Дослідження зберігання кісточкових плодів, оброблених плівкоутворюючими композиціями з використанням лікарсько-рослинної сировини: дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.15 – Товарознавство харчових продуктів

Abstract

Дисертація присвячена розробці плівкоутворюючих композицій з фунгістатичними властивостями для зберігання плодів черешні, вишні та абрикоса на основі екстрактів із лікарсько-рослинної сировини (ЛРС). На аналітичному етапі дослідження вивчались хвороби плодів вишні, черешні, абрикоса, що спричиняють їх швидке псування. Проведено моніторинг фунгістатичної дії екстрактів ЛРС щодо патогенних грибів даних плодів; здійснено аналіз патентної та наукової літератури щодо сучасних методів зберігання кісточкових плодів у свіжому вигляді. За проведеним аналізом сформульовано мету і завдання дисертації та розроблені основні етапи експериментальних досліджень. Загальна проблема полягає в тому, що системних досліджень щодо створення екологічно чистих засобів обробки кісточкових плодів перед зберіганням немає. Вони, як правило, обробляються пестицидами, які є токсичними канцерогенами та істотно знижують їх корисні властивості й не попереджають біологічного псування. Метою дисертаційної роботи було удосконалення зберігання кісточкових плодів, оброблених плівкоутворюючими композиціями з використанням лікарсько-рослинної сировини. Експериментальні дослідження були проведені впродовж 2016 – 2020. Було надано товарно-біохімічну оцінку плодам вишні, черешні, абрикоса на основі розробленої дегустаційної шкали та стандартних методів. Найбільш придатними для зберігання виявилися: - сорти вишні Любська, Тургенєвка, Альфа, які мали найвищий вміст сухих речовин до 20,5%; цукрів – до 11%, органічних кислот – 1,38%, катехінів – у сорті Тургенєвка (176,5 мг/100г) та найвищу кількість антоціанів у сорті Альфа (342,3 мг/100г); найвищу дегустаційну оцінку отримав сорт Альфа (4,6 балів); - сорти черешні Англаш, Кордія, Крупноплідна, які мали найвищий вміст сухих речовин до 17,5%, склад цукрів до 14,5%, незначну кількість органічних кислот до 0,99%, найбільшу кількість катехінів до 52,0 мг/100г та антоціанів до 281,0 мг/100г; найвищу дегустаційну оцінку отримав сорт Кордія – 4,9 балів; - сорти абрикосів Альоша, Сульмона та Красень Києва, які мали високий вміст сухих речовин до 18,2%, цукрів в сортах Красень Києва та Сульмона – 12,3%, органічних кислот до 1,6% та β-каротину до 3,42 мг/100г; дегустаційна оцінка коливалась у межах 4,5-4,9 балів. У процесі дослідження щільності поверхні шкірки плодів фіксували площу перерізу поверхні. Найкращі показники за діаметром розриву тканин при максимальній силі проколювання спостерігались у плодах вишні сортів Любська (2 мм2 /35,15Н), Тургенєвка (2,4 мм2 /35,5Н) та Альфа (2,2 мм2 /35,3Н); у сортах черешні Англаш (2,4 мм2 /30,15Н), Кордія (2,2 мм2 /32,45Н) та Крупноплідна (2,6 мм2 /32,35Н). Міцність тканин всіх сортів абрикоса відповідала площі розриву. Досліджено епіфітну мікрофлору плодів вишні, черешні, абрикоса. У всіх плодів виділено грам-позитивні палички; на плодах сортів вишні Любська і Тургенєвка та сорту абрикоса Красень – грам-негативні палички, у сортах абрикоса Красень Києва та Альоша – дріжджі Saccharomyces sp. та коки. На поверхні плодів вишні - гриби роду Fusarium, Rhizopus, Cladosporium; плодів черешні – Botrytis cinerea, гриби роду Monilinia та Alternaria; плодів абрикоса – гриби роду Monilinia, Alternaria, Penicillium. Встановлено потенційну токсичність і антимікробні властивості екстрактів із ЛРС. 5 із 20 лікарських екстрактів проявили зону гемолізу, а саме екстракти: моху ісландського (5 мм), аїру болотного (8 мм), евкаліпту кулькового (6 мм), бадану товстолистого (9 мм), кропива собача (11 мм) та м’яти перцевої (2 мм). Досліджували антимікробну активність обраних 15 екстрактів з ЛРС проти еталонних тест-штампів АТСС: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Micrococcus luteus, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus cereus, Candida albicans. Найкращу антимікробну активність виявили 9 з них: евкаліпта, базиліка, чебрецю, алое, ромашки, кори ялини, меліси, шавлії, вербени. Визначено раціональні концентрації складових модельних систем плівкоутворюючих композицій із ЛРС. Було створено 9 композицій з лікарсько рослинних екстрактів з різними співвідношеннями 1:1:1, 1:2:1, 2:1:2. Найкращу антимікробну дію виявили п’ять зразків: ХЕЧ-1, ХЕЧ-2, ХЕЧ-3, ХЕВ-1, ХЕВ-3, ХЕА-3 з діаметром зони затримки референтних штамів від (26,5±0,15)мм до (29,7±0,3)мм. Установлено