Технологии производства и переработки моркови. Монография

1.1. Товарное качество и состав биологически активных веществ корнеплодов

За последние годы в общественном сознании закрепилась проблема критической нехватки витаминов – авитаминоза. Однако на самом деле с авитаминозом сталкивается лишь отдельная часть населения, тогда как на первый план выходит гиповитаминоз – постоянное низкое содержание в организме одного или нескольких витаминов. Ученые Федерального исследовательского центра питания и биотехнологии установили, что в Российской Федерации всего 14% взрослых и 16,8% детей, которые старше четырех лет, получают все витамины, в которых нуждается организм, в нужном количестве. Более 80% россиян страдают от гиповитаминоза. Наиболее ощутима проблема с нехваткой витаминов D (от 23% до 97% в зависимости от состояния здоровья человека и региона, в котором он проживает), В2 (до 74%) и каротиноидов – в том числе витамина А (до 79%).

Люди забывают, что необходимое количество витаминов, в которых нуждается организм, можно получить, добавив в свой рацион определенные продукты. Одним из таких продуктов является морковь (Барышникова Н. И., Паймулина А. В., 2014; Коденцова В. М., Вржесинская О. А., 2017; Чудайкина А. В., Барышникова Н. И., 2019). Она необходима для детского организма, это связано с тем, что витамин A способствует росту детей. Для них вареная морковь предпочтительнее, чем сырая потому, что в ней меньше грубых растительных волокон. К тому же витамины при варке на пару полностью сохраняются.

Безусловно, очень полезна морковь и для пожилых людей, так как вещества, которые в ней содержатся, замедляют старение головного мозга и улучшают память. Именно при температурной обработке в моркови увеличивается содержание β-каротина, который помогает нашему организму бороться с раком и сохраняет зрение. Также после отваривания количество антиоксидантов в моркови увеличивается на 34% для этого лучше всего отварить морковь в кожуре. Отварная морковь содержит меньше клетчатки и пектина, чем свежая, значит, она будет лучше перевариваться, поэтому ее могут включать в свой рацион люди, страдающие болезнями пищеварения.

Очень полезен сок из моркови. Он применяется при лечении ожогов, обморожений, гнойных ран и кожных заболеваний. Может даже способствовать рассасыванию язв и раковых образований, улучшению пищеварения и структуры зубов, повышает силу и энергию. При ежедневном потреблении морковного сока кормящей матерью, улучшается состав молока. Необходимо готовить морковный сок непосредственно перед употреблением из-за того, что каротин, соприкасаясь с кислородом, теряет свою активность, а польза сока в свою очередь частично теряется. Однако есть и противопоказания при приеме моркови и морковного сока. При язве желудка и гастрите сок нужно разбавлять пополам с водой (Барышникова Н. И., Паймулина А. В., 2014; Коденцова В. М., Вржесинская О. А., 2017; Чудайкина А. В., Барышникова Н. И., 2019).

Морковь издавна используют в лечебных целях при авитаминозах, а пигмент аперенин, который присутствует с желтой сердцевине, способствует снижению усталости сердечной мышцы. Морковь – одна из наиболее древних культивируемых овощных культур. Опираясь на археологические раскопки, наскальные рисунки и письменные свидетельства, можно утверждать, что ей уже около 4 тысяч лет (Исабаева, С.Д. 2020, 2021).

Овощные корнеплодные растения появились издавна, в начале листовые и в диком виде, в настоящее время возделываются повсеместно, где существует земледелие. Морковь, свекла, редис, репа, брюква, пастернак относятся к ценным продуктам рационального питания человека, а морковь, репа, брюква необходимы также для кормления молодняка животных и птицы. Главные достоинства овощных корнеплодов в их неповторимой специфичности. Морковь является важной промышленной культурой.

В последнее десятилетие производственные площади под корнеплодными культурами значительно увеличились. Выращиванием их занимаются овощеводческие компании, фермерские хозяйства, индивидуальные предприниматели и садоводы-любители, которым нужна экономически выгодная продукция высокотоварная, хорошего и отличного качества, пригодная для длительного хранения, современных механизированных технологий и переработки (Федорова М. И., Степанов В. А., 2017).

В культуру морковь введена с глубокой древности. В Европе, в том числе и в Российской Федерации, она получила широкое распространение в XIV веке, а в настоящее время у нас в стране морковь выращивают повсеместно. Среди столовых корнеплодов она занимает первое место (Немирова Н. А. [и др.], 2017; Н. А. Немирова, Н. П. Балуева, 2022).

