Використання центриуг при виробництві соків та напоїв

Промислові випробування режимів обробки слив і чорної смородини проведені в апараті ВА-100 (рис.3). Живлення апарата здійснювалося від трифазної мережі змінного струму частотою 50 Гц, напругою 380/220 В, через регулятори напруги РНО-250-10 і вимірювальний комплекс КИ-51.

При розробці технології отримання соків без м'якоті з використанням ферментів солоду зразки соків готували таким чином: в мезгу вводили 10-60 % підготовленого ячмінного або

Рис. 3. Апарат ВА-100

вівсяного солоду, суміш термостатували при 40 єС протягом 30-120 хв, постійно перемішуючи. Потім відділяли сік центрифугуванням суміші (n=4000 об/хв, тривалість 20 хвилин). Соки із слив або чорної смородини фасували при температурі 90⁰ С в склотару 0,5 дм³, 3 дм³.

Одержували солод з пивоварного заводу м. Полтави або готували по наступній схемі: промивання зерна в проточній воді, замочування у воді при температурі 16-17 ⁰С протягом 24 годин, пророщування при температурі 20-25⁰ С. На 4-5-у добу пророщування готовий солод використовували для отримання соків. Підготовка пророщеного зерна включала наступні операції: промивання в проточній воді, подрібнення на частинки розміром 4-6 мм, змішування з водою в співвідношенні 1:0,4. Потім солод витримували 30 хв при температурі 40⁰ С, постійно перемішуючи.

Сік, отриманий за технологією, поширеною в промисловості, служив контрольним зразком [126]. Фізико-хімічні дослідження проводили на всіх стадіях процесу отримання соків і при зберіганні (через 1 місяць, 3, 6 і 12 місяців).

Дослідженням піддавалися зразки соків, які отримані за розробленою технологічною схемою виготовлення соків без м'якоті. Визначення хімічних, фізико-хімічних, біохімічних і органолептичних показників якості свіжоприготовлених і консервованих соків, желе, морсів здійснювали експериментальним шляхом, використовуючи стандартні або модифіковані методи.

Усі експериментальні дані, отримані при проведенні аналізів, оброблялися методами математичної статистики [145] з використанням IBM PC/AT-Pentium за програмами Microsoft Excel, Microsoft Word. Повторність дослідів була трьох,-чотирьохкратною. У ході оцінки точності визначень розраховували показники: середнього арифметичного, дисперсії розсіяння, стандартного відхилення, точності визначення, довірчого інтервалу, відносної помилки. Допустимою величиною відносної помилки вважали її значення, що не перевищує 5 %. Для досягнення даної точності в ряді випадків розраховували необхідний об'єм вибіркової сукупності.

2. ВПЛИВ СПОСОБІВ ПОПЕРЕДНЬОЇ ОБРОБКИ СИРОВИНИ НА СОКОВІДДАЧУ

Велике значення для отримання максимального виходу соку із сировини має попередня обробка. Сік в плодах знаходиться в клітинних вакуолях, протоплазмі і частково в міжклітинних просторах і міцно утримується живою тканиною [98]. Основний чинник, гальмуючий соковіддачу, - протоплазма рослинних клітин. Від її здатності протистояти зовнішнім діям і від ступеня проникності залежить соковіддача. Згідно біофізичної теорії соковіддачі Флауменбаума [75] з втратою напівпроникних властивостей протоплазми втрачається здатність сировини утримувати сік. Тому всякі зовнішні дії, направлені на пошкодження протоплазми і збільшення її проникності, повинні приводити і до підвищення соковіддачі. Важливим чинником, що впливає на повноту і швидкість вилучення соку, є кількість і форма присутніх в плодах пектинових речовин. Їх розщеплювання сприяє розпушуванню тканин, зменшенню в'язкості соку, що виділився, і полегшенню його відділення.

При виробництві соків без м'якоті з важкопресованої сировини існують певні труднощі, які роблять їх виробництво економічно невигідним. Застосування методів біотехнології дозволяє збільшити рентабельність їх виробництва. Одним з таких методів є застосування ферментативної обробки сировини з метою збільшення соковіддачи і максимального збереження біологічно активних речовин в готовому продукті.

Розробка методів передбачає використання центрифугування або пресування для вилучення соків. Сік, отриманий на центрифузі, відрізняється від соку, віджатого на пресах, більш високим вмістом біологічно активних речовин [140].

Сепаратори і декантери відіграють важливу роль у виробництві соків. Декантери - горизонтально розташовані шнекові центрифуги з конусним барабаном [140] використовуються для вилучення соку з фруктової мезги як заміна традиційної техніки пресування, сепаратори беруть на себе задачу тонкого освітлення, наприклад, після пресу або декантера. Виробництво соків на декантерах має, в порівнянні з традиційним процесом пресування, значні якісні і економічні переваги: більш повний перехід барвних речовин в сік, кращу сенсорну якість, економію допоміжних засобів.

2.1 Вплив режимів центрифугування і ступеня подрібнення сировини на вихід соку

До параметрів, що впливають на соковіддачу сировини, відносять режими, при яких відбувається відділення соку, наприклад, при пресуванні це тиск на мезгу, тривалість пресування і товщина шару мезги. При вилученні соку центрифугуванням такими параметрами є частота обертання барабана, ступінь подрібнення сировини і тривалість перебування продукту в центрифузі.

Робота центрифуг заснована на використанні відцентрової сили, яка створюється при обертанні барабана центрифуги. Процес вилучення соку після руйнування клітин технологічно є розділенням твердої речовини і рідкої фази. Ефект розділення соку і твердої фази тим вище, чим більше частинки і більша різниця густини соку і частинок і чим вище частота обертання барабана. Для успішного центрифугування частота обертання барабана повинна бути достатньо великою. В сучасних центрифугах барабан обертається з частотою 3000-7000 об/хв 77,127. Число обертів регулюється автоматично.

Потрібна різниця в частоті обертання барабана і шнека в декантері встановлюється дослідним шляхом залежно від виду сировини, способу попередньої обробки і може змінюватися в залежності від часу, необхідного для перебування продукту в ньому.

