Разработка технологии функциональных продуктов питания из плодов косточковых культур

РСВ - растворимые сухие вещества; ПВ - пектиновые вещества; РП - растворимый пектин; ПП - протопектин

Установлено, что у плодов косточковых культур содержание растворимых сухих веществ колеблется от 10,0 до 14,8 %, сахаров - от 6,7 до 10,0 %; титруемая кислотность изменяется в широком диапазоне от 1,69 до 2,91 %. Наиболее высокая кислотность отмечена у плодов алычи садовой. Плоды алычи садовой содержат от 5 до 14 мг в 100 г аскорбиновой кислоты, сливы ~ 5 мг в 100 г, абрикос - 2 мг в 100 г. Количество антоцианов у алычи садовой составляет 192-784 мг в 100 г, у слив количество антоцианов отлично - до 115 мг в 100 г., у абрикос антоцианы отсутствуют.

Высокая титруемая кислотность плодов алычи садовой явилась поводом для определения качественного состава органических кислот Установлено, что в плодах алычи в основном преобладает яблочная кислота (свыше 80 % от общего количества титруемых кислот), небольшое количество лимонной, а также микроколичества уксусной и молочной кислот.

Определение фракционного состава пектиновых веществ (ПВ) содержащихся в плодах косточковых культур показало, что на процессы биосинтеза ПВ существенное влияние оказывает сортовая принадлежность. У всех исследуемых плодов содержание растворимого пектина преобладало над протопектином и составляло от 53 до 69 % от суммы ПВ. По сумме ПВ выделялись плоды алычи садовой: от 5,55 до 12,28 %, у плодов абрикос и слив этот показатель ниже: от 5,60 до 7,87 %.

Условное разделение, принятое в производстве исследуемых плодов алычи садовой по срокам созревания показало, что в плодах раннего срока созревания среднее содержание суммы ПВ составляет 5,03 %; среднего срока созревания - 7,64 %, у позднего срока созревания - 7,91 %.

Исследование влияния технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования плодов косточковых культур на выход и качественные характеристики пектиновых веществ. Для определения параметров гидролиза-экстрагирования пектина из плодов косточковых культур вначале была проведена сравнительная оценка выхода ПВ при использовании различных гидролизующих агентов.

В качестве гидролизующего агента исследовали влияние соляной и лимонной кислот и, учитывая высокую титруемую кислотность плодов алычи садовой, питьевой воды (автогидролиз) при следующих параметрах: температура 70 °С, 80 °С и 90 °С, продолжительность 2 часа, гидромодуль - 1 : 3. При этом получали пектиновых экстракт из которого выделяли пектин.

Выход пектина из плодов косточковых культур (в расчете на а.с.м.) при использовании разных гидролизующих агентов представлен в таблицах 2, 3, 4.

Таблица 2 - Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при использовании в качестве гидролизующего агента соляной кислоты

Таблица 3 - Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты

Анализ полученных данных говорит о том, что при использовании соляной кислоты извлечение ПВ составляет 80-90 % от его общего количества.

Таблица 4 - Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при автогидролизе

Влияние температуры на выход ПВ значительно различается на уровне 70 °С и 80 °С, а при температуре 80 °С и 90 °С разница по выходу ПВ выражена меньше. Динамика извлечения ПВ с использованием лимонной кислоты аналогична гидролизу с соляной кислотой (наибольший выход наблюдается при температуре 90 °С по всем сортам). Однако, в целом, выход ПВ на 8-11 % ниже, чем при использовании соляной кислоты.

Использование автогидролиза показало хорошие результаты на алыче садовой. Степень экстрагирования ПВ составила 56-80 % от общего количества. Можно предположить, что в плодах алычи протопектин легко переходит в растворимую форму под влиянием высокой температуры. Вероятно, это связано с повышенной кислотностью этих плодов.

По сливе и абрикосам выход ПВ значительно ниже.

Исследования по изучению влияния вида гидролизирующего агента на выход ПВ показали, что по алыче садовой возможно применение автогидролиза. Для плодов абрикоса и сливы предпочтительнее применение кислотного гидролиза с использованием лимонной кислоты.