Конечная цель при выращивании моркови столовой – получение высокого урожая с хорошим качеством продукции. Однако если урожайность в значительной степени определяется сортовыми особенностями, своевременным и качественным выполнением технологических требований выращивания, то качество продукции зависит еще и от правильно выбранного срока уборки в каждой климатической зоне.

Сорта и гибриды моркови столовой должны характеризоваться высокой продуктивностью, способностью к длительному хранению, повышенным содержанием питательных и биологически активных веществ, для использования продукции в свежем виде и в качестве сырья для различных видов переработки.

Морковь употребляют в сыром виде, широко используют в кулинарии, для квашения, маринования. В консервной промышленности морковь является основной составной частью фарша различных консервов, из нее приготавливают соки, пюре, сушеный продукт. В настоящее время в стране имеется много сортов моркови, отвечающие требованиям рынка и консервной промышленности. Практика возделывания овощных культур свидетельствует о том, что высокие потенциальные возможности сорта к формированию урожая не всегда реализуются в конкретных условиях выращивания.

Продуктовый орган моркови столовой – корнеплод. Окраска корнеплодов зависит от соответствующих пигментов:

– каротина (красно-оранжевые, оранжевые),

– антохлора (желтые),

– ликопиноида (кроваво-красная),

– антоциана (фиолетовая).

Сорта моркови различаются размером, окраской, формой, величиной, химическим составом, вкусовыми данными, лежкоспособностью. Лучшими считаются сорта с малой сердцевиной, яркоокрашенной мякотью.

Форма корнеплодов может быть:

– округлая,

– овальная (сердцевидная),

– укорочено-коническая,

– тупоконечная,

– цилиндрическая,

– удлиненно-коническая,

– тупоконечная,

– длинная коническая,

– остроконечная.

Для полной оценки формы корнеплода определяют индекс формы h/d. При установлении индекса формы используют следующую шкалу:

– очень короткие – индекс около 1,

– укороченные – до 2—3,

– полудлинные – 3—5,

– удлиненные – 5—8,

– длинные – свыше 8.

По длине корнеплоды бывают:

– короткие – до 10 см (коротели (3—6 см),

– средние – 10—20 см,

– линные – свыше 20 см.

В условиях Российской Федерации длина корнеплода редко превышает 30—40 см, но известно, что в Мексике выращивают морковь, корнеплоды которой достигают 2-х метров.

Для механизированной уборки более подходят корнеплоды средней длины. Сорта с длинными корнеплодами сильно повреждаются при подкапывании и плохо хранятся. Но при этом, чем больше длина корнеплода, тем выше будет урожайность моркови.

Диаметр корнеплода по наибольшей толщине:

– малый – до 3 см,

– средний – 3—5 см,

– большой свыше 5 см.

При оптимальных условиях выращивания в зависимости от сортовых особенностей масса корнеплодов моркови нарастает:

– небольшая (меньше 80 г),

– средняя (80—150 г),

– большая (больше 150 г).

На участках с рыхлой плодородной почвой масса корнеплодов может составлять 300—500 г и более.

Окраска мякоти (коры) корнеплода разнообразна. У большинства сортов столовой моркови окраска мякоти бывает:

– желтовато-оранжевая,

– розовооранжевая,

– оранжевая,

– интенсивно-оранжевая,

– оранжево-красная, красная.

Окраска сердцевины (древесины):

– желтовато-белая,

– желтая,

– желтоватооранжевая,

– оранжевая,

– розово-оранжевая,

– оранжево-красная,

– красная.

Поверхность корнеплодов бывает:

– гладкая,

– неровная,

– бугристая.

На ней хорошо заметны мелкие или глубокие глазки.

Вкус корнеплода определяют по пятибалльной системе:

– очень вкусный – 5,

– вкусный – 4,

– средневкусный – 3,

– невкусный – 2,

– очень невкусный – 1.

Отмечают также аромат корнеплодов (Немирова Н. А. [и др.], 2017; Н. А. Немирова, Н. П. Балуева, 2022).

Широкое возделывание моркови во всех странах мира обусловлено высокой питательной ценностью корнеплодов. Ее выращивают повсеместно как вкусный овощ и как основной источник каротина. Кроме того, в корнеплодах содержатся такие важные соединения, как сахара, органические кислоты, белки, минеральные вещества, жирные и эфирные масла.

Морковь содержит до 0,6—1,3% азотистых веществ, которые содержат незаменимые аминокислоты и легко усваиваются. Следует отметить, что морковь содержит витамины РР и Е, фенольные соединения, придающие оттенок горечи (Немирова Н. А. [и др.], 2017; Н. А. Немирова, Н. П. Балуева, 2022).

