I INFLUENCE OF HEAT TREATMENT ON MACROMYCETE PHYSICAL CHARACTERISTICS AND THE CONTENT OF HEAVY METALS IN THEM
Authors:
1.
Siberian University of Consumer Cooperation
Novosibirsk, Novosibirsk, Russian Federation
Novosibirsk, Novosibirsk, Russian Federation
2.
Siberian University of Consumer Cooperation
Novosibirsk, Novosibirsk, Russian Federation
Novosibirsk, Novosibirsk, Russian Federation
3.
Siberian University of Consumer Cooperation
Type:
Article
Pages:
from 138
to 143
Status:
Published
Received:
30.06.2015
Accepted:
30.06.2015
Published:
30.06.2015
Subject area:
UDK 664.848.036
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы
Language:
Russian
Keywords:
Wild macromycete, heavy metals, mushroom processing, detoxification of mushrooms, mineral elements
Abstract (English):
The relevance of the study is due to looking for ways to reduce the content of heavy metals in mushrooms, as several times excess oftheir maximum permissible concentrations is registered in macromycetes of the Siberian region. The article demonstrates the influ- ence of heat treatment on physical characteristics (mass, volume, humidity) and the content of some mineral elements includin g heavy metals in mushrooms growing in the Novosibirsk region. It is shown that heat treatment of macromycetes causes a change in physical characteristics: mass and volume reduction, increase of humidity and decrease in the content of trace elements and h eavy metals. The rate of change of the studied characteristics is determined by the species of macromycetes and time of heat exposure. Results of studies have shown that reducing the mass and volume of macromycetes does not lead to an increase in the concentration of heavy metals. When cooking mushrooms for 10 minutes the amount of mineral elements is reduced by 17-66%; for a 20 minute period this characteristic is 1.5-3.0 times less with the greatest losses occurring in nickel and selenium, with both the white milkycapand the chanterelle. Research results proved that the heat treatment canbe considered as heavy metals detoxification factor in mush-rooms when the exposure time is not less than 20 minutes.
The relevance of the study is due to looking for ways to reduce the content of heavy metals in mushrooms, as several times excess oftheir maximum permissible concentrations is registered in macromycetes of the Siberian region. The article demonstrates the influ- ence of heat treatment on physical characteristics (mass, volume, humidity) and the content of some mineral elements includin g heavy metals in mushrooms growing in the Novosibirsk region. It is shown that heat treatment of macromycetes causes a change in physical characteristics: mass and volume reduction, increase of humidity and decrease in the content of trace elements and h eavy metals. The rate of change of the studied characteristics is determined by the species of macromycetes and time of heat exposure. Results of studies have shown that reducing the mass and volume of macromycetes does not lead to an increase in the concentration of heavy metals. When cooking mushrooms for 10 minutes the amount of mineral elements is reduced by 17-66%; for a 20 minute period this characteristic is 1.5-3.0 times less with the greatest losses occurring in nickel and selenium, with both the white milkycapand the chanterelle. Research results proved that the heat treatment canbe considered as heavy metals detoxification factor in mush-rooms when the exposure time is not less than 20 minutes.