На практиці зручно розглядати не частоту обертання барабана (n), а фактор поділу (Fr), який служить критерієм оцінки роботи центрифуг: Fr=4²n²R/g. Значення R залежить від конструктивних особливостей центрифуги. Для проведення досліджень нами були вибрані оптимальні значення фактору поділу 1508, 2683, 4184 з відповідною частотою обертання барабана (об/хв.) 3000, 4000, 5000.

Одна із складових теоретичної продуктивності центрифуги - ступінь подрібнення продукту 141. У виробництві фруктово-ягідних соків подрібнення -- обов'язкова операція. Існують верхня і нижня межі подрібнення, при яких спостерігається якнайкраще відділення соку [77]. Межа подрібнення сировини (менше 1 мм) обмежена самою природою плодово-ягідної сировини. При підготовці фруктів до ферментації їх подрібнюють до розмірів частинок від 2 мм до 8 мм, залежно від виду сировини.

Для встановлення оптимального ступеня подрібнення слив, чорної смородини при вилученні соку на центрифузі їх подрібнювали за допомогою протиральної машини з відповідними діаметрами отворів до наступних розмірів частинок: 1,25 мм, 2,00 мм, 3,50 мм, 5,00 мм, 7,00 мм Після чого мезгу центрифугували протягом 20 хвилин і визначали вихід соку. Якнайкраще відділення соку відповідало подрібненню плодів слив на частинки розміром 5 мм і ягід смородини на частинки 3,5 мм. Вихід соку із слив і чорної смородини склав при факторі поділу 1508 - 29 % і 25 %, відповідно; при факторі поділу 2683 - 48 % і 31 %; при факторі поділу 4184 - 51% і 35%. Більш дрібне або крупне подрібнення незначно вплинуло на збільшення соковіддачі або, навпаки, привело до її зниження.

Подрібнення слив і чорної смородини до розмірів частинок 1,25-2,50 мм послужило додатковою перешкодою для витікання соку, у зв'язку із збільшенням його в'язкості. Подрібнення до розмірів частинок 7 мм недостатньо пошкоджують клітини сировини, у зв'язку з чим вихід соку також знижується.

Тривалість осадження твердої фази може бути знайдена теоретично (за формулою) або експериментально [142]. Для встановлення оптимальної тривалості перебування в центрифузі мезги слив, яка подрібнена до розмірів частинок 5 мм і чорної смородини, подрібненої до 3,5 мм, відділення соку проводили протягом 5-30 хвилин (з інтервалом 5 хвилин).

У разі, коли частинки сировини знаходилися короткий час в декантері (5-10 хвилин), вихід соку залишався незначним. Максимальне збільшення виходу соку із слив і чорної смородини спостерігалося при тривалості центрифугування 20 хвилин. Більш довгий час перебування продукту в центрифузі був недоцільним, оскільки вихід соку при цьому не збільшувався.

Встановлено, що зміна частоти обертання барабана не впливає на отримані оптимальні параметри ступеня подрібнення і тривалості перебування продукту в центрифузі.

Вилучення соку центрифугуванням забезпечує безперервний процес відділення соку з плодово-ягідної мезги. Тому, для контролю виходу соку використовували метод Біннінга-Поссмана, заснований на визначенні сухих речовин відцентрифугованих вичавок і первинної мезги. Ці показники можна отримати за допомогою інфрачервоної сушильної лампи протягом 20 хвилин.

Наприклад, визначення виходу сливового соку з безперервнодіючої центрифуги за вмістом сухих речовин (табл.1) по формулі Біннінга-Поссмана:

вихід продукту (у вагових %%)=

де РСР_в,РСР_м-розчинні сухі речовини вичавок і мезги, відповідно %;

НСР_в, НСР_м - нерозчинні сухі речовини вичавок і мезги, %. визначався як різниця між вмістом загальних і розчинних сухих речовин.

Отримані рівняння регресії, які дозволяють визначити вихід соку із слив і чорної смородини (у, %) залежно від фактора поділу(x₁), тривалості центрифугування (x₂) і ступеня подрібнення (x₃):

y_слив= (6,976*10^-5x₁ + 0,016x₂ - 0,073х₃ - 0,087)·100 (2.1)

y_{смородини}= (3,77*10^-5x₁ + 0,016x₂ - 0,088х₃ + 0,056)·100 (2.2)

Таким чином, встановлена оптимальна ступінь подрібнення при вилученні соку центрифугуванням для слив - 5 мм, для чорної смородини - 3,5 мм Визначений час перебування продукту в центрифузі необхідний для максимального вилучення соку - 20 хвилин. У промислових умовах тривалість перебування продукту в центрифузі може бути менша встановленого часу, у такому випадку при використанні рівняння регресії тривалість центрифугування (х₂) може бути виражена за долю хвилини. Підтверджена доцільність використання методу Біннінга-Поссмана для встановлення виходу соку на безперервнодіючих центрифугах.

Для максимального вилучення соків із фруктів і овочів стінки клітини повинні бути зруйновані хоча б в одному місці. На практиці це досягається шляхом комбінованого застосування механічної і ферментативної обробки, іноді ще і за допомогою високої температури.

2.2 Методи попередньої обробки слив і чорної смородини при отриманні соку на центрифузі

Промислове виробництво натурального сливового і чорносмородинного соку без м'якоті - незначне у зв'язку з низьким його виходом. Відомо [98], що плоди слив і ягоди чорної смородини відносяться до групи сировини, яка погано віддаєї сік. Залежно від сорту, соковитість чорної смородини, узятої для досліджень, складала 91-94 %, а слив - 87-90 %. Після механічного подрібнення вдавалося вилучити з чорної смородини всього лише 24 % соку, із слив - 30 %. Для підвищення соковіддачі таку сировину необхідно, крім механічного подрібнення, піддавати ще додатковій попередній обробці. Традиційні способи (бланшування, заморожування, дія ферментних препаратів), вплив яких на збільшення соковіддачі при подальшому пресуванні відомий, вивчалися стосовно центрифугування як до більш ефективного методу відділенню соку з кісточкових і ягід.