С целью оптимизации процесса гидролиза изменяли гидромодуль: 1 : 3, 1 : 5, 1 : 7. Опыты проводили при следующих параметрах гидролиза: продолжительность - 2 ч, температура - 90 °С, гидролизующий агент ? вода (таблица 5).

Таблица 5 - Влияние гидромодуля на количество ПВ, выделяемых в процессе гидролиза-экстрагирования

Исследованиями установлено, что наибольший выход ПВ отмечен при гидромодуле 1 : 3.

Дальнейшие исследования по извлечению пектиновых веществ из плодов алычи и оптимизации этого процесса были направлены на изменение продолжительности гидролиза (1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 ч). Исследования проводили на сортах алычи: Кубанская комета и Обильная (рисунок 2).

Рисунок 2 - Выход ПВ из плодов алычи разных сортов

Установлено: что оптимальной продолжительностью гидролиза является 2 ч. Выход ПВ при этой продолжительности наибольший.

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено: что получение пектинового экстракта и выделение пектиновых веществ возможно при следующих режимах: гидролиз-экстрагирование с использованием 0,5 % лимонной кислоты, длительность 2 часа, гидромодуль 1 : 3. Для подтверждения достоверности проведенных опытов по установлению оптимальных режимов выделения пектиновых веществ из плодов алычи была проведена математическая обработка полученных данных и получено множественное регрессионное уравнение, которое имеет вид:

гдеу- выход пектиновых веществ, %;

х₁- гидролизующий агент;

х₂- температура гидролиза;

х₃- сорт алычи.

Из данного уравнения при коэффициенте детерминации R²=87 % видно, что наибольшую долю влияния имеет гидролизующий агент (доля влияния 17,65 %), на втором месте температура (доля влияния 12,12 %) и лишь третье место занимают сорта алычи (доля влияния 6,98 %). Эта зависимость отмечена как в линейной, так и в нелинейной части модели.

Таким образом, при гидролизе протопектина плодов алычи с целью дальнейшего использования в продуктах питания без удаления гидролизной массы (безотходная технология), эффективен автогидролиз при температуре 90 °С, длительности - 2 часа, и гидромодуле 1 : 3.

Исследование аналитических характеристик пектиновых веществ, выделенных из плодов косточковых культур. После определения оптимального режима гидролиза-экстрагирования ПВ из алычи садовой был выделен сухой пектин, полученный в результате спиртового осаждения из пектинового экстракта. В полученном пектине определили количественные характеристики аналитических групп, характеризующие качество пектина (уронидная составляющая, степень этерификации, количество свободных и этерифицированных карбоксильных групп, ацетильная и метоксильная составляющая, комплексообразующая способность).

Определение содержания уронидной составляющей в образцах пектина исследуемых сортов алычи представлено на рисунке 3.

1. Жемчужина, 2. Риони, 3. Десертная, 4. Подарок Сад Гиганту, 5. Кубанская комета, 6. Гек, 7. Обильная, 8. Путешественница, 9. Глобус, 10. Дынная, 11. Кремень, 12. Аштаракская № 2, 13. Неберджайская ранняя

Рисунок 3 - Содержание уронидной составляющей в плодах разных сортов алычи

Установлено, что содержание чистой полигалактуроновой кислоты в исследованных сортах колеблется в основном в пределах 23-53 %. Среди исследованных выделяются сорта Десертная и Аштаракская № 2. Это показывает, что различия по сортам имеют существенное значение.

Такие свойства ПВ, как растворимость, студнеобразующая способность, комплексообразование в значительной степени определяются, соотношением в их молекулах свободных и этерифицированных карбоксильных групп, т. е. степенью этерификации. Эти данные представлены на рисунке 4.

Исследованиями установлено, что степень этерификации пектина полученного из плодов алычи колеблется от 88,4 до 94,2 %, что может определить механизм студнеобразования. Это говорит о том, что пектин, имеющий такую степень этерификации выделенный из плодов алычи, обладает повышенными студнеобразующими свойствами, и подтверждается невысоким содержанием ацетильных групп, которые по сортам алычи изменяются в пределах 0,27-0,44 % (рисунок 5). В молекуле пектина не менее существенное влияние на студнеобразование оказывает наличие и величина метоксильных групп.