Keywords:
Wild macromycete, heavy metals, mushroom processing, detoxification of mushrooms, mineral elements
Wild macromycete, heavy metals, mushroom processing, detoxification of mushrooms, mineral elements
Введение В настоящее время в России возрастает уровень техногенного загрязнения природной экосистемы. Из литературных источников известно, что грибы накапливают тяжелые металлы, и к некоторым из них имеют специфическое сродство. Установлено, что свинец максимально поглощается желчным грибом, свинушкой тонкой, козляком, масленком, подосиновиком; цинк - белым грибом, свинушкой, горькушкой, сыроежкой; медь - сыроежкой, сви- нушкой, горькушкой, сморчком и строчком обык- новенным; кадмий - белым грибом, свинушкой, желчным грибом, сыроежкой и опенком осенним [3, 4, 5, 10, 12]. Поддубный и др. [7] указывают, что большинство видов грибов являются макроконцен- тратами по отношению к кадмию и могут накапли- вать его даже тогда, когда его концентрация в суб- страте ниже предела обнаружения. Максимальное накопление мышьяка отмечено у грибов с сапро- трофным типом питания, но не обнаружено у ми- коризообразователей и ксилотрофов. Результатами исследований ряда ученых пока- зано высокое содержание в почве Сибирского ре- гиона свинца, меди, кадмия, цинка и других тяже- лых металлов, следовательно, существует принци- пиальная возможность аккумуляции тяжелых ме- таллов (ТМ) макромицетами и дальнейший их пе- ренос по пищевой цепи в организм человека [3, 5, 7, 10, 11, 13]. Проведенный нами мониторинг дикорастущих грибов Новосибирской области показал, что многие районы испытывают высокую техногенную нагруз- ку, поэтому в грибах зарегистрировано накопление тяжелых металлов - кадмия, свинца, мышьяка, многократно превышающее допустимые уровни. В источниках литературы показано, что уменьшить избыточное поступление токсичных элементов и радионуклидов в организм с пищей, можно путем снижения их содержания в продуктах при помощи технологических операций. Процесс переработки грибной продукции может включать такие опера- ции, как замачивание, бланширование или варку, соление, маринование [1, 2, 8, 9, 10, 14]. Ранее нами было проведено исследование по снижению содержания тяжелых металлов в грибах с помощью замачивания. На следующем этапе ак- туальным становится изучение влияния тепловой обработки грибов как фактор детоксикации тяже- лых металлов. В настоящее время с целью сохране- ния пищевой ценности грибов все чаще применяют непродолжительную тепловую обработку (бланши- рование) в течение 2-5 мин при температуре 80- 100 °С, однако для некоторых видов грибов время воздействия увеличивают до 10 мин. В доступных источниках литературы сведений о продолжитель- ности тепловой обработки на изменения содержа- ния тяжелых металлов в дикорастущих грибах не- достаточно. В процессе тепловой обработки изме- няются физические показатели грибов - масса, объ- ем, влажность, что может существенно изменять концентрацию микроэлементов и тяжелых метал- лов в сырье. Целью представленного исследования является изучение продолжительности бланширования на физические показатели, содержание некоторых микроэлементов и тяжелых металлов в дикорасту- щих грибах Новосибирской области. 138 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 Объект и методы исследования Объектом исследования являлись свежие дикорастущие грибы, наиболее распространенные в За- падной Сибири - подгруздки белые (Russuladelica Fr.) и лисички настоящие (Cantharelluscibarius). Для выполнения исследований использовали стандартные грибы молодого, среднего и зрелого возраста, отбираемые на заготовительных предпри- ятиях Новосибирской области (Сузунский, Ордын- ский, Искитимский, Черепановский районы). Иден- тификацию вида грибов проводили по общепринятым признакам, описанным в специальной литера- туре [13]. Исследования свежих грибов выполняли в пе- риод с 2008 по 2014 гг. на базе научно- исследовательской лаборатории, кафедры экспер- тизы товаров Сибирского университета потреби- тельской кооперации; аккредитованной испытательной лаборатории пищевых продуктов и продо- вольственного сырья ФГУ «Новосибирский ЦСМ»; лаборатории ФГУ «ЦЛАТИ по Сибирскому ФО». Бланширование и варку грибов проводили в со- ответствии с ТУ 9167-007-01597959-04 «Грибы со- леные ферментированные» и ТУ 9167-006- 01597959-04 «Грибы соленые отварные и марино- ванные», при температуре 100 °С в течение 