh ⋅ K���∂���∂������������������������������������/������������n∂������∂������������������������������������������������(���������������n���0���������������+������������������������������0���������+������������������d���������������∂���������������∂������������������������∂������������−������∂������������n���������������+���������������������������������������n������q+���������������������������������+������������∂������∂������������+������������i���������������������������n������q���������������)���������������������������������q������������������(���0���������∂������+������∂(���������������∂���������������������∂������������Θ������������������������Θt���������������������+Θ���������Θt������������+−∂���������∂сс���отт−ддρввввввкнмкп���ггk���=���������УУ=Т���СО���к=КП∂������уnдеед=∂���пи���q0ллелылДг���ири���+������������а������������������дд���е������������������n���������о���к������������рр���т���ш���л���кщ���еΘе���������ф������ааяа���а���и���������ф���(������ис���������рa������–ее∂р���ж���������������������(р���нэ���+���иa���о���∂∗О���������о���П������∂������мм������вв������жжж���������л1������������������������∂ллмс���с���)ф������������������–1���M���ф������������а���T���Ψк���0ф)еы�������������������о���э���т������������������������Ψс0���/���������������+о0���лt(������������иьь(оыq���к������ооtп������е���ожфнннк������сн���+ш���и∂−у0ф���������+∂���+пт���−0���0���3−+���у���ннй���������а������(−������t������–воггд���р���������∂Tр������т���го���δз���воооафn���������=���∂���,δqи������Ψ������=���ео���аае)������зг���р–������������������спр���,������ы������������эи���;���в���ивя���Θсе������������������с������аF���������ссс������������∗���Θяя���t���Fнц���и������������ин������пи���������к������∂���а������������л+∂������������������∂���������∂������∂���������������������������ф���ат������������л������������∂и���адо������т������э���c���a���������фе���−������a���тттeв���������й���������eтm���ииPдц���������=maP������==+���a������ги=ио���/������вть���иь���n���)n���к���д������=∂���������оя������фо���m���,���;еt���те���=∂���иии���ф(LлΘ���L���и���ее���и������е������л���фnаn���������0���з���;т;���е���������λ���λ���с������иn������пркмсMп���л������т=в���н���Θ���р���ппеа;,uu������еф++P���а–���о���������ΨΨ������и���ке���L=���:L������ч������������у���п������(���у���������������л���a���+от���тг∗∂���нc������е������������������ен���о������т������лн���������������г2������лж�������������������������������)���о���а������������∂)������a���n������������aв���������н���������1���λ���������х���u������це������������u0а���/���)���по����������0���ео���о���з���mну���н������н���a������Ψт0n���т���оaо���т���+����(а���(������(с������э���°=р����т������������t������оа=���������������1(���кнц=т(���с����и���(���∂���������епин���(���ус������ол∂���=∇���������+���д���−0ые0������фот+и∇������г���е;сM���������∂���������–−m������га1���5������н∇���аm������∂∂���������1Tм���т���т∇������∂���������ои���ыnу���м���о������������δл���пе0ь���Ψин���������=���∂ео������–���∗тc���к���������ед���ф������∂�������n���∗������,���������̇���������−���������̇���ь���Θя���и������∗������������������−q���пк(���������с������)у������������к���∗∗хнла���н���Fз������q����л������ко���������;й������ь������с������t)������������/���������ыи������������������������∂���������������������������∂������������б������������С���t∗)���������������и������т���м������������������������������������о���������������������������2������)п���������������+������оеа(���0���������т���aо���о���о���������������р���������л���e���������∈2���о������������–m������кPт���ь���������00���пн=+���лLa������ф���=1���������22������������е∈������������уП+���)n���0к������ц������кукк������с2рΘй+������������������мь������псо���т���оаΘ=���Lв���аΘ������1���−1н���г���лр������Θ���ϵuаn)0������=е���ы���∈о;(���ф���т���−���−λир���у���оΘ������т=год)Mт������а���=рт−тсв������ррт���uао+���P���а������������Ψыаь������р���KэмL����+���к���������д������еь���о������д���������еуа���������р���������+т���������э���������е���������йо���+е������е���������у������н���+���,е���������δ���н����������������������е������������)���������ф,���������������a���яnс���λ���������������������������������������н���,е������+���u������������������������б���δо���������o������0���зи���амев���������������������–������,�������ф���а���тв���л������������������a���п������р���nρ���������н����������(���(������х���������������′е���������э���c������=����������������������и������������у���т������������и������δ������c���(1���������ф2т=���������н������2���м������р������(1������л������((������������������′���э���(������о���������нe������������������ат���������ф���������5������в=∇������0������������ьп������L���(������������������m���и���нп���������л������eк������������������цо������фэ������∂������������∈1q���1mаеe������1������������21������5������������и���х(∇���е���а���′���������∂∂���1������������L���=���ьд0���фо������и������е���e������������е���)я���������∈���������ле���������0н���1������∂u(������∇���∗������Ψр2ф���������2исо=���ае���ф����лг������nз;���Ти������о������������̇м���������−a���������но̇тн���Θя������д���и���∗−���ц���u∇���������1р������с(���������)������п���н������������;���а�������������оф���������K.����������tа���0������(aп������ол���р���е���2���пiя������������������б���ар���∗)���������т4а���тL������а���фи���������о������аτг���у������2и������������������Kц���0������и���a.������(���о������������г∈2в∇���������i������������и������−���0я������лL∈���������������д���1=���������22���o−1������,���у������аu���ыτ���е���·���������������+б=���ни���р������л������е������я���о������сф������aΘ���+���i���������Ф������е������∇���������зп������л������о���а������������=������������и���е���а−o������������1−1���������������=°���������Θ∗���u������)я���������������ат���Lср���(������)1т���л2���i−���п���������н=���ао������=−оци�������н���������н���ф������+т������=ерк)���л���∗M������������������т���еL������������������Ψ2и���2у���0���Kт0т�+���������уu���������и���и���−в����������т���������∇���������лви���вш���+���������ое���2ии)������������������м+���������уδM���δ������т���������(е������������ва���е������н�������������������2������,������������u���������а���������������е���27р������������������8������������������ц���������рo���)������л���������������������м���������������,����п���2Ψйтяkо0������������������о������������a2���������2������������з)���(������������������е���������′������∂∂������о���л���������л���������������������δ������������������0������������вк����������тл���(1���������������2=(2���������������2������е���������������������)���09���ы������������������������������а���6���q������(ж���,ьвeа���о������������������Ψи���n���������;������)������������������5������������a���л���t���������������������д���������������т���L���������������������)���������������������н������������������eе���������������������������������������������∈������1������Дб1∇a������а������ва���������10���������2���������у���������������������л((о���������н������а������1���������L���.���=���������0������λ���������������11���ег���������������)���и���.���р���)������������������q������о���������������а������1���������3������������u���н1,������∇������н������Ψ���2���)q������л2=���и9���������������+���������������т,ж���п;���∇a���u������������р���������������������������0∗���a·���D���ес���������������п���������о������−������и���������,���1������ю���������������..���ча���������������������е������q������������������.Kд���.����������а�������������(���11���K,оq)���������°)���=п2тi������������д������������е4а=���������тн���=���∗���τ������п������∇���е���о���ня���∈м2е���a.������(еж������∇���������2���Т−���M∈и������������0а���=���0а���o−1а����с������ф���1������)���=р���ьзк������������+������������iк���=������м������;���а���с���δ∇���2р������о���2���ΨL������;���������к���=���р���–∗���лч������������2н���етL������оф������0���)1������2������в���/3���������ео00���−���������λ������г���о���uр���������,л∂∂���+���������)T���о���Mе���с���������8���)аок���К������2в������р������������Ψ���Ψ2������2о������0иа;������ь������к���∇u������������������������вn��������������с���������������4������������/й������������������������������ф2���.������0������������������р���������о���е���зт���=������a������������б���������с������м���6то�������2с���с������������м������������п���н27к������8���о���������������,���������ач)���������������∗.���������������������∇���������Ψ���������2���������������0a���������b������������,���и������а���������т������о���Вт������о������т���ъу���������0������с����.���������=(2=���–���фо���о���������δ09���н���еMы���э6���q���е���������������3���������)T9���lз������������������Д������.������ь���и������∗������.������������������ь������������б���∇���a������0e������������р1т���������зе���;0���������������д������с.������������р���∂∂���ф���э���е���������т���11���н������������Ми���.���������������������q=������������,������а���������3�������������,������,���∂���������х���������)q∂������=9п������������������n������������и���q���������рь���������к���������ж������������а0∗����������������ил������������1���������ф���������������лое������������в������������������������о���..В���������������Д������������а������зя������������ϵ���ф�������������������������������∇���������11������������)������������n������о���������������������тяа���и.���������������==���������нб������е������∂������п���∇���ио���∂ы2���������к(���)/δ������ф���������2о������н������0���ж�������������T;оа���р���изт������+(0���дао������∇���и′���й������∇2чnЛа������Ψ���+���;���д������с���бп������.������ома������учи���еh���3������м������00ц���������/n���у)=������б���,���с���с���;ри���8������2у0а(������e∇оывн������р�а���2ц+4������·���рии���∗чюусы������кък������������r������6н���нщ������������n∂���Kал���с���������������∗���ца������������������m∂2���δи���������ч���ау���кг���,���аг���ше���������������е���������=���������������������в���.=���а���н������������нщт������M���∗���нв���������′������T9·������������и���ве.nес���нхое������∂·������кo������в���+���1���а���∂(K���������ь(���ы���кин������с������оссн�������т,нdа=���ловc������3тте������е4�������������Е������n������к������и������)���������+яе���y���т+)йи������лах���оm������∇ааатете������)���������)––���=������;;���и���д���n���)--,г,������������������;���������������+������qи6���aи���е���������������������������������������������������������������������q������������������m���0���������(���нn���/1������)���������������∂���������q���������х���������q(∂���������������������Д������������������2���������∂и���m������∂6���∗���i���к���������В���������Θ������а���������(������cΘоt∂������������∂∂������������+цλж������г������∂n���������р���о������Дs=K������оооб������фт���ж���−мппппкпк���г������������������������������к���������������n���������Θ���а������������������������������б������������Θ���=tар���∂с���//o������������1m������д0���������0+oзтп������=∂���оожг���ророо������ГГГГ���((+и������о������ре���������ук0−(������–и���/������������fnн������к/м���е=���������+������������������������������л���эи���Θ���������1���������е������вKвев=������������������∂������������/���м���������н������й������х���2431ц������������т������������0���=∂���������������������з���������������������г������������(ц������������������dк���0��� ���Н���ВВ���a���������−������а������∂∗m���������������·������ф������������������д���������������ди���������������е���������ее���с���������о������������������Г������е���м���������������n������L���������������������∂������ГГГГ������������·������������������и3������������������=���∂и������q1���������K(���(���������Θr������������������������г������������������)�������������������������������∂���λч���е������������������������������∈������������������������������=ΨK���о���0���р������������������ррсuгр������ыы������+���������������с���������∂������y((чK���������������������(���а���������������ф���������������0������������a������1������������������е���������∂∗���������t������������������������������������∂������������������������������е������������������������������е������������������4231���������������������������������������у������������∂н���������о���������������������������)������)0���������������������������∂���а������������������n���������������∂���������+���������т������������������������i���−0и���oq������0т���1������mх���т���+������хх���������������������0������0������р���+���������������)���е=���0������������������)����(−���∈���������������,���������=р������������������������������в������n������Ψ0���н���������(���n���������������иT+������������о(���������������(р���������������−���(е������n���������т���+���а���������������������∂������−δt������∂���������а0���с���Ψ���������������������е���=������тн���=������нн���с���������−������������������������������������∂���������������g������1���Г���������������������а���������������������,���∂���а���������+������������п���������������−0������������������0������K+���������δ���т������������������с������0���������������т���nц���������+������������ра������в���������������0���������−т������н������е������������������в������������������������∗������������������������������F���a∂������������������������������−������������т������������������������������T������������������������������������о���������������������∂ж������������mоо���������������������������������������������∂������0���������������0n������������∂���������е������������������������������������+���������������δ������o������������2������������������������������������Ψ������i������������ н