раціональну концентрацію складових модельних систем із ЛРС за допомогою моделювання зараженості поживного середовища хворобами, характерними для даних плодів, із подальшою його обробкою зазначеними модельними системами: екстракти евкаліпта, базиліку, чебрецю для обробки плодів вишні у співвідношенні 1:2:1; екстракти алое, ромашки, кори ялини для обробки плодів черешні у співвідношенні 3:1:2; екстракти меліси, шавлії, вербени для обробки плодів абрикоса у співвідношенні 3:1:1 відповідно. Досліджено вплив молекулярної маси водорозчинного хітозану, як природного антиоксиданта і консерванта, на ріст грибів – збудників хвороб даних плодів. Найкращі результати показав хітозан середньовагової молекулярної маси 2,0 кДа: зона пригнічення гриба Alternaria sp. Становила 28 мм, у той час як для хітозана середньовагової молекулярної маси (СММ) 5,5 кДа та 9,6 кДа становила – 19 мм та 18 мм; зона пригнічення гриба Monilinia fructigena – 15 мм, а для хітозана СММ 5,5 кДа та 9,6 кДа – 12 мм та 5 мм. Установлено раціональний рецептурний склад плівкоутворюючих композицій для обробки кісточкових плодів, до яких увійшли хітозан – 2,0%, гліцерин – 1,0%, хлорид кальцію (харчова добавка Е509) – 0,5%, лимонна кислота (харчова добавка E330) – 0,5%, визначені екстракти з ЛРС (95,5%) із раціональною концентрацією встановлених модельних систем та ефірна олія – 0,5%, а саме: для плодів вишні – листя евкаліпта, для плодів черешні – суцвіття ромашки, для плодів абрикоса – трава вербени. Розроблено проект технологічної інструкції щодо обробки даних плодів плівкоутворюючими композиціями та їх зберігання, визначено оптимальні умови їх зберігання у холодильних камерах або сховищах при t=0…4 °C, φ=90–95%. Досліджено субхронічну токсичність створених плівкоутворюючих композицій на щурах обох статей шляхом нанесення нашкірної аплікації та внутрішньошлункового введення. За 90 діб не спостерігалося жодних ознак токсичного впливу як на поверхні шкіри щурів, так і на організм тварин у цілому. Дослідження над тваринами проводилися з урахуванням вимог директиви Ради ЄС 86/609 ЄЕС від 24 листопада 1986 р. Установлено вплив обробки плівкоутворюючими композиціями означених плодів на їхні фізичні і біохімічні показники на динаміку інтенсивності дихання й природну втрату маси протягом усього терміну їх зберігання з періодичністю в п’ять діб порівняно з контролем та прототипом. Відповідно до розробленої балової шкали, показники сенсорного профілю наприкінці зберігання були кращими в зразках, оброблених композиціями: для плодів вишні сорту Тургенєвка порівняно з прототипом на 5,65%, порівняно з контролем на 12,43%; для плодів черешні сорту Англаш порівняно з прототипом на 10,93%, порівняно з контролем на 15,85%; для плодів абрикоса сорту Альоша порівняно з прототипом на 19,12%, порівняно з контролем на 23,04%. Застосування цих композицій дозволило збільшити термін зберігання досліджуваних плодів у 1,5–2,0 рази порівняно з прототипом та необробленими плодам; сприяло зменшенню рівня мікробіологічних хвороб; дозволило збільшити вихід плодів вишні I товарного до 79,39–81,79%, що на 10% більше, ніж у контролі, та зменшити частку абсолютної втрати в 1,4–1,7 рази, вихід плодів черешні I товарного ґатунку збільшити на 8–10%, абсолютний відхід зменшити в 1,3–2,1 рази. Вихід плодів абрикоса I товарного ґатунку збільшити в 1,2–1,4 рази, абсолютний відхід зменшити в 2,1– 2,9 рази. Під час холодильного зберігання інтенсивність дихання та всі біохімічні показники оброблених плівкоутворюючими композиціями плодів вишні і черешні поступово знижувалися, що збільшило термін зберігання на 10–15 діб у порівнянні з необробленими зразками. Дослідження інтенсивності дихання дало можливість підтвердити тривалий передклімактеричний період у плодів абрикоса, оброблених композицією – до 30–45 днів, після чого відбувалося дозрівання й покращення їх якісних показників. Такий період був відсутній у контрольних зразках. Вміст вітаміну С був більшим у оброблених плодах вишні на 23,77% на 20- ту добу порівняно з контролем та прототипом. Плівкоутворююча композиція уповільнила зміни РСР, органічних кислот, цукрів, антоціанів, катехінів у плодах вишні та черешні різних помологічних сортів у період зберігання. Істотні зміни відбувалися лише на 25-ту добу. Зміни хімічного складу плодів черешні були схожими зі змінами в плодів вишні. Поступове зменшення вмісту катехінів у оброблених плодах обумовлено уповільненням процесу старіння плодів. Дослідження біохімічних показників плодів абрикоса підтвердили накопичення