5, 10 и 20 мин, в соотношении массы продукта и воды 1:2. Затем грибы охлаждали холодной проточной во- дой. Минеральный состав грибов изучали до и по- сле воздействия рассмотренных операций. Минеральные элементы в съедобных грибах определяли методом спектрометрии с индуктивно- связанной плазмой на приборе марки Optima 2100. Массу и объем грибов определяли общепринятыми методами. Массовую долю влаги - экспресс- методом на анализаторе влажности «Эвлас-2» путем высушивания навески грибов до постоянной массы при температуре 105 °С. Результаты исследования обрабатывали с по- мощью коэффициента Стбюдента зависимых пере- менных при уровне значимости р = 0,05. Результаты и их обсуждение Результаты проведенных нами исследований показали, что при тепловой обработке грибов про- исходят изменения физических показателей. Так, в период бланширования в течение 5 мин масса под- груздков белых уменьшилась на 12,3 %, лисичек настоящих на 6,5 % (табл. 1). Объем соответствен- но на 38,2 и 22,6 %. При дальнейшем тепловом воз- действии не происходит значительных изменений массы и объема. Таблица 1 Изменение физических показателей дикорастущих грибов при тепловой обработке ( Х ± ∆х, n = 7) Продолжительность тепловой обработки, мин Масса Объем Влажность Продолжительность тепловой обработки, мин % к свежим грибам % Подгруздки белые На начало 100 100 88,15±0,15 5 87,70±0,65 61,80±0,30 96,87±0,20 10 85,23±0,55 59,15±0,40 97,10±0,20 20 84,72±0,55 58,10±0,30 97,68±0,15 Лисички настоящие На начало 100 100 65,82±0,15 5 93,50±0,55 77,40±0,65 78,36±0,15 10 90,28±0,48 75,80±0,55 82,31±0,21 20 88,37±0,50 72,10±0,50 84,76±0,25 Уменьшение массы грибов в процессе бланши- рования объясняется экстракцией водорастворимых веществ, усилению которой способствует рыхлая структура тканей и повышение проницаемости протоплазмы клеток под влиянием воздействия на клетки высоких температур [6]. Процесс коагуля- ции белковых веществ также приводит к уплотне- нию тканей плодовых тел грибов, в результате чего существенно уменьшается объем бланшированного сырья, что может увеличить концентрацию в нем ТМ. Анализ изменений минерального состава пока- зал, что в процессе тепловой обработки в течение 5 и 10 мин в лисичках настоящих не выявлено сни- жение содержания свинца (рис. 1). Однако в под- груздках белых установлено достоверное сниже- ние элемента после тепловой обработки в течение 5 мин на 17,52 %, в течение 10 мин - на 23,19 %. После 20 мин варки содержание свинца уменьша- ется на 47,28 % в подгруздках белых и на 31,67 % в лисичках. 120 100 R2 = 0,935 R2 = 0,987 80 60 R2 = 0,924 40 R2 = 0,936 20 0 0 5 10 15 20 Продолжительность тепловой обработки, мин. Cd подгруздки белые Pb лисички Cd лисички Pb подгруздки белые Рис. 1. Динамика кадмия и свинца в дикорастущих грибах в процессе тепловой обработки 139 ISSN 2074-9414. Техника и технология пищевых производств. 2015. Т. 37. № 2 Снижение содержания кадмия наблюдается в грибах в процессе непродолжительной тепловой обработки. При бланшировании подгруздков белых было выявлено снижение металла - на 6,53 %, ли- сичек - на 15,0 %. При увеличении времени воз- действия до 10 мин наблюдается уменьшение со- держания элемента на 35,0 % в подгруздках белых и 50 % в лисичках. После 20 мин варки наблюда- ется снижение содержания кадмия в грибах на 47,0-60,0 %. 120 100 80 60 40 20 0 R2 = 0,927 R2 = 0,9916 Содержание мышьяка после 5 мин теплового воздействия не изменяется у подгруздков белых, а в лисичках происходит снижение на 44,42 %. Однако при увеличении продолжительности варки вдвое, проис- ходит уменьшение содержания металла в обоих видах от 50,82 до 62,56 % от исходного количества. При варке в течение 20 мин отмечается снижение содержания мышьяка до 75,97 % (рис. 2). Процесс бланширования оказывает минимальное воздействие на снижение содержания селена в грибах (табл. 2.). Так, потери элемента не превышают 4,0 % от исходного содержания. В процессе варки в течение 10 мин наблюдается снижение со- держания селена до 50,0 %, при увеличении време- ни теплового воздействия дальнейших изменений не наблюдается. 