������������(���m���=���������������о������∂∂���������������������=���л������и������������q������в������������(���(������������������л������−������������������������������а���и���������������������и���������������������a������������л������������������������a���������������������������,���������������e���������n���в������������������������ ������������������∈������������������m������������P���=м���������������������������+=������������������������a������λ0P���������������������сn−���=������������������������������−���сс������������������qт���������(������������������������������������������������������������������������������������q)���)n���∗������������,к������������������������F���0���������)���������а������������������������е������������������KГГГГ���������������������������ов���������������к���������������н������������������������������о������������������������������я���я���������������������������������������∂���������������������������������a������������������������∂���������)������������������еΘ0������������е������L���������������о������qn������������������������������������������������������������������������������������������q���������������������т������������������������������������������тт������������������0���аn)���(���a���0������������������������������������������0·���������������������;a������(������∈���а���н���������������������Г������������o���������=���λ���e���m������������∂���������������������и���о���������t���m������0������P������е(������в������M���=+������a���е���(���������∂������������=к������������е������2413���i������∂���������−���=���∂н������н������������������������°р(���������������)n���∂������−���к������u∂������������и���������+���e������������P������������������������иь���������������������∂���������������−Ψ������������������������(������������������������������������с������L���������)������������о���������������������Θ������������������иL������−������L���������∂������т���������р������������������3���=KеΘтб���������������M������������������������+���������a���т������н���������n������������������аn���р���������0������������������������r���1������������0���������������������������������;������Θn������������t���������������������ы������������т������������λ������a∂����������������������������������������о.������������)���������������������������������,���������������+б������M0������������������a∂������un���������������������������с������)Θ���������������q������0���=���)���������������i������к������������u���������o������ер���������������������������е���������i���0������u���(������������Θ+���������−х������tP���������������������������������������р������������������������������������−���Ψ������������������������������−м���a���������у������������������и������������+������������������an������L������a������������������������������������р�������(n���������������������������б���������лс������������������������������������������ио���������������0���=�������������������������������������0P���������������−���+���ао���=������т���−)���������q������������������(���(��������������� ������=���=���������п������)������������������о������(1���=���0−������)���∂���������+���(0����������������������������������������l���������∂)������н∈������������������������=∂���а���a������n������=∂���=∇������������������������������������жт���������������������������n���(���ояu���������ъ���������a������������������������������������и00������������а���∂������������п���������=������������������∂)���ma������������������������������������о1���5��������������� ���о������������a������∇������������д���������������������∂���n������������������������=∂���л�������������(���л������������������������������)������������������0)������n���������������������������������Г������������=δ���п���������з����������������i������������������������������������������оq���������������е������������n������������������������0������������������Θ���������=0���������������х������������е������������(1���������������б���∗0������������������������������т(0���(���������б∈���������������������������������т���=�������������������������������������n������и���������������������)n������������а���������т0(���о=���∇���������̇������������−���������−������(���������������������а���������̇���������������Θ���я���ци���������(−���������а∗���Θ���a������������∂∂������������0���������������������∂���������a���������������∂���������(−������∗∂���m∂������п���������������������)о������������к∂������1���5���4������с������������������������р������∇�������������������ГГ������������������������∂���−���������������е���������������������������������0���������ое������������������������������������������������∂���������)���������������������������∂���n������������)���(������������������������юд������������������б������0������������������������������������������)∗сa������1K������н������п������∗∂0������������+������������������������������������������������n���,������������������(���������������∗������������)������������������0�������������������2���������������а���ч���������������������������������������������0т����������������������n���т������������a∂������������������Ψ������с������0���������∂л���������������������̇������������������∈���р������−���+������р���������������������������̇���∂���������������(0���1Θя���������лL������й���������∗���������������0���������������241���������22������������������������������������n���)(6���o������ы���t�������������������с������)���а���i������+���������(�������������������������������������((((������������������������������н���Ψ���р+���0������������������−Θ���о������������п+���������∂���������������������+������������������������������������и���������е���(a���������������������л������a���������n∂щ���������+���������������б������������������������−0���∗)������0���������о���������+���t������������и������1���а������0P������−1���−���������������������������������у−������������Θ������u���2���������86(7((5(() ���������������−���о���������������aa���)������0���ч∂������)(0������)���)������������������−���������������������������к∈���∂������T���+������вК���������=���−0���е���������00лL���ы���+������св���1���п���еn���������22���∂������������������n���еδ���.���������������−+���31194���Ψ������т���������������=���о���������������������∂���р���)a���Θ���а���++������������������������T������������с���������))���))���K������2����+���,и���������������������������n���и������������������������������������δ���д������1������и���−1���������������������Ψ������������т��� i���=���������ар���Θ������������uа���������������)������������д���������������������������оу������������∗���������(���+������������F���������с������−������������0)3))���������������,������������те������������а���л���������������������������������=���т���������n���������������������,���)���∂���������������������������������������������∂���������������−������������е���������������������������������������������������+���,���o���������������������р���((((���∗йa���в���0������������������ю������F���������е���0���������������,�������������2���������������������������еq���������������3������у������������1���a������������Kн������������р���������т�+���������������e���∂���������������в������������(���������∂д������������������������m���а���0���P���))������������������+=������������������aа������)���������������=���������)���������������(������������������685((7((������������(1г������������2���������������2������)n������т���������к���+������������������,���a������0,������������������������л������о(���������5������e���к���e������������������д���4������.���������(0m������������5Pш���������������������о���=+���������������a������������L=���н������Θ������������нL���������4������в���������,и8∂0���������������������e������т������o���9324���а+������.)n������������к���������т∈1���������������1������о���о,����аn���1������������0((((���2������������������∂���(������������;���������������0������)),))���1������������λ���������×(���0������������������Θ���������9������L3я���������M���г������)���������������а���������������������=���к8������������(1a���1���203л���аn������р���0���е2������еu8326���������u���ыч)Ψ;+���2���P������Θ������й2������ф���(������λ���eк���))))������Ψ;���������������5���������������2M���LВ���Θ���������taL������������������)������=4���ГГ11/������������e���к−���е������р������������+���1q���+���u∈1вт1���+���0P���1���������32н������������������(���рΨ���я������K���1���.�������������Laaaa�������0и(������)ип������������(���������ai)n������������−е������α���������в+���тх������4���1���u0������������u���0тτ������Ψо2���2(������а������������ч����24;a.)a���вю���������имna∂∇n���=���мa�(∂ ))))������������−((((л∈���u−=����������������=������−o11,���0∂о=∂���������6л���������=���=m������1(���a���������K(0.���((n����i���������л(е����(���������������������i68(((5((7���л������=∇���=aa���л����������у������я������и4������ь������Θ������������==���n���τ∂���∗1(������2������m������(���������0Lо���1���5в���Θ���23���a.t)1т���∇������Θ���а2���������∂������∇������19134=∇���������������−���−+м������∈������т������и���������=В−o1������������с���∂������е���))))���������–0���аmр)���=������1���5���������������∗(с������З∇������������0∂���i������a������������Ψ2−�∗∂���2������n���0������������(���еж���������д������u������̇������������������−������aa�̇������������������Θя���)30)���)���0е∗������=���������������������∂∗���������������∗���(п������)2н���ч������)������L������г������1������=����)1∂о������n28�т���������н���������а���������������������)���̇����������−−������т����������������������̇���2=∂���Θя���������р���∗������������������б���Ψ���270������������)∗������8(и���������+))���������)���к;���))������������������п(����������������������������������))2������������������Ψ������������и������н���Ψ2������0���2���t���������a0������о���е������о���������������u������)в������а∈���������г������������������б���n����������������)∗/���0лL∂���������������������������1���������������22���������0�������������∂���2Θх���+���=(22���������������������+−0������������0���������0������+0���9���������о���������6н���������Θ������������+���∈������������лч���α(������)���������−����������2������0с������лL������������������((((���л������оо,������127ч������22������������н���������������8(������T������1п���������)0−1���������+������������a������������������∂∗Θ∇���a���u������)n���������Ψ���������������������Θ������+������δ���a(���������m���н������м���Ψ���−������������=.