Также морковь накапливает витамины D и С. Немало в ней минеральных веществ, которые необходимы для организма человека. В моркови содержится 1,3 г белка, 0,1 г жиров, 6,9 г углеводов. Калорийность на 100 г составляет 32 кКал. Витамин D участвует в регуляции артериального давления и сердцебиения, препятствует росту раковых клеток. Витамины группы B отвечают за правильное функционирование нервной системы. Витамин E является сильным антиоксидантом. Витамин РР активно участвует в окислительно-восстановительных процессах. Витамин K имеет большое значение в формировании костей. Витамин C обеспечивает упругость и эластичность сосудов (Барышникова Н. И., Паймулина А. В., 2014; Коденцова В. М., Вржесинская О. А., 2017; Чудайкина А. В., Барышникова Н. И., 2019).

Наиболее важным показателем качества растительного сырья является содержание в нем сухих веществ, обуславливающих его пищевую ценность.

В корнеплодах моркови столовой содержится 85—87% воды, 13—14 – сухого вещества, 8—12 – углеводов, в том числе 6—9 – сахаров, 1,5—6 – крахмала, 1—2,2 белка, 0,2—0,3 – жира, 1 -1,1 – клетчатки, 0,6—1,7 – золы. Нежная консистенция мякоти и большое содержание сахаров (сахароза, глюкоза и фруктоза) делают морковь вкусным и питательным продукто.

Корнеплоды являются богатым источником необходимых для организма минеральных солей, содержащих 200—282 мг калия, 35—50 – кальция, 40 – марганца, 21 – магния, 45 – натрия, 31—50 – фосфора, 0,7 – железа,3,8 мг йода.

Наиболее важным показателем качества растительного сырья является содержание в нем сухих веществ, обуславливающих его пищевую ценность.

В результате исследований, проведенных Манжесовым В. И., Максимовым И. В. и Курчаевой Е. Е., установлено, что наименьшее содержание сухих веществ в морковном сырье – 8—9% – отмечено в растительном материале сорта Сладкоежка и Шантенэ 2461, а наибольшее – в сортах МО и Король осени – 11—12%.

Морковь является ключевым источником каротина – провитамина А, из которого в организме образуется витамин А. Он играет важную роль в поддержании устойчивости организма к различным инфекциям. В корнеплодах каротин сохраняется всю зиму, после варки усваивается еще лучше. По содержанию каротина морковь превосходит многие другие овощи (4—20 мг/100 г, а в некоторых новых сортах до 37 мг), уступая лишь перцам сладким и тыкве мускатной. Сорта с оранжевой окраской корнеплода содержат больше каротина (Манжесов В. И., Максимов И. В., Курчаева Е. Е., 2009; Максимов И. В., Попов И. А., Веселева И. Д., 2014).

Морковь имеет низкую кислотность, близкую к нейтральной (6,3). Каротиноиды – жирорастворимые пигменты, которые придают окраску от желтой до красной большей части объектов живой природы. Основным свойством, присущим каротиноидам, являются их антиоксидантныесвойства, которые объясняются их антимутагенным, иммуномодулирующим, антиинфекционным, антиканцерогенным и радиопротекторным действиями (Старовойтов Р. В., Влащик Л. Г., 2018).

Каротиноиды пищевых продуктов растительного происхождения – растительные пигменты, обладающие биологической активностью и антиоксидантными свойствами, биодоступность которых зависит от механической и термической обработки и присутствия жиров.

Из 40 каротиноидов, поступающих с пищей, главными являются каротины – β- и α-каротины, ликопин и ксантофиллы – лютеин, зеаксантин, β-криптоксантин.

Свежие овощи содержат каротиноидов больше, чем плоды и ягоды, но обладают низкой биодоступностью. Основными источниками картиноидов среди овощей являются морковь, плодовые и салатно-шпинатные овощи. Морковь является источником каротинов (β-и α-каротин до 58,4 и 40,4%, соответственно) с максимальным количеством в оранжевой моркови.

Каротиноиды – группа биологически активных соединений, которая всегда привлекала внимание как диетологов за счет их пользы для здоровья и безопасного источника природного витамина А, который образуется при ферментативном метаболизме, так и работников пищевой промышленности – для формирования оптимальных цветовых характеристик и пищевой ценности пищевых продуктов. Химическая природа каротиноидов определяет их множественные свойства: так, наличие системы сопряженных двойных связей обуславливает их окраску, количество двойных связей – антиоксидантную активность, наличие ионовых колец – провитаминные свойства.