0 5 10 15 20 Продолжительность варки, мин. As подгруздки белые As лисички Рис. 2. Динамика мышьяка в дикорастущихгрибахв процессе тепловой обработки Установлено, что содержание железа, цинка и меди не изменяется в процессе варки грибов при температуре 100 °С в течение 5 мин. При увеличе- нии времени воздействия вдвое наблюдается сни- жение содержания элементов на 15,0-36,0 %, в те- чение 20 мин на 43,0-59,0 %. Таблица 2 Изменения минерального состава дикорастущих грибов в процессе тепловой обработки Элемент Продолжительность тепловой обработки, мин. Элемент 5 10 20 Снижение содержания элементов, % Лисички настоящие Алюминий - - 28,97 Титан 9,70 18,00 34,12 Марганец 4,05 9,63 33,15 Никель 22,79 65,71 83,57 Селен 2,73 37,45 52,10 Подгруздки белые Алюминий - 16,56 31,02 Титан 14,23 26,68 42,06 Марганец - 3,67 16,67 Никель - 34,48 59,15 Селен - 49,45 50,18 Примечание. Прочерк (-) - изменений от исходной концентрации не выявлено. Следовательно, при бланшировании незначи- тельные потери микроэлементов происходят в ли- сичках - 3-23 % от исходного значения; в под- груздках белых зарегистрировано снижение только одного элемента - титана. При варке грибов в те- чение 10 мин количество минеральных элементов снижается на 17-66 %; в течение 20 мин - происхо- дит уменьшение в 1,5-3,0 раза. Наиболее устойчи- вы к воздействию тепловой обработки среди изуча- емых металлов - алюминий и марганец, потеря данных элементов составила 10 и 4 % соответ- ственно. В литературе имеются сведения о способах уменьшения ТМ в пищевой цепи [2, 4, 6, 9]. Так как почва является начальным звеном, аккумулирую- щим ТМ, то в сельском хозяйстве проводят меро- приятия, направленные на снижение подвижности металлов: известкование, внесение органических удобрений. Следствием этого является снижение подвижности ТМ в почве и, следовательно, в про- дукции растениеводства. На сегодняшний день ведущая роль также отво- дится использованию в рационе животных и чело- века детоксицирующих препаратов. Исследовате- лями выявлено, что корень пиона и применение гумадапта значительно снижают содержание свин- ца. Замечено, что многие токсические явления, вы- зываемые действиями и свинца и кадмия, умень- шаются при одновременном включении в рацион селена. В подсистеме «сырье - продукт питания» изу- чено изменение содержания ТМ в процессе тепло- вой обработки. Т.И. Боковой установлено, что при варке мяса цыплят снижение меди составило 13 %, 140 ISSN 2074-9414. Food Processing: Techniques and Technology. 2015. Vol. 37. № 2 цинка - 37 %, свинца - 29,4 %, кадмия - 19,5 % [2]. Выявлено, что после термообработки при 300 °С в польском грибе и моховиках происходит снижение ртути [14]. А.И. Щегловым [10] доказано, что ку- линарная обработка уменьшает содержание радио- нуклидов. После варки грибов в течение 15-45 мин с двукратной (или более) сменой воды снижается концентрация цезия-137 до допустимых величин. Содержание ТМ может существенно снижаться в овощах и картофеле также под действием кулинар- ной обработки [9]. В результате очистки, промыв- ки, бланшировки содержание свинца и ртути сни- жается на 80-85 %, а кадмия на 20 %. Снижение содержания свинца при однократной промывке салата может достигать 30 % [1, 8]. Полученные нами экспериментальные данные согласуются с литературными [12]. Заключение Тепловая обработка макромицетов вызывает изменение физических характеристик - снижение мас- сы, объема и увеличения влажности и уменьшение содержания микроэлементов и тяжелых металлов. Степень изменения изучаемых характеристик определяется видовой принадлежностью макро- мицетов и временем теплового воздействия. В частности, с увеличением времени теплового воздействия степень изменения физических харак- теристик увеличивается, причем в большей степени у подгруздков белых. Результатами исследований показано, что сни- жение массы и объема макромицетов не приводит к увеличению в них концентрации ТМ. Продолжительность варки в течение 5 мин практически не влияет на содержание минеральных элементов в грибах, что объясняется экстракцией водорастворимых веществ, усилению которой спо- собствует рыхлая структура тканей и повышение проницаемости протоплазмы клеток под влиянием воздействия на клетки высоких температур. При варке грибов в течение 10 мин количество минеральных элементов снижается на 17-66 %; в течение 20 мин происходит уменьшение в 1,5- 3,0 раза, причем наибольшие потери приходятся на никель и селен как у подгруздков белых, так и у лисичек настоящих. Таким образом, тепловую обработку можно рас- сматривать как фактор снижения содержания тяже- лых металлов в грибах при времени воздействия 20 минут, что обеспечивает снижение металлов в среднем на 30,0-80,0 %.