���������������������������8326���������������не=���11���∂���������������������.а���т���������1о������−1������������q0q1�������������,Θн���������3u=(2������с)���������������н���������������)���09���(�������е������q)������=р96���������−���������������������������������)������������������Ψ=���0K�������������������+���∗������λ������0∗������+н���������F������м���������(���������о������������������������������������������������в���aaaa���м���������������������в..∇������at∂������2���������������������������������K∂,������������т������������������������������������������������+������у���������������������������������K���–н.�������+и���∂����������������������������������е������������������������������11������������11������)���������������������������������.∂���������������������+������������������������������a���������q���−0���0���K������и���������������+���������������e���3���������������������=���������������������������������������om������P������������с))))������������+=������о+)q������оa������������=9−������������������,����o���������������е���m������и���2������������а���������������������������(������0������������������)n���������к������0∗���T���������юди������(���������������������2������������������������������������������и������0к������������n���������������������o����������������.δ.������������������������������1(���������е���Ψ���2���,����������Θ������=���2���L������������������������������+(���������т���п������������������������������������(����������к������eк������(���1���1������т���������атn������������)���0���������������5,������������������������������;������,������)=���������L������������������������������������Ψ���λ���������с������=������������������;���1(������e������2������������������������������1ч2���������������������Mо���∈1в������1���������������������������������1������������������и2���(���2���∗=���������������e���F(������(������������р���������������35������������и���1������������0u������0���������0+���������2���P���L���.���������������������в���еоо∂������������������т������0������������)Ψ������e∂���������������������������,�������������������т���L������∈1���1������������−1���п������������������1���������п���2u������������������������8������(���+���Ψ���������������������������2���������������������1���л���е���+������в���т���������������0���a������;2������������������������������������������∇���������e������������������������������)���������������a������������m�������������ΨP������������������������=+������=�������;a������q���41,р������−)(������=ои���(���������u������������1������������аa���д���н���n���ΨЯ���������2���������2���������������)n������������к���������������������u������;���������������∈3���������K������������р.0���о=�������0���������mс(И������a������6,���������������а������������������i������(���������−���a���Θ������,���L���1���������������n���������4�������������(������������������0���(������������������0∗������8в���τ������2���1���=������������иаn�������в0���3���д���K������������������2.�������������в������;������������н(���a.���������������в���������=������������λ∇)���,0i���������������∇1(���б���������0�������������������������λ(���0кг−о���M������������������������∈4���г���4q���������������������=������−o1���������=6������������τ0���.���������=∇���=������р���0���������������������,=Ku(������∈���0,������+������Mлa.���PL���5=6���������������������9���������������нi∂∇���Ψ������������T96(������������m���������−���ниа���L(1���5������∈���������������л���.���е5∇������=���������,���������р���������−−o10∂о���������������������и������������������������������������������∂������−������=и���=���∗х+∂���������т���������т���∗���������������������������������������������12���o������������)������Lm������i���������������−0������������������,���)1���0���u������������2������0���×���1������,����������������������я5������������������∗������)������������������������−���������������a������������n����������������������л������������n������о���дK������7=���������������к���03������.���������∗���u���������̇=���ымn�а������������−,���������)���������������0������̇���Lс���0���������Θя(���M���а������)1���∗���2,������������������������������о���������������������a���∂Г���������Г���хΨ���(���9TГa220���−���������������)���������n���������0������Г���=���u�������е���.����0(���∂�������������������������1����������������������������������������������0������=�������1������������������������������������)������к������o������0������������������������3���������=���������i���������у���(2���������������1���=н���������б���������ет������������������)∗������������������(1������Ψ2���������������2и���0���0������(���������−0б������������������������������������������������������������������������u���������∇���������������������������2������aо�������������������������д�������������������������nо2���=∇������������������0������т������������������2���й���������������������������������������−������2���70���������������������4���������������3������������0P���8∈о=�������������������−���������2,���������������������1���−���)���������������������∂���������������������0������0������лL���������������������������m������������������1)������������������Ψ22������1���5���������������������0���������и���)к������������∇���������a������),������������������������∂���+����������������и������������2����������������=������������q������������������(���������������(л������27м���������������Θ���+���������8������������������������������������т)���������������������яn0���������������6й���������х����������������;δ���0���������������=2(���∈������������������Ψ���������������=���������������������∗������������������0������9���a������1)���a−1������������6������������с������������������������(������∇�������Θ���������������nu���������������������))������������������������������������������������������̇���с������������������������(���������−���������������������������������в������������������в̇���−���0���������������к������Θя���������ч����������=������������∗������������������=���2(������������������и���������������=������i������������0������в������������������������(������09������������������∇a������������щ���������)������)���������0���������6������������������������������������������������������������а������)�������������������������������)о������������������������������∂∂q������о������������������.������������������������������0���������������������������������0������������������������������11n���������������������0���������������������)���������.)���(���������������∈���������б������������������������������qK���������)∗=−�������������������+���������������;������∇���a���������������3������н���ы���������������������������������������(������������о���н���������a���������������������(���������2���q)������������о���������=9������������������������n���������ц���−������.������0���������������������������������������������������������������������������р������������1∂1���������������−���������������∂������∈���������������.���������0���∗+���������������������������б���е������������������q���������0������������лL������������2������������������−������3������������������������1���������)���������������22���������������������������������)������������«.���.������������������∗)q������������������е=9���������+������������������������������������������������������������������������������K���������o���������Θ���ы������+э���������������0����������(у0n∗���������������������������11���д������������,�������n������)���0������(������(���������������)���е������������������������������р������������������а���(a���∂������������������������..���о���1������=���(���������−1������������������������������������������������������������∂Θ���������������uо������)���������������������������������������0���г���������������������2�������(���a������7���������o���1(���11������(2������−���5������8���)���������i2������������(������6���ф������������������������=������2���������������������������(������2ю���−=������������e������=������������0������������������и���������������5���������������a�������������������к������∗������n������������a���аL���������������������������������ййи2������������������������������������+e(0P������−���������ок���������������−���������������∈1���������т11������������2���K���1»���������2)�+���������������������0(������0))))���)���������������������Ψ1����������)������������;0���������������������������������������)+���������������������n���-���---���+���������������������1���������������3���u���������������������������������0Ψ)���2a������2���������������Ψ���=������������������������;���;���������������,������������������������������������������������a���o���������������8���������������������������������−���i,����������������31������������������������������0������������������������������������������∇���������(�������������������������������������K���������,���.�������������������������4(���������������������)������������������8i���������(1���������−���������2���������������2���������������������������4���������a������������������������(���∇���τ���e���������������������6�5������������������������������4a.���L������������������������������∇������e������������)���−������∗���∈1)∈1���������1������=���������2−o1������2������(������������6���������1������=,���0���������������������������������i)���������������������∗������.������1���=������������������u���2������Ψ2M���������2���������=���,������∗���;������9T���������������L������������a.)1���2������������.���−=���−���1������������aM���������1������������T9K)������.�������������(.���������i������������Ψ22)���0���������4u����������,1����τ������������a.2���������∇�������−������∈�������=���,−o1����������2������������������������=278������������������)i����������������∇������������Ψ���������������a������������������=���������������������=���∗������������������L0�������∇)1���2)=2(������������09−���6���=���������)���������;���)���������)���������������Ψ22���∇���a0������������������u����������������������.������;���������������11���������������.2���������������q���������������3���������������������������ГГГГ0)q������=9�������2���n������������)������27������8���������0∗������)������������������������������Ψ���������������..0a���������������n������)���������������2�������11���0���)�������=���(2∗������4231������09������=6������ГГГГ������)������2���2���(������∗������2���∇a������0����������������������.������������+���11���������.=������������q������������342���31���������Ψ���q);=9������������������������=0∗���������3���������������������
