Maciej Bilek1, Klaudia Pilch3, Jarosław Wawer2, Stanisław Sosnowski3
Mikrofiltrowany koncentrat soku brzozowego jako innowacyjny, trwały środek spożywczy o wysokiej wartości odżywczej
Microfiltered birch sap concentrate as an innovative, non-perishable food product with high nutritional value
1Zakład Agroekologii, Instytut Nauk Rolniczych, Ochrony i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rzeszowski
2Katedra Chemii Fizycznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska
3Zakład Inżynierii Produkcji Rolno-Spożywczej, Instytut Nauk Rolniczych, Ochrony i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Rzeszowski
Summary
Introduction. The forest environment becomes an increasingly popular place of obtaining raw materials, and one of the most promising product is birch sap. The market for bottled birch sap in Poland is monotonous, relying exclusively on pasteurized, acidified and sweetened drinks. A chance to change this situation is to develop a birch sap concentrate obtained by reverse osmosis. It has a sweet taste desired by consumers and particularly high content of minerals, unfortunately it has short shelf life.
Aim. The purpose of this work was to develop an effective method of extending the shelf life of birch sap concentrate without the need for pasteurization and chemical interference in the composition. In this way, the new product will be formulated with the potential to compete effectively with synthetic dietary supplements.
Material and methods. Birch sap was obtained using drilling technique and continuous collection from the trunks of birch trees (Betula pendula Roth.). The sap was concentrated using reverse osmosis apparatus of our construction, obtaining a sugar concentration, expressed by Brix refractometric extract, equal 2.6° and a dry weight of 2.557%. Microfiltration of birch sap concentrate was carried out under sterile conditions using 0.22, 0.45 and 0.8 μm filters. In the monthly storage test, the measurements were carried out every three days, the optical density parameter was determined.
Results. The microfiltration of birch sap concentrate was effective only when 0.22 and 0.45 μm filters were used, no turbidity was observed in the monthly storage test. The samples filtered with a filters with pore diameter of 0.8 μm, became cloudy at analogues time of the test as the samples of non-microfiltered birch sap concentrate, but the turbidity was lowered.
Conclusions. The microfiltered birch sap concentrate is characterized by extended shelf life without the addition of chemical substances and without the use of pasteurization process, as well as improved taste compared to the initial raw material without the addition of sweeteners. Thanks to the combination of reverse osmosis and microfiltration, the natural character of the sap is largely preserved. The obtained product has a chance to appear on the food market as an innovative foodstuff. Moreover, due to the high concentration of ions (e.g. zinc and manganese) the concentrate could become an interesting alternative to artificial supplements.
Wprowadzenie
Krytyczne ustosunkowanie się społeczeństwa krajów wysoko rozwiniętych do konwencjonalnej uprawy roślin z jednej strony spowodowało wzrost popularności produktów rolnictwa ekologicznego, z drugiej zaś wzmogło zainteresowanie surowcami, określanymi jako niedrzewne pożytki leśne (ang. non timber forest products ? NTFP) (1). Z tego też powodu zintensyfikowana została współpraca firm branży zielarskiej i spożywczej z gospodarką leśną, dzięki czemu na krajowym rynku pojawiły się przedsiębiorstwa specjalizujące się w pozyskiwaniu i przetwórstwie niedrzewnych surowców leśnych, szczególnie zaś ? owoców leśnych i grzybów (2). Z tych pierwszych najczęściej produkowane są herbaty owocowe i owocowo-ziołowe oraz przetwory, takie jak dżemy, konfitury, soki i syrop. Grzyby zaś najczęściej sprzedawane są w formie suszonej (3). W asortymencie firm specjalizujących się w przetwórstwie niedrzewnych surowców leśnych znacznie rzadziej spotyka się typowe surowce zielarskie. Produkowane są z nich herbaty ziołowe rejestrowane najczęściej jako suplementy diety i w związku z pochodzeniem odznaczające się jakością produktów ekologicznych. Potencjał związany z innymi niedrzewnymi surowcami leśnymi pozostaje jak na razie niewykorzystany, czego dobrym świadectwem jest fakt, że zaledwie jedna polska firma branży spożywczej podjęła się poboru i przetwórstwa rodzimego soku brzozowego, wkraczając tym samym na rynek nasycony już sokiem brzozowym pochodzącym z importu, głównie z Ukrainy i Białorusi (4, 5).