1. Alekseev, Yu.V. Tyazhelye metally v pochvah i rasteniyah / Yu.A. Alekseev. - L.: Agropromizdat, 1987. - 142 s.
2. Bokova, T.I. Ekologo-tehnologicheskie aspekty povedeniya tyazhelyh metallov v sisteme «pochva - rastenie - zhi- votnoe - produkt pitaniya cheloveka» / T.I. Bokova. - Novosibirsk: GNU SibNIPTIP, 2004. - 206 s.
3. Vyayzenen, G.N. Monitoring tyazhelyh metallov i radionuklidov v prirodnyh ekosistemah / G.N. Vyayzenen, A.I.Tokar' // Pischevye resursy dikoy prirody i ekologicheskaya bezopasnost' naseleniya: sb. materialov mezhdunar. konf., 28-29 noyabrya 2004 g. - Kirov, 2004. - S. 114-115.
4. Uskorennoe vyvedenie tyazhelyh metallov iz organizma zhivotnyh / G.A. Vyayzen, V.A. Savin, V.A. Gulyaev i dr. - Novgorod, 1997. - 300 s.
5. Egoshina, T.L. Osobennosti akkumulyacii tyazhelyh metallov dikorastuschimi vidami yagod i gribov / T.L. Egoshina, A.E. Skopin, N.A. Shulyat'eva // Pischevye resursy dikoy prirody i ekologicheskaya bezopasnost' naseleniya: sb. materia- lov mezhdunar. konf., 28-29 noyabrya 2004 g. - Kirov, 2004. - S. 128-131.
6. Papilina, V.A. Izmenenie kachestva svezhih i solenyh gribov v processe hraneniya: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk / V.A. Papilina. - L., 1983. - 24 s.
7. Poddubnyy, A.V. Makromicety kak indikatory zagryazneniya sredy tyazhelymi metallami / A.V. Poddubnyy, N.K. Hristoforova, L.T. Kovekovdova // Mikologiya i fitopatologiya. - 1998. - T. 32. - Vyp. 6. - S. 47-51.
8. Sokolov, O.A. Ekologicheskaya bezopasnost' i ustoychivoe razvitie: atlas raspredeleniya TM v ob'ektah okruzha- yuschey sredy / O.A. Sokolov, V.A. Chernikov. - Puschino: ONTI RNC RAN, 1999. - 164 s.
9. Sprinchak, D.V. Detoksikaciya tyazhelyh metallov (svinca i kadmiya) v sisteme «pochva - rastenie - zhivotnoe»: dis. …kand. biol. nauk / D.V. Sprinchak. - Novosibirsk., 2004. - 25 s.
10. Cvetnova, O.B. Osobennosti raspredeleniya 137Cs i tyazhelyh metallov v komponentah drevostoya lesnyh biogeo- cenozov / O.V. Cvetnova, A.I. Scheglov // Sb. nauch. tr. - BGITA. Vyp. 5. - Bryansk, 2003. - S. 158-161.
11. Cvetnova, O.B. Radionuklidy v travyano-kustarnichkovom yaruse lesnyh biogeocenozov / O.B. Cvetnova, A.I. Scheglov // Radiacionnaya biologiya. Radioekologiya. 1999. - T. 39. - № 4. - S. 462-467.
12. Cvetnova, O.B. Griby - bioindiktory tehnogennogo zagryazneniya / O.B. Cvetnova, A.I. Scheglov // Priroda. - 2002. - № 11. - S. 39-46.
13. Ekspertiza gribov: ucheb.-sprav. posobie / I.E. Capalova, V.I. Bakaytis, N.P. Kutaf'eva, V.M. Poznyakovskiy; pod obsch. red. V.M. Poznyakovskogo. - Novosibirsk: Sib. univ. izd-vo, 2002. - 256 s.
14. Mercury loss edible mushrooms after their model thermal treatment / J. Cibulka, E. Curdova, D. Miholova, I. Dtehulova // Crech J. Food Sc. - 1999. - Vol. 17. - № 6. - P. 238-240.