Після попередньої обробки мезги одним із способів (бланшування парою або водою, заморожування, НВЧ-обробка, ферментація пектофоетидином), відділяли сік центрифугуванням протягом 20 хвилин. Узяті для досліджень місцеві сорти сировини були багаті пектином (чорна смородина - 1,4 %, слива - 1,2 %), вітаміном С (131 мг/100г в чорній смородині). Тому при оцінці впливу попередньої обробки на соковіддачу, враховувався ступінь пошкодження пектинових речовин (сливовий і чорносмородинний сік) і вітаміну С (чорносмородинний сік). В отриманих зразках досліджували фізико-хімічні показники (табл.1,2).

Таблиця 1

Вплив попередньої обробки на вихід і якість соку з чорної смородини при відділенні його на центрифузі

З табл.1. видно, що вихід чорносмородинного соку при бланшу-ванні водою збільшився на 22 % по відношенню до контролю, при бланшуванні парою - на 25 %, при заморожуванні - на 23 %, при обробці струмами НВЧ - на 24 %, при ферментації на - 40 %.

Максимальні втрати вітаміну С (до 80 %) спостерігалися у випадку попередньої теплової обробки ягід чорної смородини (бланшування, НВЧ-обробка). Досліджувані зразки соку містили вітаміну С в середньому до 26,2 мг/100г. При ферментації пектофоетидином вміст вітаміну С в соку знизився на 48 % і склав 63 мг/100г, а при механічному подрібненні і заморожуванні знизився відповідно на 20 % (105 мг/100г) і 28 % (94 мг/100г).

Найбільший вміст сухих речовин і титрованих кислот в соку дає обробка мезги пектофоетидином, а якнайменше - бланшування водою. Вміст пектинових речовин збільшився в 1,4 рази при бланшуванні чорної смородини парою, в 1,17 рази при бланшуванні водою і в 1,2 рази при дії струмів НВЧ. При заморожуванні мезги вміст пектинових речовин зменшився в 1,7 рази, а при ферментації - в 6,75 разів. В'язкість соків знизилася найбільшим чином - в 8,3 рази при обробці мезги пектофоетидином. У всій решті випадків попередньої обробки в'язкість соків знизилася в 1,38-1,72 рази.

Таблиця 2

З пектолітичних ферментів консервна промисловість України використовує пектолітичний препарат пектофоетидин Г20х, який володіє разом з полігалактуроназною і пектинестеразною, слабкою в-амілазною, геміцелюлазною, ендо- і екзоцелюлазною, в-глюкозі-дазною, пептидазною активністю. Тому він використовувався для вивчення впливу глибини розпаду пектинових речовин на вихід соку при вилученні його на центрифузі.

2.2.1 Вплив глибини розпаду пектинових речовин на вихід соку при вилученні його на центрифузі

Пектинові речовини, що входять до складу соку, клітинних стінок, міжклітинної речовини, впливають на здатність рослинних тканин віддавати сік. У процесі переробки фруктів і ягід підвищується в'язкість соку, що ускладнює його вилучення. В'язкість соку, пов'язана з присутністю пектинових речовин, знижується за допомогою пектолітичних ферментів, завдяки чому прискорюється процес відділення соку, підвищується вихід і вміст у ньому розчинних речовин, полегшується освітлення.

Вміст пектинових речовин складає (% на суху масу): в сливі 3,6-5,3 % і чорній смородині 5,9-10,6 % [129]. Для вивчення впливу глибини розпаду пектинових речовин на вихід соку при вилученні його на центрифузі сливи і чорну смородину подрібнювали до розмірів частинок 5 і 3,5 мм відповідно, підігрівали до температури (40±2)^о С. У мезгу вносили пектофоетидин Г20х (Е=1500 од/г) в кількості 003 % згідно з діючими технологічними інструкціями [126] і витримували 30 - 120 хвилин при температурі (40±2)^о С. Залежно від тривалості обробки в мезгі визначали вміст пектинових речовин, після чого відділяли рідку фазу центрифугуванням і встановлювали вихід соку. В отриманих зразках соку досліджували зміну масової частки сухих речовин, в'язкості, пектинових речовин залежно від тривалості обробки пектолітичними ферментами.

Протягом 120 хвилин ферментації руйнується 83,3 % пектинових речовин чорної смородини, ступінь руйнування пектинових речовин слив склала 63,3 %. Після 120 хвилинної обробки вміст пектинових речовин змінювався мало, що пов'язано з особливостями будови деградованих пектинових речовин.

Вихід соку залежить від ступеня пошкодження цитоплазматичних мембран і в'язкості соку, а зміна в'язкості пов'язана з кількістю і структурою пектинових речовин. Дослідження показали, що вихід соку при обробці чорної смородини пектофоетидином Г20х (концентрація - 0,03 %, температура - (40±2)^о С) підвищився з 24 % до 64 % а із слив з 33 % до 76 %.

Пектинові речовини ягід чорної смородини при ферментативній обробці пектофоетидином Г20х руйнуються на 83,3 %, тоді як вихід соку зростає на 40 %. Вихід соку із слив під час витримки мезги з пектофоетидином в тих же умовах зростає на 43 %, тоді як вміст пектинових речовин зменшується на 63,3 %. Це пов'язано з особливостями ферментативного гідролізу пектинових речовин чорної смородини і слив. Отже, розщеплювання пектину не є єдиним і основним фактором при руйнуванні структурних речовин клітин, які обумовлюють соковіддачу.

Вміст пектинових речовин в чорносмородинному соку після ферментації зменшився в порівнянні з неферментованим соком в 3,8 рази, сливовому - в 1,63 рази. В'язкість соків знизилася в 8,3 рази і в 4,8 рази, відповідно. Масова частка сухих речовин збільшилася на 5,3 % в соку із слив і на 8 % в соку із смородини.

Таким чином, застосування пектолітичних ферментів є ефективним технологічним прийомом, який приводить до збільшення виходу соку, полегшує його подальше відділення, збільшує швидкість вилучення соку, але і разом з тим знижує біологічну і технологічну цінність одержаних продуктів за рахунок руйнування пектинових речовин.