������������������������������������������������ = ������������������������������������������������ ������������������������������������������������0������������������������q������∂������Ш������∂���∂t������������������������������������=������������t������������о���������������������������������������������������р������������������=���������∂������������с���������������∂������������������������∂������������т���������������������������t���������a∂�������t���������∂���к������∂���������������и������∂=���t������������=q������й������������t������+������=���Иδ������δ������=∈���′���.���′������������������δ���������������������������А���������������λ���������δ′=���∇���������.������∇������δ������′���������Т2������������������������2���′���������∇������������������е���������������������������������������������������������������∇������������=х���������2���������������0���������������н���+������2���������+���������������������и������������������������������������������������������������к����������+���������������������������������������а���������������∇���+������������������������������������������������������и���������2������������������������������������������������������������������������������������������������������������т���������������������������������������������������∇���������������������������������+���∇������������������������е������������������������������2������������������х���������2������∇∈������������������н���������������������������������∇���������2������������о���������0������λ���������л2������������������������������о������������������������������������������������г������∂������������∂������и������������������0���nя������������������������������������п������������+������и������������∇щ������������2������е������������������в���������������ы+��������� х������������������п���������������������������������������р���������������(о������4���������и���������0)з���δ������в������������������������о������∂������∂��� д==���n���������с������������т+���������������������������������в���a���Г���������a.���������������1���2������m0���2������������������2���0.������������������������Т������������������.������������������5������������(2���������.������������№���ai (3)(2) Г1 −(���3���������������()������a3)()4=) 0 Г2 Г3 3.(С4.)((6531)3) –622 Г4 σ σ K =(1 + Z ) ⋅ K =Sh ⋅ K���+���Ψ���=������������q������������������������������������q������������������∗���F������������������������������������������������������������∂������������������∂���������������������������������������������������������d������������������������∂���������������∂������������a������������������������e������������������mP������∂∂������+=���������a���∂���=q���������������������������������)n∂���к������������������������������������������������������������������������������������nΘL������������������������������������������������������−������������аn���q0���n������������;���������������������λ���������∂���n���������∂���������M������������������q���=+������������������р������������u������+���0���P������������������Ψ������������������L���������������������+������0∂���������������������∂+т���n���������������������������������+�������������������������∂������)������∂������a���n������������������������������+������u������������0���������������������������n���������a������������n0�������������(���������������������=�������������������n���������+���=������������������1(������i���(���������������������������������������∂������=∇���������������������������0���������q���������∂������∂������������∂m���������)���15������+���∇���������������∂������0������∂���������������������������������������������������������+0���������(���������∗������������������������n�������n∂������������������������̇���������−������������̇+���������Θ���∂������∗���∂n������������������(������������������)������������������������+����∂������������������������������������������������������������������������������������������������������������Θ���∗)������������������m���������������������������������������2Θ∂������t���������������������0���������������������������+∈������������∂���������n���L0+L���������∂1������22������������������++���������������������������∂+���−���Θ������������+���λ���������������u������������������������������������������������������������������1������������−1���������n���K������Θ���u���������)=������������������������(���������+���L−������������������=���������n������=���q������������������������������������������������������+���������+������������������������������������u������������q������������������o���������������m������������������0������K�������������+0���������������������У���������������������������������ч������ссF������������������уаат������д������ЕБ(ввнкмп���гг���ррр������������������������������δ������������������������+������∂������������������+���������������������=������(���������������������(������������������������������������������∂���������������������(������������∂���������0������������������������a������������������������∂+o������ло���q=������е������ддс���и������∂∂������������������������о������������р������,���с∂0���е���и���������������аа���������������ра���1���������������������������и���e���������м���������������с������������������∂������������������(������������а���������������Θ������������������������������������������������n������������1������������������������������δ������п������������������������������0������������������������������������(1���)Θ������������2���������t������������������������������������������������������Θ���������������р���������и���(���������������������������������������������еqс���(���Ψ+ш������е������0���ееe������н���������������������к������зз���������ас������������−������������Θ���������∂���t������0���������L������ф���������и���л���������L������������������������с���������������о������������������������e���������+0���������∂∂������t������������������q���∂���������������������∈1������������1���������������−������н���1���������������2������������������������������������������������(���Фр������������∂���������������������������������������1���������������������=���������ППдт������q������и(���мм���unх������(���∂���������������(���=���+���������м������−−������в���л������0���)���������������ов���+���������������������������������������∂������������������������с���Θ���=���������∂���и���������������������u���−м������∈���������������Ψ���(2������=������������2���∂е���������������Θ���ф���t=∂;���������������������Mϵ���������������������=(∂���∂о���������������о������������a������а���+���������nд������������L������������������������−���у���δ������������������=∂������с���н∂е=������������Ψ���������������о���=���������������������э���������������������оq������������������ее������������Θ���������������������������м���K������������оео���������n����������������������н���)���−(0������������������������K���������������о���������������������������Θ���i������t������������������������е���������Θ���������q���������������0������в������ж������������Θ������n������������д���+���0������������лекτ���������������������т���0������∗������ю���F���ф(���������∈���������������Θ=Θ���������t∂���е=a������������u���рр���c���������������п������������∇���������р���������(рδ∂(���e+���������−���������∂������������л=∂������∈(−a������и������������∂∂∗���=������������−o���������������б���������−���м���е������������������������������������������=���и���(���∂������∂������−������������∂������������р������и������т���aу������a������������я∂∗���i������∂������−������0���o������������e���������К������������н���−������������������m=m���P���∂1���������������и���+=���н���L���na���������������������∂∂���м=���������������������)������ее���������������������ф���∂����=������������=���∂���������������у∗n������������������Θ������щ���������е���Kт���1������������–������������ΨL0������р���=���������������∂������������)1���������2���n���+���и���������������)�������������������������������(������n���0������лт������t���������е������������−���u���к���������������=∂���к���������������L������������������Ψ���������������0t������a���a∂���������������������������=������(+���������������������������и������������������(n������������)������рхan������������в������������∂о���������∂∗������������������∂т���������������������������о���;���.���������������0���������t���р���������ч���Ψ2���������λΘ���������2������∂0���������+���������у������o���������−0���������������������0���uа������������i������+���и���������������(������n���������е���у����∂∂в������н���������������������������������������������������������������������т���=−���−���1∂������������������������+���������������������Θ���������−0u���������������20���������������������+и������P+������������a)������(����������������������������������������n���������T������еΨ���������aй������п���������ео���������������������∗∂���������м=−=������Д������L������������������л���Ψ������������������с0���n�������0P������о������2������������������−и���������1аи���+������δ���−���������������з���������������������(���Ψ���������T���������������(���=���л���������8н���������������������������)���������)������∂���сa���ц������������������0е������∗∂)������nt���������������������������ц������������������������Ψ���δ1���������������������������у���������Ψ,������������a���������������=���������������������)���������)п���∂���������������м�������������������aн���������������n���������������������������∂������������������������д������∂о���������и���+n���о���������Ψц������������−0������0u������е0,������01������б������������������������+���L����������0+������∗���������0������=(2���������F���ч������(���������������у������������)���������������������)ал����лa���������−о������.������������������������������6���a������������������������t���������������������и������∂���0������в������)Ψ���������������������������0������∗∂(������������������и���������F���������T���������р������+���������������������������������������������������(���������������u������∂���������������������������������������л���n���������������������1������������������������������������������������о���∂���������������iδ∂=������������мt������∂����+в���∇���a���������������р���������т������Ψ(0���−������������������������0a���������������������=и���������о���(������+������������ъ������������������������e������������–���������������������������������������н���������������������m������.∂���������������яP������������������й������о���−=+���������������������∇a���������������������������=���������������������,���������������∂������a������.+���������������������������−0������q���������������0q������e���������е������)������q+���T)n���������������������������3аm∂а���P������п���������������−���=���+=m���������������������5a���������������о=1n������д−q)в������������=9���������д���,������������������∇е���������о���∗������δс���и∂∂���a���F������������������Ψ���б������)n���������������к���=������������������Θ������вL���������T������0∗���е���������������������������������������������–������������������∂���������������ы���������������������������nв∂���������0������������n���,���0������δ���������������������∂������нΘ���������Ψ���∗L���;������������������=в���л���������������������λф���������)������������������в������)n������������������������р������т�и���аnM���пн���a0а���в���������л������������������δ)и������−���q∗,���e;���������������=F���������м������Θ���ч���������������mλек���зP∗������������=+���������a���������u������������=т���������=+���M���������P������������∂���)���������������и������������∂���������������Ψ������������=���)n���������∗���������������2������Fр���L0���������������(н������t���������������u���т������������ьб+������P���е���������ы���м���������к������������2���������������������∂∂���������.���Ψ������∂������+������е������)∗a���������0∂���������+���������Θ������ае���ядоLL���ц������������e���������������з���������������������������ф���������������ч���������m���та���Pо���������2������������������+=������������������a����������������������������������+���n0=0���)���������������т���������n������������������������/���������;a���������a���������n������������������∈���я������)���n–������������������λ���������������e���������������������п0������������u������н���m������������������P����������������Ψ���Ma���а+���е������2)0������aы������;������������=������о���a���=������n���рр���������п������������������Θ���рсLa)n������уок���иuu���,������n������+иΘ���рP���+и������0�(���������г3������������������Ψ0���n������������0����������������L=)������фa;∈���������,���������Θ���n������L���λ,���−=т�(������������1(������нл���Θ���к���+)M(=���ы������8����������аn���0���б������=���е������а���−���;м==∇���������и���λ������(1������дuв∇к�������+л()P���,а�������������а������Ma������с���nΨ���∂���4���������������m=���=L∇������u���15ч���������ер���������P���∇���0������[���u���∂���+���о���������P���оо������∂+���������������еи���������Ψ���mнa+���зч���6���1���5���������n���рL���∇�������������(������������∂���о���0������������������ж�������ас���е������л)���������а�������∗л���������������������иλ������+���aт∗2n������������������������������������=������+n���������п2������δ���������1(���0u���������������и̇������(������с0−������������������∗���������,����п̇������n)���мΘр������с������������∗н������������a����n���=���∇n������������a������(е���������от���������n������̇)������а������н���.u−�(ч���������������=���̇ь�������������0���������Θ���∂������������∗����������������Mmδ���о���������������������������15���(���р������4���������������∇������)������9T������=���∂���(������n������������������(1′у����∗)���е�������������(������л���.