Рисунок 4 - Степень этерификации ПВ плодов алычи разных сортов

Рисунок 5 - Содержание ацетильной составляющей ПВ в плодах алычи разных сортов

Известно, что чем выше содержание химически активных метоксильных групп, тем лучше идет процесс студнеобразования. В данном случае величина метоксильной составляющей колеблется от 7,34 (сорт Кубанская комета) до 13,24 % (сорт Дынная) (рисунок 6). Следовательно, при невысоких показателях ацетильной составляющей и высокой метоксильной, пектин из плодов алычи должен обладать хорошей студнеобразующей способностью.

Одним из важнейших свойств ПВ является комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов (рисунок 7).

Рисунок 6 - Содержание метоксильной составляющей ПВ в плодах алычиразных сортов

Рисунок 7 - Комплексообразующая способность ПВ плодов алычи разных сортов мг Рв²⁺/г пектина

Комплексообразующая способность ПВ плодов алычи различается посрокам созревания. Самой высокой комплексообразующей способностью обладают ПВ плодов алычи позднего срока созревания - 106,33 мг Рв²⁺/г пектина; самой низкой - сорта алычи раннего срока созревания - 72,16 мг Рв²⁺/г пектина. Сорта алычи промежуточного срока созревания по этому показателю занимают среднее положение - 93,75 мг Рв²⁺/г пектина.

Известно, что комплексообразующая способность зависит от количества свободных карбоксильных групп, количество которых у плодов алычи колеблется от 3,0 до 5,8 % что подтверждается экспериментальными данными.

Таким образом, исследованиями установлено, что качественные характеристики ПВ культур косточковых плодов различаются в зависимости от сорта и обладают средней компелксообразующей способностью.

Данные полученные при определении аналитических характеристик ПВ были подвергнуты математической обработке, для уточнения их влияния на комплексообразующие способности пектина.

Статистическая обработка полученных данных показала, что на величину комплексообразования в основном влияет степень этерификации и количество свободных карбоксильных групп в молекуле пектина.

При увеличении степени этерификации ПВ снижается величина комплексообразования. Количество свободных карбоксильных групп выше 5,0 % значительно увеличивает комплексообразующую способность ПВ получаемых из исследуемых плодов алычи.

Для формализации зависимости комплексообразования от исследуемых показателей рассмотрено несколько вариантов их сочетания. Из всех рассмотренных вариантов была выбрана адекватная модель зависимости комплексообразования (y) от исследуемых показателей (X_i) с коэффициентом множественной детерминации R²=(0,88).

Множественное регрессивное уравнение имеет вид:

где х₁ - общее количество карбоксильных групп

х₂ - количество свободных карбоксильных групп

х₃ - количество метоксильных групп

х₄ - количество этерифицированных карбоксильных групп

х₅ - количество ацетильных групп

В модели комплексообразующего фактора отмечено наибольшее влияние на него количества общих карбоксильных групп (они оказывают косвенное влияние на что указывает знак минус), и количество свободных карбоксильных групп. Влияние количества ацетильных групп и метоксильных групп невелико, они не дают возможность условно характеризовать величину комплексообразования.

Таким образом, результаты исследований показывают, что сортовые особенности плодов алычи оказывают влияние не только на аналитические характеристики ПВ, но и на их комплексообразующие свойства. Однако эти колебания не превышают определенных пределов, поэтому, на наш взгляд, возможно использование в переработке сортосмеси алычи. Протопектин в процессе проведения автогидролиза легко переходит в растворимый пектин, тем самым повышая функциональность получаемых продуктов.

Разработка технологий и рецептур продуктов функционального назначения, в том числе низкокалорийных из плодов косточковых культур. На основе абрикосов и слив разработаны напитки функционального назначения и фруктовые десертные соусы на основе алычи садовой, представляющие низкокалорийные продукты этого направления.

Основным критерием разрабатываемых напитков являлось содержание в них ПВ не менее 20 % от суточной дозы (согласно требованиям, предъявляемым к функциональным продуктам) и снижение калорийности, за счет введения сахарозаменителей. С учетом этого, по каждому продукту проводили расчет рецептур (таблица 6).