В природе обнаружено около 750 каротиноидов, в большей степени они имеют растительную природу, но также содержатся в рыбе и морепродуктах (астаксантин) и водорослях (фукоксантин).

В организм человека вместе с пищевыми продуктами поступает только 40 каротиноидов, из них 10% проявляют А-витаминную активность.

Каротиноиды представляют собой соединения, содержащие 40 углеродных атомов, построенных из 8 изопреновых фрагментов и образующих полипреноидную цепь с сопряженной системой двойных связей. Эта цепь может циклизироваться на концах, образуя несколько типов иононовых колец. Длина цепи оказывает влияние на окраску каротиноидов (от желтого и оранжевого до глубокого красного), а наличие иононовых колец – на витаминную активность. При наличии в структуре каротиноидов 9 и более сопряженных связей они проявляют максимальное защитное действие от синглетного кислорода.

Каротиноиды делят на каротины, состоящие из атомов углерода и водорода, и ксантофиллы, имеющие в своем составе дополнительно атомы кислорода в виде гидрокси-, метокси-, эпокси- или кетогрупп. Представители каротинов обычно оранжевого цвета (α- и β-каротины). Более разнообразны по цвету ксантофиллы: астаксантин – ярко-алый, капсантин – темно-красный, лютеин, зеаксантин и виолаксантин – желтые. При включении в цепь сопряжения кето-групп, например, при окислении зеаксантина до капсантина и капсорубина в перцах (Capsicum annuum) происходит замена оранжевой окраски на красную. Довольно часто оранжевая окраска каротиноидов маскируется другими пигментами, например хлорофиллом или антоцианами. Это наблюдается в листовых овощах, зеленых плодах, сине-окрашенных ягодах и др.

Из 40 каротиноидов, поступающих с пищей, основными являются три каротина (α- и β- каротин, ликопин) и три ксантофилла (βкриптоксантин, зеаксантин и лютеин), имеющие типичное строение для соответствующей группы каротиноидов.

В растительных объектах каротиноиды представлены в транс-, транс-цис- и цисформах, а также этерифицированы жирными кислотами. Более стабильной и энергетически выгодной считается транс-форма, но теоретически цис-транс-изомеризация может происходить по каждой двойной связи, что частично или полностью происходит при приготовлении пищи. Цис-изомеры обладают большей биологической активностью, более легко встраиваясь в биомембраны и липопротеины, чем транс-изомеры.

Химическая структура каротиноидов, наиболее часто встречающихся в свежих плодах и овощах и пищевых продуктах с их использованием А-витаминные свойства. Каротиноиды являются безопасным и единственным источником природного витамина А, который образуется при ферментативном метаболизме каротиноидов в организме человека и животных. Однако не все каротиноиды обладают А-витаминной активностью. Из 40 каротиноидов, регулярно потребляемых человеком вместе с пищевыми продуктами, только некоторые из них (10%) с β-кольцом без кислородсодержащих функциональных групп и полиеновой цепью не менее 11 атомов углерода, проявляют А-витаминные свойства. К ним относятся транс- и транс-цис-изомеры α-, β-, γ-каротинов и β-криптоксантина. Среди них β-каротин является наиболее мощным каротиноидом провитамина А, у которого каждая молекула расщепляется на два ретинола витамина А.

Биоконверсия β-каротина в витамин А происходит путем окислительного метаболизма молекулы по центральной 15—15 πсвязи под влиянием фермента β-каротин-15-15 диоксигеназы. В растениях этого фермента нет, поэтому растительные объекты витамина А не содержат. Из 1 молекулы β-каротина образуется 2 молекулы витамина А, а из α- и γкаротинов – только одна. 6 мкг β-каротина эквивалентны 1 мкг витамина А. Ликопин и δ-каротин витаминной активностью не обладают.

Каротиноиды сами нетоксичны, а образование из них витамина А энзиматически лимитировано. Поэтому при потреблении пищевых продуктов, содержащих каротиноиды, передозировки витамина А не происходит и верхний допустимый уровень потребления не установлен. Среднее потребление β-каротина в разных странах колеблется в пределах 1,8— 5,0 мг/сутки.

Для населения России установлена физиологическая потребность β-каротина для взрослых, которая составляет 5 мг/сутки (МР 2.3.1.2432—08).

Количество сопряженных двойных связей полиеновой цепи в структуре каротиноидов за счет обобщения π-электронов обуславливает их роль липофильных антиоксидантов. Каротиноид может взаимодействовать со свободными радикалами, передавая электроны, с образованием аддукта или отдавая водород с образованием относительно стабильных каротиноидных радикалов. С увеличением окислительного потенциала каротиноидов их антиоксидантная активность возрастает.