Для отримання соків із заданими технологічними властивостями, в яких пектин зберігався б більш повно, потрібен пошук інших методів попередньої обробки або ферментів. Такими можуть бути ферменти, що руйнують інші структурні елементи клітини (геміцелюлози, целюлозу), відомі як цитолітичні.

2.3 Вплив попередньої обробки мезги ферментами солоду на вихід соку

Велику масу клітинної стінки, що закінчила своє формування, складає повторна оболонка, яка складається, в основному, з целюлози і геміцелюлоз. Вони складають матрикс клітинної стінки, яка перешкоджає руйнуванню цитоплазматичної мембрани. Клітини міцно сполучені між собою серединними пластинками, що складаються з кальцієво-магнієвих солей пектинових кислот. Руйнування структурних полімерів, що входять до складу серединних пластинок рослинних клітин, призводить до розриву зв'язків між клітинами і викликає розпад тканини на окремі клітини - мацерацію.

Джерелом мацеруючих ферментів може служити солод вівса або ячменю. Отримання солоду засновано на пророщуванні зерна, активації ферментів, під впливом яких в процесі затирання досягається розчинення його резервних речовин. Головним завданням солодоутворення є отримання багатого ферментами солоду, при мінімальних втратах сухих речовин і хорошому розчиненні вмісту зерна. Ферменти зерна знаходяться у зародку, в області ендосперми, прилеглій до щитка і в алейроновому шарі оболонки. Активація ферментів в зерні нерозривно пов'язана з життєдіяльністю зародкового корінця [123].

Зерна пророщеного вівса, ячменю містять комплекс цитолітичних ферментів, включаючи геміцелюлази, целюлази, глюканази і т.д. Крім цитолітичної активності, ферменти солоду проявляють ще амілазну і протолітичну (табл.3).

Таблиця 3

Характеристика ферментів свежопророслого солоду

* - данні Бєлоконь Т.І. [125].

Було встановлено, що геміцелюлазна активність ферментів солоду ячменю вища в порівнянні з вівсяним на 25 %, амілолітична - на 26 %. В ячмінному солоді целюлазна активність нижча на 10 % в порівнянні з вівсяним.

Вся ця складна система ферментів може діяти тільки в комплексі загальних ферментативних реакцій і жоден з них окремо, яким би ефективним не була його дія, не може здійснити перетворення некрохмальних полісахаридів.

Солод, пророслий за оптимальних умов, має свіжий запах огірка, а при анаеробному диханні набуває ефірний або яблучний [123]. Вологість свіжопророслого зерна складає 43-45 %. Оптимальні умови дії ферментів лежать в межах значень рН 3,2-4,8, температура - 40 єС [125]. При підвищенні температури понад 70 єС ферментативні процеси повністю припиняються [146].

Свіжопророслий солод через значну вологість (43-45 % води) не придатний для тривалого зберігання. Для зневоднення свіжопророслого солоду його піддають дії високих температур, зберігаючи активні ферментні системи, які необхідні при подальшому використанні солоду. У зв'язку з тим, що ферменти термолабільні, особливо у присутності значної вологості, температуру сушки не піднімають вище 50 ⁰С, поки вологовміст в солоді не знизиться до 10 %.

На пивоварних заводах зневоднення солоду здійснюється в дві стадії: а) підсушування - видалення води при низьких температурах до вологості приблизно 10 %; Перша стадія зневоднення - підсушування відбувається при порівняно низьких температурах (не вище 50⁰ С), при цьому в солоді продовжуються життєдіяльні процеси; б) власне висушування солоду до необхідної вологості (3-4 %). Підсушений солод не має сирого запаху бобів, і паростки легко відділяються від солоду [146].

2.3.1 Вплив вологості солоду на збільшення соковіддачі мезги

Використанню ферментів рослинного походження в харчовій промисловості останнім часом надається багато уваги [107,125,147]. Для збільшення соковіддачі слив і чорної смородини за допомогою солодових ферментів використовували солод ячменю і вівса, отриманий при таких умовах: зерно промивали в проточній воді, замочували при температурі 16-17 єС протягом 24 годин і витримували при температурі 20-25 єС. На 4-5-у добу пророщене зерно - солод використовували для отримання соків. Його досліджували за хімічними показниками (табл.4).

Вплив ферментного комплексу пророщеного зерна на соковіддачу встановлювали шляхом ферментативного гідролізу з мезгою слив і чорної смородини.

Таблиця 4

Хімічний склад пророслого зерна ячменю, вівса

Плоди слив і чорної смородини подрібнювали до розмірів частинок 5 мм і 3,5 мм, відповідно змішували з солодом (розмір частинок 4-6 мм) в співвідношенні мезга:солод 1:0,1. Суміш вит-римували при температурі (40±2)°С, ретельно перемішуючи, протя-гом 120 хвилин, потім мезгу центрифугували при n=4000 об/хв, протягом 20 хвилин. Для отримання контрольного зразка соку в мезгу не вносили солод.

Солод використовували вологістю 45 % (свіжопророслий), 13 % (підсушений) і 3 % (висушений). Висушування до 3 % вологості проводилося при температурі 100є С, при цьому інактивувалися цитолітичні ферменти солоду. Використання такого солоду проводилося з метою підтвердження впливу комплексу ферментів солоду на вихід соку із слив і чорної смородини

Вихід соку з чорної смородини і слив у присутності комплексу ферментів солоду ячменю вологістю 45 % збільшується по відношенню до контролю для слив на 12 %, чорної смородини - на 16 %. У випадку використання підсушеного солоду (вологістю 13%) збільшується вихід сливового соку на 6 %, чорносмородинного - на 8 %. Інактивований солод дає збільшення соковіддачі на 2-3 %. Найбільший вміст сухих речовин у соках і зниження в'язкості (в 1,8 разів) по відношенню до контролю спостерігається при використанні свіжопророслого солоду.