Таблица 6 - Рецептура функциональных напитков из плодов сливы и абрикоса

В состав рецептур входило пюре из плодов косточковых культур, сахарный сироп, и при недостатке ПВ пектиновый экстракт из косточковых плодов. Для получения напитков из исследованных сортов абрикоса и сливы было получено пюре по традиционной технологии с дополнительным проведением гидролиза-экстрагирования в течение 2 часов и использованием в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты с целью повышения содержания ПВ в готовом продукте. Были определены его показатели качества.

На основе полученного пюре были приготовлены напитки функционального назначения. В напитках определяли показатели качества.

Напитки имели гармоничный вкус, ярко выраженный аромат используемых плодов однородную, нерасслаивающуюся консистенцию, характерную для соков с мякотью. Напитки предназначены для широкого круга населения. Снижение калорийности составляет 18 ккал на 100 г напитка.

Для получения десертных низкокалорийных пектиносодержащих соусов функционального назначения предназначенных для людей больных сахарным диабетом использовали алычовое и яблочное пюре.

В рецептуру входили: алычовое и яблочное пюре, заменители сахара и ароматизаторы, таблица 7. При выработке пюре из алычи садовой критериями оценки служили выход, органолептическая оценка, повышенное содержание ПВ в продукте, которое увеличивали, применяя автогидролиз (2 часа, t 90 °С) и снижение калорийности.

Таблица 7 - Рецептуры десертных низкокалорийных пектиносодержащих фруктовых соусов

Особенностью полученных соусов является повышенная комплексообразующая способность. Количество алычи, вводимой в разработанные соусы в виде алычового пюре, колебалось от 20 до 25 %. Десертные соусы предназначенны для больных сахарным диабетом и людям, заботящимся о своем здоровье. Снижение калорийности по сравнению с применение сахара составляет от 30 до 50 ккал.

На основании выполненных исследований была разработана рецептура приправы «Алычовая острая», которая включает: пюре алычовое, сухой красный горький перец, соль, сахар, чеснок, кориандр и лесные орехи. На данную приправу получен патент РФ на изобретение № 2342855.

Рецептура приправы представлена в таблице 8.

Таблица 8 - Рецептура приправы «Алычовая острая» (на 1000 кг)

Приправа «Алычовая острая» при дегустационной оценке получила высокую оценку. Она имеет приятный кисло-сладкий острый вкус алычи, с легким ароматом кориандра и рекомендуется для широких слоев населения. На приправу разработана техническая документация и выработана промышленная партия.

Сравнительная оценка различных средств упаковки для разработанных функциональных продуктов. Для определения срока хранения полученную приправу заложили на хранение в различной таре: стеклотара, пластиковая свежевыдутая тара, пластиковая тара, хранившаяся на складе и предварительно обработанная умягченной водой и перекисью водорода (6 %). Хранили в течении года на складе, при темппературе +10 °С - +20 °С., через каждые 3 месяца определяли показатели качества: органолептическую оценку, массовую долю растворимых сухих веществ, титруемых кислот, углеводов, пектиновых веществ, аскорбиновой кислоты, комплексообразующую способность. На хранение закладывались образцы, выработанные на предприятии ЧП «Беречетов»

Качество всех образцов приправы «Алычовая острая», упакованных в разную тару практически не изменилось, как по органолептическим, так и по физико-химическим показателям. После года хранения сохраняемость показателей колебалась от 93 до 98 %. Следовательно, для расфасовки приправы «Алычовая острая» возможно применение любой из видов исследуемой тары.

Разработка технической документации на производство новых видов пищевых продуктов функционального назначения. Проведенные исследования показали возможность использования плодов косточковых культур при разработке новых продуктов функционального назначения и при производстве в промышленных масштабах. На новые продукты функционального назначения из плодов косточковых культур (напитки, соусы, приправа) разработаны комплекты технической документации. Рассчитана конкурентоспособность разработанных функциональных продуктов питания, которая доказала целесообразность их производстваи ожидаемый экономический эффект.