Каротиноиды являются наиболее эффективной «ловушкой» синглетного кислорода, переводя его в нормальное триплетное состояние, при этом рассеивая избыток энергии возбуждения. Каротиноиды принимают энергию возбуждения «триплетного» хлорофилла или реагируют непосредственно с синглентным кислородом. Каждая молекула β-каротина способна разрушить до 300 молекул синглентного кислорода. По сравнению с витамином Е каротиноиды улавливают его более активно: β-каротин в 25 раз, ликопин в 100 раз, астаксантин в 500 раз. Наибольшее защитное действие от УФ-излучения за счет кето-группы с обоих концов системы сопряженных двойных связей проявляет астаксантин. Его требуется в 100 раз меньше, чем β-каротина и в 1000 раз меньше, чем лютеина. Совместное присутствие ликопина, лютеина и β-каротина способно подавлять 40—50% индуцированное УФ перекисное окисление липидов, но максимальную активность проявляет ликопин.

На моделях in vitro установлен ряд антиоксидантной активности каротиноидов: ликопин> α-токоферол> α-каротин> β-криптоксантин> зеаксантин> β-каротин> лютеин. Цис-изомеры каротиноидов обладают большей антиоксидантной активностью, чем их транс-изомеры. Обнаружен синергизм антиоксидантного действия каротиноидов с другими жирорастворимыми антиоксидантами – α-токоферолом и коэнзимом Q10.

Каротиноиды защищают токоферолы от окисления, в первую очередь, синглентным кислородом, а токоферолы улавливают пероксильные радикалы каротиноидов, способные инициировать развитие цепей свободно радикального окисления. Синергизм β-каротина с α-токоферолом проявляется лишь при соотношении 1:4, а для более ненасыщенного астаксантина с α-токоферолом в соотношении 1:12. Увеличение концентрации каротиноидов приводит к антогонизму. Включение в систему фосфолипидов увеличивает эффективность антиоксидантного действия даже при высоких концентрациях каротиноидов.

Каротиноиды обладают многими биологическими свойствами, и их высвобождение из пищевой матрицы наиболее важно для усвоения человеком. Усвояемость каротиноидов зависит от пищевых источников. Из свежего (необработанного) растительного сырья в 3 раза большей биодоступностью обладают фрукты и ягоды, чем овощи. Причем биодоступность β-каротина сырой моркови составляет 17—25%.

Биодоступность каротиноидов оценивается в следующем порядке: желтый перец> морковь> сладкий картофель> соцветия брокколи. Повышает биодоступность каротиноидов в растительном сырье или пищевом рационе присутствие жиров в среднем в 2 раза, термическая и механическая обработка – в 3 раза. Измельчение растительного сырья приводит к разрыву клеточных стенок, и с уменьшением размера частиц, например, моркови скорость высвобождения каротиноидов увеличивается. Добавление липидов значительно улучшает биодоступность каротиноидов как из свежих, так и из сушеных овощей.

Основными источниками природных каротиноидов в питании человека являются свежие овощи. Из них морковь является основным источником провитамина А и накапливает высокие уровни β- и α-каротина. При общем содержании каротиноидов 268,64 мг/100 г сухих веществ, количество β-каротина составляет 156,91; α-каротин – 108,53 мг/100 г сухих веществ или 58,4 и 40,4%, соответственно.

В зависимости от окраски моркови содержание каротинов изменяется и может составлять, мг/кг сухих веществ:

– желтая – 2—6,

– оранжевая – 98,

– темно-оранжевая – 160,

– красная – 73,

– фиолетово-желтая – 92,

– фиолетово-оранжевая – 40.

Существуют желтые и красные разновидности, которые богаты лютеином и ликопином соответственно (R. K. Saini, Sh. H. Nile, S. Park, 2015; H. Schulz, 2016; Q. Li, T. Li, Ch. Liu, Ju. Chen, R. Zhang, Z. Zhang, T. Dai, D. Ju, 2016; F. Bot, R. Verkerk, H. Mastwijk, M. Anese, V. Fogliano, E. Capuano, 2018; K. Fredea, M. Schreinera, S. Baldermanna, 2019; Yu. Gao, A.L. Focsan, L.D. Kispert, 2020; A. Abliz, Ji. Liu, L. Mao, F. Yuan, Ya. Gao, 2021; K. Yao, D. Ju. McClements, Ch. Yan, Jie Xiao, H. Liu, Zh. Chen, X. Hou, Yo. Cao, H. Xiao, X. Liu, 2021; Нилова Л. П., Потороко И. Ю., 2021).