Використання свіжопророслого вівсяного солоду дозволило підвищити по відношенню до контрольного зразка вихід соку із слив на 16 %, а чорносмородинного соку - на 12 %. Вихід соку із слив при використанні підсушеного солоду (вологістю 13 %) збільшується по відношенню до контролю на 8 %, з чорної сморо-дини - на 6 %. При використанні вівсяного солоду вологістю 3 % вихід соків збільшується на 2-3 %. Також, як і в разі використання комплексу ферментів ячменю, найбільший вміст сухих речовин у соках і зниження в'язкості в 1,4 разів (сік чорносмородинний) і в 1,8 разів (сік сливовий) спостерігалося при використанні свіжопророслого солоду.

Активність цитолітичних ферментів солоду змінюється залежно від умов його отримання. Сушіння пророщеного зерна веде до зменшення активності. Встановлено, що для використання такого солоду при виробництві соку необхідно проводити активацію шляхом додавання 20 % води до маси висушеного і подрібненого (до розмірів частинок 4-6 мм) солоду і подальшого прогрівання отриманої суспензії протягом 30 хвилин при температурі 40 єС.

Припинення діяльності цитолітичних ферментів призвело до зниження виходу соку в порівнянні з свіжопророщеним солодом, а збільшення виходу соку на 2-3 % по відношенню до контролю може бути пов'язано з діяльністю амілолітичних і протолітичних ферментів, активність яких в сухому солоді збільшується в порівнянні з свіжопророслим [146].

Таким чином, використання свіжопророслого солоду веде до збільшення виходу соку слив і чорної смородини. Застосування сухого солоду для збільшення соковіддачі - недоцільно. В цілях забезпечення безперебійної роботи консервного підприємства може використовуватися при виробництві соків солод вологістю 13 %, що пройшов першу стадію зневоднення на пивоварному заводі. Такий солод може зберігатися до 1 місяця (при температурі +5-7 єС) без зміни своїх властивостей. Перед застосуванням ферментний комплекс такого солоду необхідно активізувати.

2.3.2 Вплив співвідношення мезга:солод і гідромодулю на збільшення соковіддачі

При розробці технології отримання соків з використанням ферментів солоду необхідно встановити оптимальну кількість солоду, що вноситься в мезгу при якому вихід соку ставав би максимальним. Для цього мезгу і солод змішували в співвідношенні 1:0,1 1:0,2, 1:03, 1:0,4, 1:0,5, 1:0,6, 1:0,7. Суміш витримували при температурі (40±2)°С, ретельно перемішуючи, протягом 180 хвилин. Потім мезгу центрифугували при n=4000 об/хв, протягом 20 хвилин. В отриманих зразках визначали вихід соку, масову частку сухих речовин, пектинових речовин, в'язкість.

При отриманні соку із слив з використанням ферментів пророщеного зерна вихід соку збільшується по відношенню до контролю на 18 % (ячмінний солод) і 21 % (вівсяний солод). Максимальний вихід сливового соку спостерігається при співвідношенні мезга:ячмінний солод 1:0,3 - 54 % і при співвідношенні мезга: вівсяний солод 1:0,2 - 57 %. Використання ячмінного солоду дає вихід соку на 3 % менше в порівнянні з солодом вівса.

Вміст сухих речовин в сливовому соку збільшується на 5,3 % по відношенню до контрольного зразка. Підвищується значення рН соку на 10,5 %. Застосування комплексу ферментів пророщеного вівса підвищує вміст пектинових речовин в 1,64 рази, а пророщеного ячменю - в 1,56 разів. При цьому в'язкість сливового соку знижується, відповідно, в 2,3 раза і в 2,7 раза в порівнянні з контролем.

Обробка мезги чорної смородини комплексом ферментів про-рощеного зерна збільшує вихід соку на 21 % (солод вівса) і на 25 % (солод ячменю) по відношенню до контролю. Оптимальне співвідношення мезги і ячмінного солоду - 1:0,4, а мезги і вівсяного солоду - 1:0,3. При цьому вихід соку складав 49 % і 45 %, відповідно.

Вміст сухих речовин в чорносмородиновому соку збільшується при використанні пророщеного зерна вівса на 6 %, пророщеного зерна ячменю - на 7,7 %. Відповідно, рН підвищилося в 1,24 і 1,3 рази. Вміст пектинових речовин збільшився в 1,4 раза. В'язкість соку знизилася при використанні ячмінного солоду в 3 раз, а при використанні вівсяного солоду в 2,4 раза.

Соки із слив і чорної смородини, отримані з використанням пророщеного зерна вівса, мали більший вміст пектинових речовин і підвищену в'язкість в порівнянні з соками, отриманими з використанням солоду ячменю. Це пояснюється тим, що у вівсяному солоді пектолітичні ферменти не активні.

Отримані сливовий і чорносмородинний соки були представлені для проведення органолептичної оцінки на консервному заводі радгоспу Кошманівка і в Полтавському університеті споживчої кооперації. Соки, отримані з використанням ячмінного солоду, мали кращі смакові якості в порівнянні з контрольними зразками. Проте встановлене оптимальне співвідношення 1:0,3 (сливова мезга:солод) негативно відобразилося на зовнішньому вигляді і ароматі отриманого соку. Кращим був визнаний сливовий сік, в якому використовувалося співвідношення мезга:солод 1:0,1. Органолеп-тична оцінка чорносмородинового соку, отриманого за допомогою солоду ячменю, підтвердила, що співвідношення мезга:солод 1:0,4 є оптимальною. Використання пророслого зерна вівса негативно відобразилося на органолептичних показниках соків.

У соках, отриманих за допомогою солоду вівса, відзначений осад світлого кольору, що утворюється в результаті екстракції крохмалю зерна при ферментації. Через низьку, в порівнянні з солодом ячменю, активність амілолітичних ферментів і підвищеного вмісту крохмалю у вівсяному солоді, якість соків була визнана незадовільною.

Таким чином, встановлені оптимальні співвідношення мезга: ячмінний солод 1:0,1 для мезги слив, 1:0,4 для мезги чорної смородини. У подальших дослідженнях пророщене зерно вівса не використовувалося.

Вузьким місцем у технології фруктово-ягідних соків є процес вилучення. Для отримання соку із сировини, яка важко віддає сік, найприйнятнішим є використання центрифуг. Вилучення на першій стадії соку-самопливу дозволяє одержати фракції соків відмінних як хімічним складом, так і технологічними властивостями.