Pomimo iż sok brzozowy w blisko 99% składa się z wody, jest bardzo wartościowym środkiem spożywczym. Badania polskiego surowca wskazały przede wszystkim na bardzo wysoką zawartość składników mineralnych (6), przy czym z żywieniowego punktu widzenia dominującą rolę odgrywają cynk, miedź i mangan (7, 8). Zawartość ostatniego z wymienionych składników mineralnych jest na tyle wysoka, że sok brzozowy można wskazać jako środek służący do leczenia niedoborów manganu (7). Ponadto w soku brzozowym stwierdzono obecność innych biologicznie aktywnych związków chemicznych, m.in. wrażliwych na temperaturę białek o działaniu przeciwgrzybiczym (9) oraz związków fenolowych (10, 11). Korzystne dla ludzkiego organizmu właściwości soku brzozowego znane były już od dawna w medycynie ludowej, szczególnie zaś w tradycji słowiańskiej (12). Współczesne badania potwierdziły wielowymiarowy wpływ soku brzozowego na organizm człowieka (13, 14), zdiagnozowano przy tym i szereg ograniczeń. Najważniejsze z nich to bardzo duża zmienność w składzie, zależna od osobnika, z którego sok został pobrany (15), oraz od czasu poboru (16). Powoduje ona, że jeden litr soku brzozowego pobranego z jednego drzewa może realizować kilkaset procent dziennej normy żywieniowej na dany składnik mineralny, ale może też nie zawierać go wcale (15). Zatem wartość odżywcza soku brzozowego pobieranego indywidualnie z tylko jednego drzewa może być znikoma, jednak sok pozyskiwany masowo w ramach gospodarki leśnej i następnie wielkoskalowo przetwarzany przez przemysł spożywczy ma zdecydowanie wyższą wartość odżywczą, ponieważ cechuje się uśrednionym i korzystnym składem (15, 16). Doniosłość faktu wyższości soków brzozowych butelkowanych nad sokiem pozyskiwanym indywidualnie może zostać wykorzystana zarówno przez przemysł spożywczy w działalności marketingowej, jak i w edukacji leśnej społeczeństwa, bowiem pobór indywidualny prowadzony jest najczęściej w sposób nieodpowiedzialny i bez poszanowania zdrowia drzew (17).
Polski rynek butelkowanych soków brzozowych, pomimo ilościowego rozbudowania, jest bardzo ubogi, składają się na niego wyłącznie środki spożywcze z dodatkiem kwasu cytrynowego oraz substancji słodzących, takich jak sacharoza i/lub syropy owocowe. Dodatki te są niezbędne, aby uzyskać smak akceptowany przez konsumentów, gdyż właściwości samego soku brzozowego konsumenci oceniają jako niedostateczne (18). Butelkowane soki brzozowe są przy tym środkami spożywczymi pasteryzowanymi, co wynika z bardzo niskiej trwałości tego produktu, wynoszącej ok. 1 dnia w temperaturze pokojowej i 3-4 dni w warunkach chłodniczych (19). Tym samym krajowy rynek soku brzozowego oferuje środki spożywcze o znacznie zmienionym składzie wobec wyjściowego surowca, w którym na skutek przetwarzania wysokotemperaturowego doszło do istotnych zmian we właściwościach prozdrowotnych. W odpowiedzi na ten problem opracowane zostały receptury napojów niepasteryzowanych, w których dodatkiem smakowym i prozdrowotnym jest miód lub syrop owocowy, zaś dodatkiem wydłużającym trwałość ? kwas cytrynowy lub mlekowy (20, 21). Tak uzyskane napoje cechują się kilkutygodniową trwałością w warunkach chłodniczych, można je jednak polecić przede wszystkim konsumentom samodzielnie pozyskującym sok brzozowy.