���������(���������������������с������2у���������������=���е�������������������������е���������������(2������������������������у���о=���M∇���������в���mв���0���������0���з������=������с)∗������1���������������е������������1(∗������������������е���т∈���(������������e���������������������∂������������������������20������n���mL������′������������������о������015������������L���2=���∇���������̇���,∇������−������������������∂������н̇���������e���∈+���������Θ���ш������������лр(∗���о����∈���������,=0������������Lλн∂������������������0щ(Θ���1+оm������������22������)(���������������1���5���ае������������лсрч������0������∇����+р���������=∂������������оK������������������������∗������Ф�������������������������������Θ������������+−���������������������������������������������n���Θ���2���в���u���������������)���������������)∗������������̇���������������u���0−∇���������������(���������������������̇Ψ������������������������Θ−e������∗���1е���и���2���−1∗���������������2о������п������������������;������m������Θ���o������0u(�������mв������)���,���∇n���кц���в������)и������������0������0���a���������(���н���̇���∈а���а����−���������−н������������̇���������0���������ΘяL���������������к∗=���������������2������������������а(������������������е������°���������)а���+������(∗)������������K���K���д�+����������������������λ)���������������������(���Θ���������+���������������������5���22������=���i���������е������������я���������������������е���0���е������������������а���������Bт������������KK������1б������ж������������в������=����+���������∗)���������и������с∈������������������о������;������τ������������−���+���������������������������������������������0������L������о���������Θ���������������������и���нu0���С������������2���)���������������2���������������������a���������с���������������0���)���������������(���������������������������������������у∇���+������������−������������������������������������������+���������∈а������������������−���������������������������������������������������������������������o���������Θ������������������0���m=+o������Л���лL������д���������−o������������������м���������������л���]������0р������1���������������������������в22���и���������������������,������������������������������������������������������������������������н���������������т������+���������������������г���������������������������������������������������������������������=���������������q���������oаi−���(���������i(���(���������������Θ���������������+������������Θ������������������м���������uт������������0,������)���и�������������(���������.K���������������������н���n����+���������������(������������ч������������∈���������������)���������=���.������������с−���1(������������2������������������������(������=���������������������1=������������.���������������������−1���������∗������(���������������������о������������������������������m������������������Θ���������(������uо���L������������������1���)���������иe���������������������е���������������н���������������������е���������������������������M���������������(1������(в������+���2���������������������������������������������������������������������������−���������������������лL���е���и������������������������−������������������ы������0���������������������������������������������������������)������������������=в���(0���e������������������∇���������������������e���������������������������������������2���������������������������������������∈1���������������������+K1���q������я���������������З�������������������+���������������������)л���и���������������������−���0������������������������������L���������������о���∗���������(������������������o���0���������������������=���(������������������∈������������e������1������������������������������������������=���������������������=������������������,������Н���������������������������������∈���10������������д���������1���������(���������������м������������р���1������������������������������2)u������������(K�������������������������������������������������+���чн���(������������а���+−���������=���������(������������н���q������������(������������1���������(������э������������∂���������������������ьв���−���������������u���∂���������������������������������л������:������������������Ψ������������������������������2���������)������������������������������−������������������������������с������1(������∈���������������������2������������=;���������2���н���������������������������������������������������о���+������к���������������������������������������������������с���������uo������������������(������a���������������(������������a������Ψ������K������e���2���������������������������������������2������������������,���������������������������������������−���������nс������������������������������������������������������������������;���������а���=������0���л������������������������������о���������������������L���������������������������������������������������������������������������������)���и������������a∂���������������a(���������������������������e������������о���������������������н���������������o���)���������������и���0������������и������ы������������K������������������������∈���1−Ψ���∂���������;������������������������1���������а���������������я������������������,����������������(���������������������0и������a���q������������������������������������������������������������������(���(1���������o������������������0���2i������������������������������������������������iс���������������������1���������(0������������������т������������=���о(ж������(������∈���������а���������������������K������������������������=������������������������−����������������������(������������������и������P������������������(e���������������)������0τ���������������������(���������������������a������������ч������������������������������������(������ni(������е���������������������������������������������������1(������������������������−���2���L������в���������������������a���������������2���������u������mP0������������−���������∂���������������������−−���Ψ���e������∂���������∇������������������й������������н������������τ���ч���������������������(���)������������ы)∈1−л���������e���1д���������;я0���∈������)−������������������������������������������5���������������������������о=���������������−o������������a(���с���������и������������a������������L���������������������������ч���1������������������������∇���������=������������������������+l������в������e���−K���������−���������n������∇a���������������������∈м������������������������������∈1nм)������������1������=���i���������������������−o���������1������0������������2���������n���и���������������������)������a���������λ������(���������������������а���������������a∂������н=���������������K���u������������1���������������������������������������Ψ���������0(���������������������������������∂���������������������������i���������а���������������=���������������������iыq0���и)���������������;���������K���������е���∗���������������i���с������т������������o���������������������������������д���������i������������L���������1(���������a���������������������������������)1������u���е���������)q2������������������������τ=а������������х���������−���Ψ������������−���������2������������������=���������������2���������������������������������∗−���������������a���������������������������������������);���na���������������������������������������L∗������������;������,���−���������������������∇���)1������������������������������–���20Pa(���������м���−е������K������������−−���������a������������∈)���������я∈���������������o(������������л���−������−������m������=������)���������−o���т���1в���������:0���������)iе0���������������������������������������Ψ2������м���������2������0���������������н���и���������������������)������u������,������)K���������.������������τ�������)иi������������)n������(���������������2���������������������������������Ψ2���i2���������������������0a–���������н���������)���a(���������=2���������u������∇���������4������в����������������������������������е=−������а∇������τ���∈������∗���������������������������ь���=2���а���м���=���−o���������B������е������L����������������������������������2i���������a.���)1���������������������2���������������������������1������������������2���∇������������ϵ���������������������������������������−���уиф−���������0���������i���)���∈������������������а���������������������������������=����������−o���1a������������2���0���э���������)Ψ������������������������������λ������������������������т−���р)a���a=���������в���8������������������������т���K������������������)������������������=a���������������������������������нiт���������∗���−������������Ψ2���������2���������������0Ψ���������������������������������2L���������������������������ua0д������)Ψ1������������������������2����������)������������������;=(���������������������������у���i������������������������)с������������−���������=с���р���)���������������∗���е)������������т���������������2������=������0������ч���q���������)L(����������(������������=(2���)1ви������������2������ф���)���������������0а���–���������������������р���������������������6���−���������q�������������∈���������������������������Ψ���2������=���������)2и���0���а���∇���a���������������������������������u������������������������–���������������������аm���(и���������������))���������o������������о������������с������������������������������������������������о������������������������Ψ������а������������������������������∇a������������Ψ2���������=������2������a���2∇������0������������������������������������������������и���������������������q���uы���������в������������������������������������������л���������������������������a����.)���и������������0������������������������������������������������������������������к�������������q)������������0=������я���������.���q���������и�������������������������λ������е������������2=(���q������������������0������.������������������������3���������������0(������������������о���0)∗)���������(ч������∈������������������ф���������о������=������q)вK=9������������������������)���������������������Ψ�������������������2������(���������������������������a������������������(������27���������������������������н������0∗���������8������−���������������с���о������∗������������)������������������������������������∂���у���������������ч−∇a���������������∂������������о����3������������������Ψ���0������р���δ������������У�������������������)���������р������������a���������=0(���������−������х������������������o���������������������������m������х���������������������������=���������������������������0���п���=и���q�������������������н���������т���������������������������)������������)���������������qK0=����������������������������������������������������2т=2(n���������������лф������(������������������������������0������=09���������q)о������=���������6������������(������2���������н���a∂������р���∇a���������ГГГГ������э���)���������a������������0���������������2������е������������������������0∗(������а∂������������������������=������������������2������������������0���������������������а���������������������2������������в���������������o���+������1���������������п���������������iсе���0������∇������a(���������������������������������е������q������������������е������������������������������������������∂������������−������������������������������������������∂���0���������������������о���������������.