Принципова технологічна схема отримання соку зі слив і чорної смородини з використанням комплексу ферментів солоду ячменю включає: бланшування слив у воді при температурі 75⁰ С протягом 10 хвилин, чорної смородини при температурі 75⁰ С протягом 3 хвилин, для руйнування протопектину і ослаблення міжклітинних зв'язків. Далі сливи подрібнюють на протиральній машині до розмірів частинок 5 мм і одночасно видаляючи кісточки, а чорну смородину подрібнюють до розмірів частинок 3,5 мм і відділяють сік на центрифугах (n=4000 об/хв). Вихід сливового соку склав 20%, чорносмородинового 13 %. Вологість мезги - в середньому 77 %. Після відділення соку мезга є в'язкою масою, в якій процеси ферментації сповільнені через складність рівномірного розподілу солоду. Необхідною умовою протікання реакції ферментолізу мезги є достатня вологість. Свіжопророслий солод, подрібнений до розмірів частинок 4-6мм, змішували з водою в співвідношенні зерно:вода 1:0,1, 1:0,2, 1:0,3, 1:0,4, 1:0,5, 1:0,6, для отримання солодової суспензії. З метою активації ферментного комплексу суміш витримували при температурі (40±2)^о С, протягом 30 хвилин при постійному перемішуванні. До підсушеного і подрібненого солоду, вологістю 13 %, заздалегідь додавали 20 % води до маси зерна. Після того, як вологість солоду склала 37 %, його готували також як і свіжопророслий.

Перш ніж внести підготовлений солод в мезгу, зразки з різним ступенем розбавлення центрифугували (n=5000 об/хв, протягом 30 хвилин) для виключення розбавлення соків водою. Білки пророщеного зерна зв'язували воду, при цьому зразки набухали, дещо збільшувалися в об'ємі. Унаслідок гідрофільних властивостей білків зерна [123,145], суспензії з різним гідромодулем стабілізувалися, і після центрифугування не відбувалося виділення внесеної води.

Солодову суспензію вносили в мезгу у встановленому співвідношенні (слива 1:0,1 і смородина 1:0,4). В контрольний зразок вносили солод неактивований. Суміш витримували при температурі (40±2) єС, протягом 180 хвилин і центрифугували (n=4000 об/хв, 20 хвилин). В зразках визначали вихід соку залежно від ступеня розбавлення солоду, масову частку сухих речовин, пектинових речовин, в'язкість.

Встановлено, що співвідношення солод:вода 1:0,4 є самим оптимальним і дозволяє додатково вилучити 18 % соку сливового і 15 % чорносмородинного, в порівнянні із зразками, в яких солод не змішувався з водою. Вихід соку по відношенню до контролю (сік, отриманий без ферментації солодом) збільшився для слив на 30 %, для смородини - на 40 %. Сухі речовини в сливовому соку збільшилися на 4 %, пектинові речовини - на 20 %, в'язкість соку зменшилася в 2,2 раз. Сухі речовини в чорносмородиновому соку збільшилися на 4,3 %, пектинові речовини - на 21 %, в'язкість соку зменшилася в 1,8 раза.

Використання води при підготовці солодової суспензії не знизило вміст сухих речовин у соках. Відомо [125], що руйнування геміцелюлоз (арабана, ксілана, галактана), зв'язаних з пектиновими речовинами рослинної тканини приводить до звільнення їх і переходу в розчинний стан. Зниження в'язкості сливового і чорносмородинного соків разом із збільшенням вмісту пектинових речовин указує на руйнуючу дію цитолітичних ферментів пектин-геміцелюлазного комплексу.

Таким чином, встановлено, що активований комплекс цитолітичних ферментів солоду дозволяє збільшити соковіддачу слив і чорної смородини. Ячмінний солод (свіжопророслий і підсушений) можна використовувати для обробки мезги, а для промислового використання підсушений солод необхідно заздалегідь зволожити. Суспензія солоду активується шляхом змішування зерна з водою в співвідношенні 1:0,4, витримкою при 40⁰ С протягом 30 хвилин при перемішуванні і вноситься в мезгу, після відділення соку-самопливу. Отримані зразки соків відрізняються підвищеним вмістом пектину.

2.3.3 Вплив тривалості обробки мезги ферментами солоду на зміни непектинових полісахаридів і протопектину

Вихід соку залежить від ступеня руйнування комплексу полімерів, які визначають структурну міцність і водоутримуючу здатність рослинного матеріалу. Вміст полісахаридів у сливах і ягодах чорної смородини (в % на суху речовину), відповідно: гемі-целюлоз [14] - 1,3 % і 0,7 %, целюлоза - 3,3 % і 20,0 %, пектину - 5,8 % і 7,3 %, крохмалю - 0,7% і 4,0 %, Полісахариди, відповідальні за соковіддачу (геміцелюлози, целюлоза, пектинові речовини, крохмаль), можуть руйнуватися солодовими ферментами вівса і ячменю.

Встановлено [120,125,146], що в солоді є дві ферментативні системи, які гідролізують в-глюкан - цитокластична і цитолітична. Перша, розриваючи молекулу в-глюкана по серединних зв'язках, переводить його в розчинний стан. Цитокластична система володіє декстринізуючою дією, цитолітична - оцукрюючою. У ферментний комплекс солоду, який гідролізує в-глюкан, входять: ендо- в-(1,3) (1,4)-глюканаза, ендо- в-1,4-глюканаза, екзо- в-1,4-глюканаза, а також целобіаза і трансглюкозідаза. Під дією цих ферментів в-глю-кан східчасто руйнується від початкового нерозчинного у воді в-глюкан до целобіози і глюкози.

Для визначення впливу солодових ферментів на глибину розпаду непектинових полісахаридів (геміцелюлоз і целюлози) рослинної тканини мезгу змішували з пророслим зерном (солодом) у встановленому оптимальному співвідношенні: сливова мезга:солод 1:0,1, чорносмородинова мезга:солод 1:0,4, витримували при температурі (40±2) С протягом 240 хвилин. Через інтервал часу в 30 хвилин масу фільтрували, промивали дистильованою водою, висушували фільтр до постійної маси. В контрольний зразок солод не вносили. Залежно від часу обробки визначали вміст нерозчинних речовин у мезгі.