Inną możliwością poprawy smaku soku brzozowego, a zarazem wprowadzenia na ubogi rynek produktów butelkowanych interesującej innowacji produktowej, jest zwiększenie stężenia naturalnie występujących cukrów poprzez zagęszczenie soku za pomocą odwróconej osmozy. Stosując rozwiązanie konstrukcyjne opisane w naszych wcześniejszych pracach, można uzyskać koncentrat soku brzozowego o stężeniu cukrów wynoszącym ok. 2-3%, dostosowanym do typowej ich ilości wprowadzanej do napojów w celu poprawy smaku (22). Zagęszczenie odbywa się przy tym bez udziału podwyższonej temperatury, a zatem skład chemiczny soku brzozowego nie ulega zmianom. Warto przy tym podkreślić, że obok stężenia cukrów znacznie wzrastają także stężenia składników istotnych z żywieniowego punktu widzenia, dzięki czemu uzyskany koncentrat cechuje się wybitnymi właściwościami odżywczymi i może być klasyfikowany jako środek spożywczy kategorii superfoods (23). Stanowi on zarazem nowoczesną propozycję w jaki sposób można dostarczać do organizmu ludzkiego duże ilości składników mineralnych za pomocą niskoprzetworzonego, niepasteryzowanego środka spożywczego pochodzenia naturalnego, nie zaś za pomocą suplementów diety i żywności fortyfikowanej dodatkami chemicznymi. Testy przechowalnicze wykazały jednak, że odznacza się on bardzo niską trwałością, niższą od wyjściowego surowca, co stoi na przeszkodzie w wypromowaniu koncentratu soku brzozowego na rynku spożywczym (24).
Cel pracy
Celem niniejszego artykułu było opracowanie skutecznej metody wydłużania trwałości koncentratu soku brzozowego, bez konieczności stosowania procesu pasteryzacji i chemicznej ingerencji w jego skład.
Materiał i metody
Pobór soku drzewnego prowadzono z gatunku brzoza brodawkowata (Betula pendula Roth.) w miejscowości Łukawiec (powiat rzeszowski, województwo podkarpackie), na przełomie marca i kwietnia 2018 roku. Zastosowana została technika nawiercania wiertłem do drewna o średnicy 16 mm, na głębokość 4-5 cm, od strony nasłonecznionej pnia drzewa, na wysokości 0,5-1 m. W wywiercone otwory wprowadzano wężyki silikonowe atestowane do kontaktu z żywnością. Drugi ich koniec umieszczano w butelkach plastikowych, również dopuszczonych do kontaktu z żywnością i regularnie odkażanych 70% etanolem oraz przemywanych wodą dejonizowaną. Sok brzozowy pobierano w sposób ciągły. Zgromadzone partie łączono i zamrażano w temperaturze -21oC.
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Staniszewski P, Nowacka WŁ, Gasek A: Potrzeby i wyzwania edukacji w zakresie niedrzewnego użytkowania lasu. Stud Mat CEPL Rog 2016; 18: 155-161.
2. Nowacka WŁ, Staniszewski P, Gasek A: Współpraca: lasy ? społeczności lokalne widziana okiem mieszkańców pobliża lasów. Stud Mat CEPL Rog 2017; 19: 193-200.
3. Staniszewski P, Nowacka WŁ: Regulacje użytkowania i obrotu leśnych grzybów jadalnych. Stud Mat CEPL Rog 2015; 17: 180-188.
4. Godyla S: Postawy konsumentów wobec soku z brzozy. Think 2015; 20: 7-16.
5. Bilek M: Perspektywy i warunki wykorzystania rodzimego soku brzozowego jako surowca dla przemysłu spożywczego. Post Tech Leś 2018; 143: 41-45.
6. Bilek M, Stawarczyk K, Łuczaj Ł, Cieślik E: Zawartość wybranych składników mineralnych i anionów nieorganicznych w sokach drzewnych z terenu Podkarpacia. Żywn-Nauk Technol Jakość 2015; 100: 138-147.
7. Bilek M, Kuźniar P, Stawarczyk K, Cieślik E: Zawartość manganu w sokach drzewnych z terenu Podkarpacia. Post Fitoter 2016; 17: 255-261.
8. Bilek M, Stawarczyk K, Gostkowski M et al.: Mineral content of tree saps from Subcarpathian region. J Elem 2016; 21: 669-679.
9. Bilek M, Olszewski M, Wityk P, Staniszewski P: Proteins of birch tree sap. Forests in Science, Practice and Education Conference on the centenary of the Faculty of Forestry, Warsaw University of Life Sciences ? SGGW Warsaw 18-19 June 2019. Warszawa 2019: 49.