всіх компонентів у передклімактеричний період у плодах, оброблених плівкоутворюючою композицією та прототипом. Зменшення вмісту РСР, цукрів, лейкоантоціанів, катехінів, органічних кислот відбувалось у період уповільнення дихання плодів, що зумовлено постклімактеричними процесами. Збільшення вмісту цукрів у контрольних зразках пов’язано з гидролітичним розпадом складних органічних сполук до більш простих. Максимальне накопичення вітаміну С у прототипі підтверджено на 40-ву добу зберігання, після чого спостерігався спад цього показника на 45 добу в сорті Альоша на 3,9% та 33,9%, у сорті Сульмона на 16,13% та 41,58%, у сортіКрасень Києва на 15,04% та 44,37% . На 45–50 добу зразки з плівкоутворюючим покриттям досягли максимального вмісту вітаміну С, після чого на 55-ту та 60-ту добу відбувся спад – у сорті Альоша на 11,54% та 42,17%, у сорті Сульмона на 16,83% та 43,18%, у сорті Красень Києва на 16,56% та 42,99%. Зразки, оброблені композицією, порівняно з контролем втратили β-каротину менше в 3,38–3,86 рази, а порівняно з прототипом у 1,11–1,50 рази. Плівкоутворююча композиція стабілізувала вміст цього провітаміну в плодах абрикоса різних помологічних сортів. Твердість покривних тканин у зразках плодів вишні та черешні зазначених сортів, оброблених плівкоутворюючими композиціями, наприкінці зберігання була більшою на 10–15%, ніж у зразках прототипах. Термін зберігання плодів абрикоса збільшився до 60 діб, із показником щільності покривних тканин на рівні з прототипами, які зберігалися на 10 діб менше. Дане покриття дозволило зменшити інтенсивність дихання означених плодів, перешкодити випаровуванню вологи з їх тканин, максимально зберегти масу, запобігти механічним пошкодженням поверхні та розвитку грибкових і бактерицидних захворювань. Економічний ефект від упровадження даних наукових розробок: підвищення прибутку – 2,45–3,72 тис. грн, збільшення обсягу реалізованої продукції – 0,6–1,5 тис. грн на кожні 1000 кг реалізованих плодів. Соціальний ефект полягає в можливості придбання за розрахованими цінами даної продукції підвищеної якості та збільшення обсягів її споживання.

The thesis is devoted to the development of film-forming compositions with fungistatic properties for storage of bird cherries, cherries and apricots based on extracts from medicinal and plant raw materials. At the analytical stage of the study, the diseases of cherry fruits, cherries, apricots, which lead their rapid damage were studied. The monitoring of the fungistatic action of the extracts of LRS relative to pathogenic mushrooms of fruits is carried out; The analysis of patent and scientific literature on modern methods of storage of stone fruits in fresh form is carried out. According to the analyzes, a scientific hypothesis, the purpose and tasks of the dissertation are formulated and the main stages of experimental research are developed. The general problem lies in the fact that there are no systematic research on the creation of environmentally friendly means of processing of stone fruits before storage. They are usually processed by pesticides that are toxic carcinogens and significantly reduce their useful properties and do not warn biological damage. The purpose of the dissertation was to improve storage of stone fruits treated with film-forming compositions using medicinal-vegetable raw materials. Experimental studies were conducted during 2016 - 2020. To determine the most suitable varieties for storage, technical and commodity biochemical evaluation of bird cherries, cherries and apricots was carried out. According to the results of the research, the following varieties of stone fruits are considered the most suitable for fresh consumption: - cherry varieties Lyubska, Turgenevka, Alfa, which have the highest dry matter content from 17.5% to 20.5%; the highest composition of sugars – up to 11%, high content of organic acids – 1.38%, the highest content of catechins - in Lyubska variety (166.5 mg / 100g) and the highest amount of anthocyanins in Alpha variety (342.3 mg / 100g); the highest tasting score was received by the Alpha variety (4.6 points). - cherry varieties Anglash, Cordia, Large-fruited, which have the highest dry matter content from 16.2% to 17.5%, the composition of sugars from 11.6 to 14.5%, contain a small amount of acids up to 0.99%, the largest amount of catechins from 48.0 mg / 100 g and anthocyanins from 200.8 mg / 100 g. Cordia variety received the highest tasting score - 4.9 points. - varieties of apricots Alyosha, Sulmona and