Встановлено, що максимальний розпад непектинових полісахаридів спостерігався через 180 хвилин і склав для сливової мезги 80 %, для чорносмородинової - 82 %.

Математична обробка[139] даних, дозволила виявити залежність між тривалістю обробки мезги солодом ячменю (Х, хв) активністю геміцелюлазною - 155 од/г, целюлазною - 90 од/г) і руйнуванням непектинових полісахаридів (Y,%). Отримані рівняння для сливової і чорносмородинової мезги:

(2.3)

. (2.4)

Руйнування структурних полімерів, що входять до складу серединних пластинок рослинних клітин, призводить до розриву зв'язків між клітинами і викликає розпад тканини на окремі клітини. Міжклітинними речовинами серединних пластинок є пектинові речовини, сполучені між собою за допомогою іонних і ковалентних зв'язків. Руйнування іонних зв'язків забезпечується нагріванням при рН4,5. Розрив ковалентних зв'язків здійснюється мацеруючим комплексом ферментів пророслого зерна [125]. Процес ферментативного гідролізу протопектину може протікати за рахунок руйнувань внутрішніх або зовнішніх зв'язків комплексу целюлоза - геміцелюлози - пектинові речовини. Щоб встановити руйнування яких зв'язків йде при дії мацеруючого комплексу ферментів солоду, нами проводився аналіз вуглеводного складу свіжої мезги сливи і чорної смородини і соків з них. Хроматографічний аналіз соків показав наявність у зразках, оброблених солодом арабінози, галактози, ксілози. Наявність в соках неспецифічних для слив, чорної смородини і пророслого зерна моносахаридів (арабінози, глюкози, галактози, ксілози) вказує на руйнування геміцелюлоз мацеруючим комплексом ферментів зерна. Це пояснює причини збільшення в соках розчинного пектину.

У соковому виробництві останніми роками перевага віддається застосуванню комплексних ферментних препаратів. У руйнуванні клітинних структур чорної смородини і слив беруть участь цитолітичні, пектолітичні і протеолітичні ферменти солоду. На відміну від комплексу ферментів пророслого зерна вівса, ячмінь володіє слабою полігалактуроназною активністю, що призводить до часткового руйнування протопектину мезги. Для визначення ступеня руйнування протопектину мезгу слив і чорної смородини змішували з солодом у встановленому оптимальному співвідношенні, витримували при температурі (40±2) єС протягом 120 хвилин. Через інтервал часу в 30 хвилин масу центрифугували (n=4000 об/хв, протягом 20 хвилин). У контрольні зразки солод не вносили. Залежно від часу обробки визначали вміст протопектину в мезгі дослідного і контрольного зразка.

Встановлено, що вміст протопектину в мезгі чорної смородини і слив після обробки ячмінним солодом зменшується відповідно на 20 % і 30 % за 30 хвилин, на 33 % і 42 % за 60 хвилин, на 48 % і 53 % за 90 хвилин, після чого практично не змінюється.

Для встановлення часу ферментації визначали максимальний вихід соку із слив і чорної смородини. Плодову мезгу після попередньої підготовки і відділення соку-самопливу змішували з активованим солодом. Активацію проводили витримкою суспензії солоду у воді (1:0,4) при 40⁰ С протягом 30 хвилин.

Найбільший вихід соку (66 % сливового і 64 % чорносмородинного) у присутності солодових ферментів отримано протягом 120 хвилин. Цей час є оптимальним для обробки мезги активованим солодом.

Отримані соки, після фізико-хімічних досліджень, об'єднали з соком-самопливом для проведення порівняльної характеристики соків, отриманих за різними технологіями. Контрольним зразком служив сік, отриманий за традиційною технологією [126], яка передбачає попереднє бланшування плодів. Всі зразки характеризували за рядом фізико-хімічних показників (табл.5, 6).

З табл.5 видно, що загальний вихід соку із слив, отриманого після ферментативної обробки солодом ячменю і з'єднаного з соком-самопливом, збільшується в порівнянні з контролем на 26 %.

Таблиця 5

Фізико-хімічні показники сливового соку

У дослідному зразку в порівнянні з контрольним спостерігається невелике збільшення сухих речовин (3%), титрованих кислот (7,5 %) загального вмісту цукрів (5 %), редукуючих цукрів (6,5 %). Пектинові речовини[128] збільшилися в 1,2 раза, а в порівнянні з соком, отриманим із використанням пектофоетидину - в 3 рази.

З табл.6 видно, що вихід соку з чорної смородини, отриманого після ферментативної обробки солодом ячменю і з'єднаного з соком-самоплином, збільшується в порівнянні з контролем на 31 %. У дос-лідному зразку спостерігається збільшення сухих речовин на 12 %, титрованих кислот - на 14 % загального вмісту цукрів - на 16,5 %, редукуючих цукрів - на 22%. Зменшилася в'язкість соку в 1,3 рази. Пектинові речовини збільшилися в 1,4 раза, а в порівнянні з соком, отриманим з використанням пектофоетидину, в 11 разів.

Збільшення сухих речовин в соках після ферментації солодом ячменю, є характерним показником процесу мацерації рослинної тканини. У соках під дією ферментів солоду кількість сахарози зменшується, а кількість моносахаридів різко зростає. Збільшення вмісту моносахаридів відбувається не тільки за рахунок гідролізу сахарози, але і за рахунок руйнування високомолекулярних полісахаридів. Не дивлячись на зменшення кількості цукрози, сума всіх цукрів соків, отриманих за допомогою ферментів солоду, більше суми цукрів контролю. Зменшення в'язкості ми пояснюємо руйнуванням геміцелюлоз, супутніх або пов'язаних з пектиновими речовинами сировини.