����������������������������������+Ψ���a���q)������������������������=���в������п���n���;ф������1���1���������)���������������������������������)������������������о.���а������������н���������������������������������у������q���−������0Pж���������������������������−���������������������������0−∗���������������3���=������������������������������4������Ψ���р���4213���������������о���������������������������������);���������е������q)���������л���������0���=9���р)���0���������������������р������������������н���������������2���������������м������ч���������������������(������������������������������=���������������q���Г������,(���0���∗���������(������������23���������������n������������Г���������������0�n������������е���������0������������������������������)���в������������������������й���∈о..���������б���������=������������������),���зa���������������ц������������������������������=���∇������������+���ф(���������������т���∇а���������8��������������������������������������∇���а������о������11���������������������я���е���������)���������������������2���е���������������������������������������������(������ии���������������������i∇������������������Ψ���������������������В������������П���������������=;����������������������2)���р������0с���������������������п���������������4������������4������������������0������������н���и���������������q���������������2������������2���������������с���������0���(���������������������������)0������������с������(кв���∈���0и+���������−������2���=������������+���������������������д������в∗���0������6���(���н���a������;������,������(����с���������������и2���������−���������������������Ψ������йс������и���������;,∂������+−������∂���������������∗���–���������а������������Б���������������е������������т2−���������т)���∇���еa������и������������)���������л������т����������,=������Ψ������о������������������т���0���;���������������������MKа������������л������������и���������а���n���������������������������,T������0.������и���������������=���л������������������ц���3���������a���∂���������������M0n������������������������и���������������р���/���∂о������������������T9������������н���������0���������,������в∇������я������������и���o.���������������е������i�������������(���������∗���с���8���������������л���������������������������������−���ч���������������������������(я���������������������с���������1���a������������������������������������n∇,������������������a������������������ч���ее��������������������������к,0P���������������и���−������в������4���−������������������������∗а������������ю���я���)���������������=0���и)���������������ми���р����������������M,���н)���о���������������������∗������������������������ьT������т������6���ю������������иn������������������������������������������������,���н����������������с���������)a���������и������������∗���������л������������т������������е������∇н���������2������������������������������������=���������������������������,���������н���+���и���i(���M���������й���������е���==������������о���н���������∇2���������(������((Tщ���(���������������������������������.���������������=����,������)���������������)=б���������Mдн������−���у������������н���с���а���6���T9���·���тa���������������н���������).383���;������2���м������������ы���M���������(в���������ы���������1)���);���К����,���α������∇елл���г���р���ос���ис���т���a���������������9���=�������a���a,а���ы���a������������������0������а���������ыn������)������������)�������������������������йи������з���0���������∇mяяхооnав���������)а������ее)������)���a;���������a���)���))))=������–���q������;∇������2������))������-∗..,=������2���������∗;���)���(0n���)∂���;������∂������=���������������������20������n=���)���∗���Θ������������0Θt���n)���2∗−2=∗���������=���∂������������������=∂ГГ���ч���сооое������фф���тддзтввпкпмиииин=гррр������������������������=n������иди���еΘоббплы���оол���ааан42нниро������уо������и������((((������(е0������a���∗∂���������������СеГГГГ���с���нч���рздр���изс���эи������яс���∂���685((7тодд���aa���дй���1������рннп������ч������н���)����������������������������������Ψ���0лн���Р���РИК������р+���19���(���с���факт���аат���ея���4231���nt���сце���е���))))е���м���илка���∂и������∂+���0���−е+���оозч���ууиеб(н���еин0)−н���ека���кик������фTепн���оцnс���–нм2иц���Ψ���=ш���гс���пишрз���онжнс,.ц)и���ссс���нмл���рд���и���∗���иFн���а���рар���т������у������������и������аар������нт���т���а������на���с���ы���ия������������������((((���������ГГГГ���ее���иaееа���е������������e���)���и���mнаоP���ц���+���аa���уГГГГ���л������вык���)ез���ок���8236к������о���н���а–рннтвк���дΘLмтZ���сго4231ц���оаn0ие���на;сидь���λм4213а���aaaaMГГГГлйви=(елорсесинеuPбΨмгцииуLе���ериеM8���т+))))тГГГГ���зезаао���лезе2413����н)яоы���nрГГГ���нмдuшнии���л0ткыааарчрлипnн�(ь4213=�ис(ав=1(ео(0етфхии423���)оэемт=∇���аеое���ннKхкн∂���и���э1���5б���∇���лз���∂з������о���нф���кт���������я������н���с���ырZо0���с������и���∗п���кет���ио�������nвксы������и������̇о−���������̇а,м���оΘяк∗���в������с(и���)к���е���Jе�ь������пе������тCес,������������ктрог���������об������)∗ж������т���нJ������(д���вс���2���п������х���н������������еля���и∈���е���оп���г���0лLи���ро1������22б���с1ез���+т���к)пΘка+���а=те���емоирян1−1д���ееΘрu)иеды(е0р−и=дмоок[мрсипZра���соГа������адб���Kм�+���ер���ли)а���2������о������nр�������влаи������+���и���ц���иы���п������о������несх(с���.���1������������гекрф���������������������зо2оo���=������1���в���,����тп������н������.���((а((���а������K������н������������5���мятт���рти���м������т������о������������1(ил���2р���������2������ао������������В���������в(ж0867(((5(e���a���������]���5������оВт���еоL���������������ды������eеа������б���о������∈1ие1са1������2������ил(9324���,е(н1���яе.зе0э���а)���па))))рр1инuбыCэеΨ2е2отл���д;цк:н���нхьндф���))))−н(ц���1���������О���оактмKсГГ.������ц�фсн(и���оо������а���ор���4з)ГГч���тифτно���т���еоa.���т∇вссф−���у∈и���=���o1о���чтку���24у���а=спт������аф���илаi���((((в���и���о24р���у������уГГкя���пт���(((���=���((((∗ж������в���аLл���а)1���2еп���яе���л68((57(сaa���.и−яр���с���263гу.68(75(е)рaaа���езиГГн���а������леΨ2���2914е042(������ьuсм������т�пхеГГ���р(((())))���91л���едо���2цма���ршввПaaa���нрн))))������рс����к2тн������242О7к���6875(((8)0)и���−���aa):������������ви((((врΨд������п���е���не���0)���е24е������лс���и���)))ип���са194ао���(((0���ци����=2(���о���и���68((7(509aaр6е)))))т���л���������ы���нно���н���е������оетл���������86(((7)���aa������е���ктл∇���a������е���194���й���с���о���0))������1���й���им���.������с������н������е���х11уи))))������а���.������������q191л������������рк���3в((((цз���и������и���������вq)ни���9���с������р)))���н������о.������((((���0∗���л0))���������5)������л���жи������8362���дир..������е���������еол���а���0)3пэри����������иич8623���11е������)���а������а���ое���в���т1���������=ь������к0)���ь������а2но���((((aaaaянкт���н2���доо���))лае���им�жaaaa���ц���+нз)���8236он���н���0������в���у(((())))св���Ψт���;н������ыооннилс������а.���))))���ос((((3���0���еа������8362еиэ���еaaaa,тыи���есарн���8���стьб���8623зыиели���∇иР�вн���л)4.вф���рня))))aaaa���кл���нтмоян6���хнр���2мaaaaое���м���а∗сьо������к���йя2а������)))),ит���и���ьф������омэ���ы)���.=мД���а))))���коиMснт���н���п���9Tзесе������.по���нфе���к1й���т���ьиеосй���оехситто���оли�,р/коиклнф����р���млоц���ск,���е������ле���пя���н∇аоу���вой(���ен=���апа���меидзв)ияыр1ллдзе;тлвкпядк���онц���оввеч���е���2ан���)аал���оиен���и���0отеn.р)мклауеилневзнакикзичич2кн∗оПчсрирносомотпчаас.чвевесоебеитнгачео=вщедолоыансасаи((чДнввиннввнинвиаисс1лт1тонньоынеиидоо���олнни���чдллв���вс������1г2з������������ю���ыйм���оKZее���йййййяяхоаааааеаеее))---, KSKhKообK⋅бKрорKбо=орб=б0р���р���=���(������(������1=���я1=б(+л1+((∂1∂=1+ZnZKуфΘвнмг++д∗���ру����и)Z���ео1������)����2���е���2аю+5(тZяр⋅������Z⋅���0������0в)о=к������х1���������мK������Tт������Kн1о���)���д������⋅���.,���)���е4(���э���аKе.������⋅K������ч0���2���1������,���⋅ф���0������н���������������K���лв)2���а������������пK���Θф=���1и���00���з)е=������M=о–в=0иян27+0=л�е(SцаS093���=nуш�к�������Fи���=м1h���������=���11а���h���Sчо���к������5���е������e���е������������������)���0а���..���������S���и���н���⋅н������������Lh11���̇н���������̇т.Sр������⋅���(�������������������к������мте���K���тh������ен����Мu������Kа���������h������к⋅ыLч���+м���р:ы���,а=������⋅Ku0тн(ар⋅0пCх���K������KтK�������т���о���������=������K������е�������������0���������T���я���������р������о������г���o2������я������,���=������р���������б���������=02������������1о���2и������������бс������������(0�������������л������1���а2���������������я���11л���=���т���1���ц������������)1���1����тPб������������������яа���э���=������������������−а���л���=���1������2у������б������n������������тл������������ϵ���������11������л1���2���р,к(−∈=������еK�������������11������������1�C������ы������о���������2���м=������������)1���2������5���2������o������051���2���в���M����Ψ202������е���1���0������2���L2)������2���1������и�����������5������1=Гн������������������������.�������11������2���������2������u0с4���.����������5���=���1���.���4та22���������1������2���1.���ив���=0ϵ,���1���1������1ла���.�������22���������������K���4������л���м������1������.���0������е���F���.�������1������=���4����а����сo���.р���м������1T(2=27ж8,к27+���е������и�2���09K���6���ии���н09���т2,278�с.11.н1����3ор���1129���227809���1п6������..F������а���������си���11���..=,2������09���6���11о.11���������3���M������т9���TM���ч���в����.���11...л����(���3и���119���н�,13..ьм���с181�������+а������4з���=���ва���о)6�3Fо2ит8���о������.3���4���eв���у9���р���0.86)т1Lм4а2ри2в6.�нu92.оаче1.()9ив.жнт·11�неPос0е�мnетйт)--, количество разрушенных клеток не увеличивается. Да(н1н3ы)й фаокгртаснвиячзГиав4наaюс щтио(8(мч1aе3)ч)пноылмнохеарракатзреруошменоибе- работки, клеточной структуры. Прярди(о1ом(3б1)ри3ас)бсолтекдеоивамтпеуллеьйснбыымл электрическим полем сувсятзаынвоавюлетногарнаанлиочгеинчи(ня1ыр0йо)сфтааки(тн1.д3Rе)к.сOа sдtеeзrиmнeтiеeгrриацдири. с возникновением обратного эффекта процесса электропорации из-за сверхинтенсивной обра- ботки [26]. Схожая зависимость величины индекса дезинтеграции для материалов картофеля и яблока быть численно решена. Выражение (10) соответствует была получены другими авторами при обработке принципам =си�м������������������������������������м������1���2��� 11етр������������и������������������������������1���2���и22�О=нз�а28г2е6р..39а (K318426=2.9.1K�21). импульсным электрическим полем [27, 28]. ������������������������карт ������������������������ябл = �25011.4.1 270911..11� 617 (13)
���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������0���0������������������������������������������������ ∂∂nn ++ ������������������������������������������������������������������������ ++ ������������������������������������������������������������������������������������������������ ���������������������������������������������0���0δδ ∂∂nn ++ ������������������������������������������������mm���������������������������������������������0���0������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������((���������������������������������������������a���aii −− ���������������������������������������������a���a)) == 00 ГГ22 ������������������������������������������������ == ���������������������������������������a������a��� ГГ33 ГГ44 Shorstkii I.A. Food Proce���������������������������������s������������q���qsi∂∂∂∂n���n������ng���������������������������������������:++Te������������������c���������������������������������������������h��������� ++niq���������������������������������u���������������qqe((s���������������������������������a��������������� −n−d���������������������������T������������a������a���e))c++hn���������o������������������������������������l���mmoλgλy���������������������������������.������������0���02((0112−−2∈∈;5))2���������������������������������(������������������������������3������������������������������������)���������������������������������:������������((6���������������1���������������������������3���a���a–ii −6−22���������������������������������������������a���a)) == 00 0,9 0,9 ными через уравнение (12). Отклонения расчетной 0,8 0,8 двΘΘлаан==жн������������������ын������������������������������������������������0������������0������������������ох−−−−ст���п���������������������������������������и������������������������a������������a������о���a������a��� ок;;ΨтаΨзса==оно���ы������������������т���������������������������������������������������������в���0������0��������� не−−−−тас������������������������������������������т������������������р���������������������e������e������вe���eиу;;сюτуτщн==кие���������������������х������������������������0���0���������������������3���������э���������������������������������������������q������������q������q���кq.������������������������с������������������������2П2п;;ер∇р∇ои∗∗г==мное������������������������нз∇∇ит;; раnnлу∗∗ье==нмыо������������������������������������������������������х���������е��������� Индекс дезитеграции0,7 0,7 значение потенциала влажности коррелирует с Индекс дезитеграции0,6 0,6 ∂∂∂∂оэΘвΘttкбл==срапжа((зен11цроо+и+свмтF.FиеeeОнLLсттuоuна)с)о(л(т∇с∇ьаи∗вн∗))тиы22елΘΘмлоьи++мнр(ое(∈е∈незеоKKуетoлoк3LLьлuтu%оа))н((тд∇∇еал∗нм∗)я)ии22веΨΨдспелохяпрвоасстесехчневцтииндаылоухв 0,5 0,5 точек. 0,4 0,4 низДк∂∂о∂л∂ΨΨтtяtе==мопбPPерnnраLLазuuцт((уо∇∇рв∗∗)н,)22оΘΘпйр++едLLпвuuла((а∇р∇з∗и∗м))т22оеΨΨйльнопроибрарбаозлтаинчнныойх 0,3 0,3 интенсивности обработки, применялась та же 0,2 0,2 днплерояобцвресад∂∂∂∂ебуnnΨΨхор∗∗та++парнчPPоинnnасын∂л∂∂∂хаnеnΘΘлн∗∗оин++бзори���������г������������������а������р������������о������������������з���������������о���������������ц������������������������вм���ΨΨоаовн==д.не0Ды0лиихрапдоаавнзаоннниыяхо, тчскотлосотниаевндлиялйля 0,1 0,1 от 1,2 до 4 %. Это подтверждает целесообразность 0 0 0 1000 1000 2000 2000 3000 3000 0 КоличКесотлвиочерсатзвроядроавзрнняидазоксвомтн2неимазпксоемрт2еамтупренроайтупрлнаозймыплазмы яблокояблоко картофкаерлтьофель Рисунок 1. Зависимость индекса дезинтеграции от отиибс∂∂ч∂ъп∂nnеΘеΘо∗с∗клк++тьоозг���������������во������������������о���������������������������в���������������с������������������������и���������а������������ΘуΘннш+си+ткя���р������������и������������������������у������м������������������������������������пм������������о���������������������������рLLедиuнuеKтKлпаooио((дс11Ллт−−яыо∈∈япк))нроΨΨновгоа==нйво00тзкиеамрчопевесартнавитеяумркера.тиевмыах- плотности количества разрядов низкотемпературной плазмы на 1 см2 ампаптОеаррп��иа���р������������������0������0а������т������������T���еTладоепв���������л������������������0������о0������������M���(Mетрн��еи�н�нс������������ы������������.������ц������������������������������������������̇������������̇̇������̇���3���и�й�)а++блсы��������в������������������������л������������������������������������������������л���1������2���п1���2��� 1и111аосжмпн������о������������о������������������������������������������������о���������������1щ������2���л1���2��� 22с22ьь��тзю�ио����������в���������������������������������������������������������д���������а�����������������������мнл++яадтл��рея������������а���������������м���������������������������������������������M������������MT���������снT��� ат�а�тихи==отчеж00елдсьекнноыигяхо Figure 1. Effect of the density of low-temperature plasma discharges per 1 cm2 on the disintegration index заданных значений кинетических коэффициентов из уравнения (111550). Аргумент матрицы K на основе вход���������н���������������������������������������((ы���������������������������х���������������������,, ���п������д���������������������������������������о)а)сн==лнеыn�n�==пх00р((то������������а������������ц���������������б���������((ел���������������д������������������и���������������у,, ц���������������р������������������������������ы���))ы������������������������������������������������1м−−ид���������������лн������������������������������������������яи������������������������������������������м���������������о���������������������������������������������������иб������������������������������������������������з���р������������������������((аа���������������������ц������������з���������������,,ци������������������������������������ои������������,, в���������������������о���������������������������,,кт���������������������������ка���������������������))рл������������������������������������т���о���������))он22фенеиляя Полученные данные индекса Z (рис. 1) были и яблока использованы для выбора необходимых значений удельных энергий для достижения трех различных был определен как: уровней Z. Таким образом, у картофеля и яблока были ���������������������������������������������к���каарртт == �����������������������������������������������������������������������������������1������2���1���2��� 1111 ���������������������������������������������������������������������������������1������2���1���2��� 2222�� == ��22882266....3399 3388446622..99..11�� выбраны три уровня индекса Z (0,3, 0,45 и 0,6) для дальнейшего анализа факторов управления процессом сушки. Данные уровни были выбраны для удобства ���������������������������������������������я���ябблл == ��2255001111..44..11 272709091111....1111�� (13) анализа с учетом достигнутого максимального значения индекса Z = 0,6 для яблока. Картофель )к⋅оKэЗф00афв=иицсSииhмен⋅оKтсат00ьK величины Z от кинетического представлена на рисунке 4. обрабатывали япбрлиоукдое–льпнрыих0э,3н5е,р1гоиза1т,р8актаKДхжоо0бб/рр,к5г=,.1(,12 + Z и 1,8 кДж/кг, Первичный анализ полученных зависимостей Экспериментальные результаты сушки. Кривые сушки образцов картофеля и яблока с наличием кинетических коэффициентов от индекса Z демон- обработки низкотемпературной плазмой и без стрирует растущий тренд. Величина коэффициента представлены на рисунке 2. Кривые свидетествуют K12 демонстрирует рост с увеличением интенсивности о том, что процесс сушки протекает в условиях обработки. Это можно объяснить корреляцией доминирующего дифузионного переноса. Предва- между коэффициентом диффузии D и удельной рительная обработка низкотемпературной плазмой влагоемкостью cm. Основные кинетические коэф- позволила снизить длительность сушки до достижения фициенты K11 и K22 демонстрируют схожее поведение Mt = 0,1. При удельной энергии 1,8 кДж/кг для картофеля и яблока, обработанных низко- длительность сушки удалось снизить на 25 и 28 % температурной плазмой. В работе [21] было для картофеля и яблока соответсвенно. В опуб- отмечено, что параметры ϵ, D и cm оказывают наиболь- ликованных ранее работах сообщалось, что шее влияние на эффективность процесса сушки энергетические затраты на обработку составляют (массообмена). Большие значения параметров ϵ и менее 1 % от общих энергетических затрат процесса D и малые значения cm позволяют интенсифицировать сушки [15, 16]. Качественные характеристики процесс сушки без использования высоких температур. продукции сохраняются на высоком уровне. Для решения задачи управления сушкой было Численное моделирование. Рассчитанный по- принято условие, что значения других кинетических тенциал влажности с использованием мате- коэффициентов из уравнения (12) являются посто- матического аппарата для образцов необработанного янными в рассматриваемом диапазоне. Параметр D картофеля и яблока показан на рисунке 3. Численные влияет на кинетические коэффициенты K11, K12, K21 результаты прогнозируемого потенциала влаж- и K22, параметр ϵ – на K11 и K12, параметр cm – на ности сравнивались с экспериментальными дан- K21 и K22. 618
Шорсткий И. А. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 613–622 11,,010,10,0ВВллВВааллажжаннжжооннннссооааттнснсььатссатьууьсммсххуаауммооттхахаеееототррееввееииреерввааиеиещщллааееаащлщлссеаевваттссвввтвпптоовеевппорроееееррссееччссееччттееееттее 00000000010000000001,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,67981245300000000000187965342100,,,,,,,,,,0000000001796825143000,,,,,,,,,,0876952341000 0 000000000000000000,,,,,,,,,,,,,,,,,,76981235400000000007689254310,,,,,,,,,00000000068971345200,,,,,,,,,076893452100 0ВВллВВааллажжаннжжооннссннооттааснснььтатссаььууммссххааумумттоохахаееетоторреееввеииреерваавииееллщщааааеелщлщссаевваеттссввввтпптооеевпвпрроеоеееррссееччссееччттееееттее 1100100010000000000ВВ0рВреерВммерямяеся2мс2у0у0яс2ш0шу00с20шк00ку00и00ишк0,0,и0ксс,0ис, с 33003000300000000000 11001000100000000000 22002000200000000000 33003000300000000000 ККоКонноКттнорртноорлтлорььлоьль ВВрВреерВммерямяесямсууясшшусшккуиишк,,иксс,ис, с ZZZ==Z=00,,=3030,03,030 ZZZ==Z=00,=,4045,504,545 ККоКонноКттнорртноорлтлорььлоьль ZZZ==Z=00,,=6060,06,060 ZZZ==Z=00,,=3030,03,030 a ZZZ==Z=00,=,4045,504,545 ZZZ==Z=00,,=6060,06,060 b Рисунок 2. Кривые сушки картофеля (a) и яблока (b) при различных уровнях индекса дезинтеграции клеток Figure 2. Drying curves for potatoes (a) and apples (b) at cell disintegration indexes Потенциал влажности, °М140 124000 Потенциал влажности, °М 200 ППооттееннццииаалл ввллаажжннооссттии,, °°ММ120 180 100 112800 160 80 10000 20000 30000 160 1100000000 2020000000 3003000000 140 60 110400 120 40 100 20 18200 100 80 0 6800 60 0 40 4600 20 224000 0 00 0 00 Время сушки, с ВВррееммяяссуушшккии,,сс эксперимент модель эксперимент модель a b Рисунок 3. Сравнение данных процесса сушки эксперимента с моделью для контрольных образцов картофеля (a) и яблока (b) Figure 3. Drying model for potatoes (a) and apples (b): experiment vs. control Таким образом, для анализа влияния обработки кинетическом коэффициенте. В соответствии с низкотемпературной плазмой на процесс сушки работами по предварительной электрофизической необходимо определить взаимосвязь между основ- обработке при более простой оценке основной акцент ными кинетическими коэффициентами и индек- направлен на изменение коэффициента диффузии. сом дезинтеграции. Как видно из уравнения (12), Примем в данной работе аналогичную гипотезу коэффициент диффузии присутствует в каждом и свяжем коэффициент диффузии с индексом 619