10. K?ka M, Čakste I, Geršebeka E: Determination of bioac-tive compounds and mineral substances in Latvian birch and maple saps. Proc Latvian Acad Sci, Section B 2013; 685/686: 437-441.
11. Bilek M, Siembida A, Stawarczyk K et al.: Aktywność przeciwrodnikowa soków drzewnych z terenu Podkarpacia. Żywn-Nauk Technol Jak 2015; 101: 151-161.
12. Sõukand R, Pieroni A, Biró M et al.: An ethnobotanical per-spective on traditional fermented plant foods and beverages in Eastern Europe. J Ethnopharmacol 2015; 170: 284-296.
13. Lee C-H, Cho Y-M, Park E-S et al.: In vivo immune activity of sap of the white birch (Betula platyphylla var. japonica). Korean J Food Sci Technol 2009; 41: 413-416.
14. Peev C, Dehelean C, Mogosanu C et al.: Spring drugs of Betula pendula Roth.: Biologic and pharmacognostic evaluation. Studia Universitatis Vasile Goldis, Seria Stiintele Vietii (Life Sciences Series) 2010; 20: 41-43.
15. Bilek M, Siembida A, Gostkowski M et al.: Variability of the minerals content as a factor limiting health properties of birch saps. J Elem 2017; 22: 957-967.
16. Bilek M, Szwerc W, Kuźniar P et al.: Time-related variabil-ity of the mineral content in birch tree sap. J Elem 2017; 22: 497-515.
17. Bilek M, Żurek N, Szwerc W et al.: Składniki mineralne i metale ciężkie w butelkowanych sokach brzozowych. Bromat Chem Toksykol 2018; 51: 284-292.
18. Hebda K: Sok z brzozy; https://klaudynahebda.pl/sok-z-brzozy/ (data dostępu: 16.04.2020).
19. Bilek M, Pytko J, Sosnowski S: Badania trwałości soków drzewnych brzozowych. Pol J Sust Develop 2016; 20: 7-14.
20. Bilek M, Pytko J, Dżugan M et al.: Możliwość wydłużenia trwałości soku brzozowego poprzez sporządzenie napoju o polepszonych walorach smakowych i prozdrowotnych. Post Nauk Technol Przem Rol Spoż 2016; 71: 5-19.
21. Bilek M, Chachura A, Radochońska A et al.: Trwałe, niepasteryzowane napoje na bazie soku brzozowego. Post Fitoter 2018; 19: 230-236.
22. Wawer J, Bilek M: Prosty aparat wykorzystujący technologię osmozy odwróconej do zagęszczania rodzimego soku brzozowego. Post Nauk Technol Przem Rol Spoż 2017; 72: 51-67.
23. Bilek M, Wawer J, Szwerc W et al.: Birch sap concentrate as a potential modern food product. Econtechmod 2018; 7: 5-9.
24. Bilek M, Chynał B, Derendarz K et al.: Birch tree sap concentrate shelf life extending. Biologically Active Compounds in Food: 3rd International Conference, Faculty of Biotechnology and Food Sciences Lodz University of Technology, Polish Society of Food Technologists ? Lodz Branch Lodz 19-20 September 2019. Łodź 2019: 37.
25. Bilek M, Piekarz S, Olszewski M, Sosnowski S: Mikrofiltracja jako skuteczny zabieg wydłużający trwałość soku brzozowego. Post Nauk Technol Przem Rol Spoż 2017; 72: 68-76.
26. Bilek M, Sądej M, Rączy M et al.: Turbidity changes of birch tree sap after addition of commonly available chemicals. Biotech Food Sci 2016; 80: 83-90.
27. Bilek M, Vietoris V, Ilko V: Shelf life extension and sensory evaluation of birch tree sap using chemical preservatives. Potravinárstvo 2016; 10: 499-505.
28. Grochowicz J, Sobczak P, Zawiślak K: Nowoczesne technologie utrwalania żywności minimalnie przetworzonej i funkcjonalnej ? stan badań i perspektywa rozwojowa. Inż Przetw Spoż 2015; 16: 5-10.
29. Jeong SJ, Jeong HS, Woo SH et al.: Consequences of ultrafiltration and ultraviolet on the quality of white birch (Betula platyphylla var. japonica) sap during storage. Aust J Agric Res 2013; 7: 1072-1077.