Таблиця 6

Фізико-хімічні показники чорносмородинного соку

Таким чином, оптимальна тривалість процесу ферментації - 120 хвилин. Встановлені параметри ферментативного гідролізу плодів лягли в основу виробничих випробувань. Об'єднання соків (самопливу і після ферментації мезги комплексом ферментів солоду) сприяє збільшенню виходу готового продукту. Підвищений вміст пектину в соках, отриманих з використанням солоду, може служити основою для розробки консервованих желе, джемів, а також пектинвмісних напоїв типу морси. Фізико-хімічні показники соків дозволяють зробити висновок про доцільність розробки технології соків із слив і чорної смородини, їх апаратурно-технологічної схеми.

2.4 Вивчення впливу магнітного поля на соковіддачу слив і чорної смородини

Багато органічних сполук містять функціональні групи, що володіють дипольним моментом. Кожна функціональна група або кожний фрагмент молекули, поміщений в електромагнітне поле, здійснює певні рухи щодо один одного. Зміна енергії електромагнітного поля приводить до зміни характеру обертального або коливального руху як окремих ланок, так і всієї молекули в цілому. Якщо величина дії достатньо велика то молекула або її окрема функціональна група може, подолавши потенційний бар'єр перейти в новий рівноважний стан, що забезпечує мінімум потенційної енергії в даних умовах. Такий стан може відповідати новому поворотному ізомеру або новій конформації молекули. При достатньо великій енергії коливань окремих полярних груп можливий розрив зв'язку або утворення ізомеру. Під час припинення дії електромагнітного поля повернення молекул у початковий стан не завжди можливе без підведення енергії ззовні. Тому набуті речовиною властивості можуть зберігатися тривалий час, а електромагнітна обробка мономера приводить до зміни всіх властивостей полімеру: механічних теплових магнітних електричних і інших 110. Під дією МП відбувається зміна кінетики і швидкості, що протікає в омагнічених системах гетерогенних реакцій, не дивлячись на те, що повна енергія таких систем не міняється. Ці ефекти на декілька порядків перекривають явища теплового характеру [147].

М'якоть слив складається із структурних елементів, які в електромагнітному полі міняють свій заряд, що проявляється в зміні властивостей мембран, компонентів соку і, у тому числі, пектинових речовин. Фруктові соки, у тому числі сливовий і чорносмородинний, є складною колоїдною системою, яка складається з води і розчинених в ній сухих речовин: моно-, дісахарів і полісахаридів, серед яких на частку пектинових речовин доводиться 50 % від загального вмісту полісахаридів. В'язкість є однією з найхарак-терніших особливостей пектинових розчинів, як і інших ліофільних колоїдів. Вона зростає при збільшенні концентрації пектину 129.

Спочатку досліджували зміну в'язкості модельних пектинових розчинів концентрацією 0,45 %, 0,80 %, 1,00 %, 1,25 %, 1,50 % в магнітному полі, що обертається. Вибір концентрації розчинів обумовлений вмістом пектину в клітинному соку слив і смородини, який коливається від 0,45 до 1,5%. Тривалість обробки складала від 5 с до 300 с. В'язкість модельних пектинових розчинів при обробці в тому, що обертається магнітним полем, зменшилася на 6,8-8,6 %. Зниження в'язкості спостерігалося в інтервалі 30-180 с.

Зниження в'язкості соку дозволяє полегшити його вилучення. Для вивчення впливу електромагнітної обробки сливи (після видалення кісточки) і чорну смородину поміщали в магнітне поле, що обертається від 30 до 180 с. Порівняльне вивчення мікроструктури необроблених і оброблених електромагнітним полем рослинних клітин на скануючому електронному мікроскопі ISM-35С показало що в них відсутні будь-які істотні відмінності тобто обробка полем режимів, що вивчаються, не викликає зміни клітинної структури.

Після електромагнітної обробки сливи подрібнювали до розмірів частинок 5 мм, чорну смородину до 3,5 мм і центрифугували (20 хвилин при n=4000 об/хв). Отримані соки досліджували за фізико-хімічними показниками.

Фізико-хімічні показники соків мали істотні відмінності. Обробка сировини протягом 30-60 секунд приводить до збільшення в'язкості сливового соку в середньому на 22 %, чорносмородинового - на 27 % і зниженню його виходу відповідно на 8 % і на 4 %. Проте подальша обробка магнітним полем протягом 120-180 с збільшує соковіддачу по відношенню до контролю на 5 % (сливи) і 8 % (чорна смородина). Збільшилася масова частка сухих речовин на 4,0-6,4 % і редукуючих цукрів на 10-17 %. Таким чином, обробка в магнітному полі цілих плодів дає незначне збільшення виходу соку.

В промисловості для збільшення виходу соку використовують ферменти пектолітичного комплексу. Відомо [144], що пектолітичні ферменти включені в клітинну стінку рослин. Магнітне поле може посилювати дію природних ферментів сировини або, навпаки, інактивувати їх, залежно від часу дії магнітного поля [102]. При порушенні цілісності клітини, електромагнітна обробка протягом 5-240 секунд активує природні ферменти [107]. У зв'язку з цим, магнітним полем (магнітна індукція 0,13 Т), що обертається, обробляли протягом 30-180 секунд сливи і чорну смородину, після подрібнення їх до розмірів 5 мм і 2 мм. Потім мезгу центрифугували (20 хв при n=4000 об/хв), отримані соки досліджували за рядом фізико-хімічних показників.

Вихід сливового соку по відношенню до контролю збільшився на 9 % при подрібненні слив до 5 мм і на 12% при подрібненні слив до 2 мм. Це більше ніж при обробці цілих плодів в магнітному полі, що обертається. Підвищився вміст сухих речовин в соку на 4 %, редукуючих цукрів - на 9%. В'язкість соку знизилася в 1,2 раза.

Вихід чорносмородинового соку по відношенню до контролю збільшився при подрібненні ягід до 5 мм і 2 мм відповідно на 8 % і 12 %, що на 5 % більше, ніж при обробці цілих ягід. Вміст сухих речовин в соку підвищився на 4 - 5,5 %, редукуючих цукрів на 7,5 %. В'язкість соку знизилася в 1,5 раза. Зниження в'язкості сливового і чорносмородинного соків пояснюється зміною форми (конформації) молекул пектинових речовин в магнітному полі, що обертається.