Z =(σ − σ i ) / (σ d − σ i ) Shorstkii I.A���������������.���������0F������������������������qo∂∂o������t���������d��������� =P�r���������o���������������qc+e∈ssλiδn′g������������������������0:������������T�������������e∇c2h���������������������n���+i∈quλe���������������������s���������������������������0a������������������n������������������������d������∇2T���������e���������������chnology. 2022;52(3):613–(622) 2 114140401040 ������������������������������������������������ ∂������������������������ = δ′������������������������∇2������������������������ + ������������������������������������������������������������������������∇2������������������������ 335350503050 (3) 112120201020 ∂t 33030003000 225250502050 кккооКоээККиэКииффнифннффенеефтииеттиитцциицчиииччеиеечеесееннсскнстткктикиийKKийй11Kй111 11010001000 ������������������������������������������������ = ������������������������������������������������������������������������ кккооКоККээиКэииффнифннеффнеефтеииттитцциицчиииччеичеееесеессннкснттккиткиийиKKййK11й2212 22020002000 (4) коэффициент K11 88080080 коэффициент K12 115150501050 11010001000 Г1 66060060 ������������������������ = ������������������������a (5) 44040040 55050050 Г2 0000000 0Г3 22020020 ������������������������������������������������������������������������0������������������������ ∂������������������������ + ������ ������������������������������ + ������������������������ ������������������������0δ ∂������������������������ + ������������������������m������������������������0������������������������������������������������������������������������(������������������������ai − ������������������������a) = 0 (6) 0000000 0 ∂n ������������������������������������������������ ∂n Г4 00,0,22,20,2 00,0,44,40,4������������������������ = ���������������������a���00,0,66,60,6 00,0,88,80,8 00,0,22,20,2 (70)0,0,44,40,4 00,0,66,60,6 00,0,88,80,8 ИИИнннддИеденкексдксседд(к8едес)зезидзииненнзттиетегнегргртареацагццрииаиициии ������������������������q ∂������������������������ ������ ���������я���������я������������ ИбяИ+бИлблнн���������яол������о���нд������дqИбкокед(елок������онк������ек������������оосдк−скседод���������к������������едa���ес)зези+дзиинен���������������нзт������т���mккиетеакλагнег���р���а���рр������гр���т������0тркартеа(отацо1агцфор−црфиифтаеи∈еиоцле)илф������ь���ил������ь���������������������ье���и���������������������л������������ (ь������������������������ai − ������������������������a) ∂n + = 0 яябяблбляолобкоклокоооко ккакарартрктотаофорффтееолелфьлььель Θ ������������������������ − ���������������������a��� ;Ψ ������������������������ − ������������������������e τ ������������������������q������ ������ ∇∗= ������������ ∇; n∗ ������������������������ (9) ���������������������0��� − ���������������������a��� ������������������������0 − ������������������������e ������������������������0 ������������������������q������ ������ ������ ������ 33535105031405400 = = ; = 2 ; = 330301003120020 2252510502100500 11613606350105060000 2202000280080 11413404301004000 кккккооооКээККоККээиКэииффииффниннфннффеффеенеефиитттеииттццитиицциицчиииччииччеееиечеееесеннссессннкттснккттккиткииииKKйиKKйй211ййK22111й1121115150501605600 ∂Θ = (1 + FeLu)(∇∗)2Θ + (∈ KoLu)(∇∗)2Ψ кккоккооКэооККээиККээфииффнииффннфеффннееиффтееииттцииттцциииццчииииччееииччееееснеееессннткссннтткктитккииKйииKK2ййKK222йй1122221121220250105002000 (2a) 1101000140040 ∂t 55050205200 ∂Ψ 1101200200100000000 00000000000 ∂t 8624116428000082641155000000000550000008426000000000000000 (3a) = PnLu(∇∗)2Θ + Lu(∇∗)2Ψ ∂Ψ + Pn ∂Θ + ������������������������������ ������ ������������������������ Ψ = 0 Г2a (6a) ∂n∗ ∂n∗ 00,0,И20И2,И02,н0н2,нд,2дИ2едеИнкекИсндкснседддкдеедеск0е0зезкс,00и,дзи4∂4с∂0,,инеднn44Θ0,нзтде∗т4,иезтее+4гинезгр���иг���рнт������������������ар������енат���������������ц������а���гц���е���тΘцригеи+0ариг0и0цр,0аи,���60,������6���ци���а,6������������6,���������ц0и���и6������������������,и���L6иuKo(1−000∈,00,,88)8,,Ψ880,=8 0 000000000 0 00,00,22,,220,2 0000,,0,444,,440,4 0000,,0,666,,660,6 0000,,08,8,8,880,8 ИИИИИннннндддИдееденккееккссдксГсседд4дкдaеедесззеезииздзиииннен(ннзтт8тиеетaтег)генегррггртраареаццаагцццрииииаиицииии яябяблбляолобкоклокояообякблолооккоо ккакар�ар������������тр0к������т������Tотаофорфк���фт������е������0е���ка������Mолелраф�ьльрт�ьеот������������������л������������о���ф������̇������̇����ьфе+лель����������������ь���������������������������1���2��� 11 ������������������������������������������1���2��� 22� �������������������������������������������������� + ����������������������������������������M������T��� � = 0 яябяблбляолоябкокбялокоблоолокококоо ккакарартркткотаокафорфрафтеертолелотфьльофьефеллеьльь (10) 3Р35и50с0унок 4. Зависимости кин���е���������������������(т���������и���������������,ч���������������������е���)с=ки�1х5 (к���������������о���������(э������������������ф������, ������������ф������������)���и��������������������� ц−и������������ ������е���������������������и���н���������������������������т������������я���������������о���������������б���������(в���л���������������������,оо������������������кт������, ���а������������в���������, е������������������������)л���������������и���������)2ч1111и644600н00ы00 индекса дезинтеграции Z для картофеля 33000 ккооККээииффннффееииттццииииччеееессннттккииKKйй2211 Figure 4. Effect of disinn=te0gration index Z on the kinetic112c20o0ef0ficients: potatoes and apples 225500 ккооККээииффннффееииттццииииччеееессннттккииKKйй2222 22000 �у���������������������������������������п���1���2��� 11ро������������щ������������������������������1���2��� 22е�н=н�у28ю26..39 38462.9.1� 110000 115500 через выражение и ������������������������карт = 88000 дезинтеграции запи110с0ь0Sh = 1 + Z: введем Вы6в60о0д0ы 5500 ������������������������ябл = �25011.4.1 270911..11� Разр440а0б0отанный матема(т13и)ческий аппарат и 00 Kобр =(1+ Z ) ⋅ K0 =Sh ⋅ K0 (14) програ2м20м00ный код на основе дифференциаль- 00,2,2 00,4,4 00,6,6 00 00,8,8 ных ура0в0нений термодинамических потенциалов Индексы «обр»ИИиннд«де0ке»кссдвдеузеизринантветнгергеранцаицииии(14) означают влажности00 и тем0п0,2,е2ратуры00,4,4Лыков0а0,6,6 спосо0б0,8н,8ы оибзмраебноетнаиняныйкииянбянеблатлочиокакочлоеьснкыийх. кПкарркартооотвэофеффедфлеельиньцниаяенптрооввериказ уравнения (13), в соответствии с полученным описывать эксперимИеИннндтдеакелксьсдндеызеизеиннткетргеиргрвацаыциеиисушки пред- экспериментальным путем индексом дезинтегра- варительно обраяббяоблтлоаоккононых нкикарзарктотоофтфеелемльпьературной плазмой растительных материалов. Предложенные модель и методология, с их высокой точностью ции, показала высокую схожесть R2 = 0,985. (невязка менее 4 %), могут быть использованы для Следовательно, коэффициент Sh можно внедрить анализа, моделирования и управления процессом в систему дифференциальных уравнений при сушки пищевых и сельскохозяйственных продуктов. использовании электрофизических методов пред- Проведенная оценка эффективности разрушения варительной обработки материалов, таких как анатомической целостности растительных клеток обработка импульсным электрическим полем или посредством измерения индекса дезинтеграции низкотемпературной плазмой. Однако дальнейшие коррелирует с кинетическими коэффициентами модели более детальные и с расширенным кругом объектом Лыкова. Эти выражения позволяют прогнозировать исследования необходимы для подтверждения ход переноса потенциала влажности и управлять правомерности использования данного коэффициента процессом сушки предварительно обработанных для управления процессом сушки растительных материалов с помощью низкотемпературной плазмы материалов. при различной интенсивности обработки. 620
Шорсткий И. А. Техника и технология пищевых производств. 2022. Т. 52. № 3. С. 613–622 Конфликт интересов Conflict of interest Автор заявляет, что материалы статьи не были The author declares that this material has not already опубликованы ранее и не отправлены в другие been published or submitted elsewhere. The experimental журналы. В работе не проводились испытания над research involved no animal tests. животными. References/Список литературы 1. Bassey EJ, Cheng J-H, Sun D-W. Novel nonthermal and thermal pretreatments for enhancing drying performance and improving quality of fruits and vegetables. Trends in Food Science and Technology. 2021;112:137–148. https://doi. org/10.1016/j.tifs.2021.03.045 2. Kumar M, Dahuja A, Tiwari S, Punia S, Tak Y, Amarowicz R, et al. Recent trends in extraction of plant bioactives using green technologies: A review. Food Chemistry. 2021;353. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.129431 3. Lammerskitten A, Shorstkii I, Parniakov O, Mykhailyk V, Toepfl S, Rybak K, et al. The effect of different methods of mango drying assisted by a pulsed electric field on chemical and physical properties. Journal of Food Processing and Preservation. 2020;44(12). https://doi.org/10.1111/jfpp.14973 4. Armenta S, Garrigues S, Esteve-Turrillas FA, de la Guardia M. Green extraction techniques in green analytical chemistry. TrAC – Trends in Analytical Chemistry. 2019;116:248–253. https://doi.org/10.1016/j.trac.2019.03.016 5. Fauster T, Schlossnikl D, Rath F, Ostermeier R, Teufel F, Toepfl S, et al. Impact of pulsed electric field (PEF) pretreatment on process performance of industrial French fries production. Journal of Food Engineering. 2018;235:16–22. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2018.04.023 6. Ostermeier R, Hill K, Dingis A, Töpfl S, Jäger H. Influence of pulsed electric field (PEF) and ultrasound treatment on the frying behavior and quality of potato chips. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2021;67. https:// doi.org/10.1016/j.ifset.2020.102553 7. Arab Shirazi SH, Pedram Nia A, Saeidi Asl MR, Naghipour F, Tavakolipour H. Antioxidant activity of aqueous and alcoholic extracts of Salvia leriifolia L. and Linum usitalissmum L. subjected to a pulsed electric field. Foods and Raw Materials. 2020;8(1):186–195. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2020-1-186-195 8. Vorobiev E, Lebovka N. Fundamentals of Electroporation, theory and mathematical models for simulation of PEE processing. In: Vorobiev E, Lebovka N, editors. Processing of foods and biomass feedstocks by pulsed electric energy. Cham: Springer; 2020. pp. 27–49. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40917-3_2 9. Zipaev DV, Tulina AA, Kozhukhov AN. The use of capillary electrophoresis in the evaluation of food and beverages. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2020;82(1):82–87. (In Russ.). https://doi. org/10.20914/2310-1202-2020-1-82-87 10. Misra NN, Martynenko A, Chemat F, Paniwnyk L, Barba FJ, Jambrak AR. Thermodynamics, transport phenomena, and electrochemistry of external field-assisted nonthermal food technologies. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2018;58(11):1832–1863. https://doi.org/10.1080/10408398.2017.1287660 11. Shorstkiy IA. Pulsed electric field treatment of biomaterials in preparation for drying. Krasnodar: Izdatelʹskiy Dom- Yug; 2020. 172 p. (In Russ.). [Шорсткий И. А. Применение обработки импульсным электрическим полем биоматериалов при подготовке к сушке. Краснодар: Издательский Дом-Юг, 2020. 172 с.]. 12. Bao T, Hao X, Shishir MRI, Karim N, Chen W. Cold plasma: An emerging pretreatment technology for the drying of jujube slices. Food Chemistry. 2021;337. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127783 13. Farias TRB, Rodrigues S, Fernandes FAN. Effect of dielectric barrier discharge plasma excitation frequency on the enzymatic activity, antioxidant capacity and phenolic content of apple cubes and apple juice. Food Research International. 2020;136. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109617 14. Karim N, Shishir MRI, Bao T, Chen W. Effect of cold plasma pretreated hot-air drying on the physicochemical characteristics, nutritional values and antioxidant activity of shiitake mushroom. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2021;101(15):6271–6280. https://doi.org/10.1002/jsfa.11296 15. Shorstkii I. Application of cold filamentary microplasma pretreatment assisted by thermionic emission for potato drying. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2020;66. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2020.102540 16. Khudyakov D, Sosnin M, Shorstkii I, Okpala COR. Cold filamentary microplasma pretreatment combined with infrared dryer: Effects on drying efficiency and quality attributes of apple slices. Journal of Food Engineering. 2022;329. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2022.111049 17. Shorstkii IA, Sosnin MD. Cell membranes of plant materials anatomical integrity changes under the influence of filamentary microplasma treatment assisted by thermionic emission. Advances in Applied Physics. 2021;9(3):235–244. (In Russ.). https://doi.org/10.51368/2307-4469-2021-9-3-235-244 621