30. Dzwolak W: UV poprawia bezpieczeństwo. Zastosowanie promieniowania UV w przemyśle spożywczym. Bezp Hig Żywn 2011; 5: 34-35.
31. Bilek M, Cebula E, Krupa K et al.: New technologies for extending shelf life of birch tree sap. Econtechmod 2018; 7: 3-8.
32. Konopacka D, Płocharski W, Siucińska K: Możliwości zastosowania ultradźwięków w przemyśle owocowo-warzywnym. Przem Ferm Owoc Warzyw 2015; 59: 16-21.
33. Nowicka P, Wojdyło A, Oszmiański J: Zagrożenia powstające w żywności minimalnie przetworzonej i skuteczne metody ich eliminacji. Żywn-Nauk Technol Jak 2014; 93: 5-18.
34. Waczyński M, Kujawski W: Filtracja membranowa ? techniki filtracji membranowej w przemyśle spożywczym. Przem Ferm Owoc Warzyw 2008; 52: 5-8.
35. Piekarz S, Bilek M, Sosnowski S: Year-round shelf life of birch tree sap after the use of microfiltration in sterile conditions. Human, nutrition, environment: 7th International Young Scientists Conference, Rzeszow 4-5 June 2018. Rzeszów 2018: 48.
36. Sokołowska B: Problemy mikrobiologiczne w przetwórstwie warzyw i owoców; http://alicyclobacillus.com/public/index.php/pl/article,27,problemy-mikrobiologiczne-w-przetwrstwie-owocw-i-warzyw.html (data dostępu: 16.04.2020).
37. Carrera M, Zandomeni RO, Fitzgibbon J, Sagripanti J-L: Difference between the spore sizes of Bacillus anthracis and other Bacillus species. J Appl Microb 2007; 102: 303-312.
38. Cassiday L: Clean label: The next generation. Inform 2017; 28: 6-10.
39. Wawer J, Bilek M, Pilch K et al.: Sposób otrzymywania zatężonego soku brzozowego. Zgłoszenie patentowe P.430407.
40. Dąbrowska A, Babicz-Zielińska E: Zachowania konsumentów w stosunku do żywności nowej generacji. Hygeia Public Health 2011; 46: 39-46.
41. Barska A: Atrybuty produktu żywnościowego a decyzje konsumentów. Hand Wew 2018; 3: 37-47.
42. Bednarz J: Prosumpcja jako rezultat zmian zachodzących w zachowaniach konsumentów na przykładzie przemysłu spożywczego. Stuc Oecon Pos 2017; 5: 7-24.
43. Kuźniar W, Kawa M, Kuźniar P: Konsumenci wobec bezpiecznych rozwiązań w zakresie produkcji żywności. Zesz Nauk Szk Gł Gosp Wiej War Prob Rol Świat 2016; 16: 243-250.
44. Barska A: Innowacje na rynku produktów żywnościowych z perspektywy polskich i czeskich konsumentów generacji Y. Zesz Nauk Szk Gł Gosp Wiej War Prob Rol Świat 2017; 17: 7-18.
45. Gabruś E: Badania wydajności procesu mikrofiltracji roztworów stosowanych w produkcji piwa. Inż Ap Chem 2009; 48: 30-31.
46. Najwyższa Izba Kontroli: Informacja o wynikach kontroli. Dopuszczanie do obrotu suplementów diety; https://www.nik.gov.pl/plik/id,13031,vp,15443.pdf (data dostępu: 16.04.2020).
47. Grembecka M: Suplementy diety ? panaceum na wszystkie dolegliwości? Gazeta AMG 2019, 1: 18-22.
48. Kubica A, Ratajska A, Sinkiewicz W et al. Przyczyny złej współpracy lekarz-pacjent w terapii przewlekłej. Fol Card Ex 2010, 2: 78?83.
49. Wawer I Dietetyczne niedobory mikroskładników i suplementacja w chorobach neurologicznych. Neurol Prakt 2017, 6: 5-8.
50. Baraniak J, Kania M: Suplementy diety, środki spożywcze specjalnego przeznaczenia żywieniowego a lek roślinny w świetle współczesnej fitoterapii. Post Fitoter 2015, 3: 177-183.