Krasen of Kyiv, which are characterized by high dry matter content up to 18.2%, high sugar content in varieties Krasen of Kyiv and Sulmona – 2.3%, high organic acid content up to 1.6% and β carotene up to 3.42 mg / 100g; tasting score ranges from 4.5 to 4.9 points. In order to identify varieties with the highest density of the skin surface, the strength of the puncture is investigated. In the process of this research, the area of a surface section was fixed. The best indicators of the tissue rupture diameter at the maximum puncture force are observed in Lyubska cherry varieties (2 mm2 / 35.15N), Turgenevka (2.4 mm2 / 35.5N) and Alpha (2.2 mm2 / 35.3N); in the varieties of English cherries (2.4 mm2 / 30.15H), Cordia (2.2 mm2 / 32.45H) and Krupnoplidna (2.6 mm2 / 32.35H). The strength of the tissues of all varieties of apricot corresponded to the gap area. Epiphytic microflora is studied to detect fungi and bacteria causing stone fruit spoilage. Gram-positive rods are identified on the surface of the studied stone fruits. Gram-negative rods with spores are identified on the surface of fruits of Lyubska and Turgenevka cherries and apricot Krasen of Kyiv. On apricot varieties Krasen of Kyiv and Alyosha yeast Saccharomyces sp. and coca are identified. During the study of fungi, we identified Fusarium sp., Penicillium sp., Rhizopus sp., Monilia sp., Cladosporium sp. and Alternaria sp. It ias established that most representatives of the epiphytic microflora are pathogens that pass to the parasitic way of life, cause various diseases and can suppress other micellar fungi, namely: fungi of Fusarium, Rhizopus, Cladosporium genus - in cherries; Botrytis cinerea, fungi of Monilinia and Alternaria genus - in cherries; fungi of Monilinia, Alternaria, Penicillium genus - in apricot. It is found that extracts from medicinal plant raw materials have a wide range of antimicrobial activity against Staphylococcus aureus (S. Aureus) ATTS-2323, Escherichia coli (E. Coli) ATCC-25922, Micrococcus luteus (M. luteus) ATTS-10240, a Pseudomo (R. aeruginosa) ATTS-15442, Bacillus cereus (B. cereus) ATCC-107-02 and Candida albicans (C. albicans) ATCC-885-653. In order to determine the most effective extracts of medicinal and plant raw materials that have antimicrobial activity against pathogens of bone hearth, certain model systems are created, namely: eucalyptus, basil, thyme - for processing cherry fruits; aloe, chamomile, spruce bark - for processing cherries; lemon balm, sage, verbena - for processing apricot fruits. To determine rational concentration of the components of the model systems, infection of the nutrient medium with various diseases characteristic to the fruits of cherries, bird cherries, apricots, are modelled with the subsequent processing of this environment by the following model systems: - extracts from: eucalyptus, basil, thyme, for processing cherry fruits in a ratio of 1:2:1, respectively; - extracts from: aloe, chamomile, spruce bark, for processing cherries in a ratio of 3 1:2, respectively; - extracts from: lemon balm, sage, verbena, for processing apricots in a ratio of 3:1:1, respectively. For the increase of the shelf life of these varieties of cherries, bird cherries, and apricots, film-forming coatings are created based on a certain model systems of medicinal and plant raw materials and chitosan. Treatment of stone fruits with these film-forming coatings allowed to increase their shelf life by 1.5-2.0 times, maintain a satisfactory level of organoleptic characteristics, reduce the intensity of fruits respiration by reducing the consumption of biologically active substances, prevent evaporation of moisture from fruit tissue, prevent fungal and bactericidal diseases, mechanical damage of fruits’ surface, etc. According to the results of the research, the technology of covering cherry, bird cherry and apricot fruits with film-forming compositions is developed. Technological documentation for new storage technologies has been approved in accordance with the predetermined procedure. The proposed technology has been tested and implemented in the food industry of fruit and vegetables and in the educational process of KhSUFTT. Three utility model patents are obtained. The complex indicator of the quality of fruits of cherry, bird cherry and apricot at covering by film-forming compositions is calculated, economic efficiency from the implementation of the developed technology and prospects of its introduction into manufacture is defined.