Исследование свойств съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавлением отходов пищевых производств - яблочных, виноградных и томатных выжимок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исследование свойств съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавлением отходов пищевых производств - яблочных, виноградных и томатных выжимок

Н.В. Макарова, доктор химических наук, профессор

Н.Б. Еремеева, кандидат технических наук, старший преподаватель

Е.А. Елисеева, студент

Самарский государственный технический университет

Аннотации

Ключевые слова: пищевая упаковка, съедобная упаковка, яблочное пюре, яблочные выжимки, виноградные выжимки, томатные выжимки.

Реферат. Разработана технология изготовления съедобной пищевой упаковки на основе яблочного пюре с добавлением 25, 50 и 75 % яблочных, виноградных и томатных выжимок. Исследованы физико-химические свойства полученной съедобной упаковки - влажность, водопоглощение, стойкость к различной природы жидкостям, проведено микроскопирование и органолептическая оценка образцов. Выявлено влияние концентрации используемых выжимок на органолептические показатели съедобной упаковки. Определена корреляция между влажностью и водопоглощением съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавлением выжимок. Установлена высокая стойкость исследуемой упаковки к различным модельным жидкостям. Результаты исследований показывают высокий потенциал разработанной упаковки в качестве замены традиционных одноразовых полимерных упаковочных материалов. Съедобная упаковка на основе отходов пищевых производств - выжимок от переработки фруктов и овощей имеет не только пониженную стоимость, но и частично является решением общей экологической проблемы - переработки отходов.

THE STUDY OF THE PROPERTIES OF SYEDALI PACKAGING BASED ON APPLE PUREE

WITH ADDED APPLE, GRAPE AND TOMATO POMACE

N. V. Makarova, Doctor of Chemical Sciences, Professor

N. B. Eremeeva, Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer

E. A. Eliseeva, student

Samara State Technical University

Key words: food packaging edible packaging, Apple puree, Apple pomace, grape pomace, tomato pomace.

Abstract. The technology ofproduction of edible food packaging based on Apple puree with the addition of25, 50 and 75 % of Apple, grape and tomato pomace. The physical and chemical properties of the resulting edible packaging - humidity, water absorption, resistance to different nature of liquids, microscopy and organoleptic evaluation of samples. The influence of the concentration of used Marc on the organoleptic characteristics of edible packaging. The correlation between moisture and water absorption of edible packaging based on Apple puree with the addition of Marc is determined. High resistance of the investigated package to various model liquids is established. The research results show the high potential of the developed packaging as a replacement for traditional disposable polymer packaging materials. Edible packaging based on food production wastes - the extract from the processing offruits and vegetables not only has a reduced cost, but is also partly a solution to a common environmental problem - recycling.

В настоящее время одной из главных экологических проблем является проблема рациональной утилизации отходов жизнедеятельности человека, в том числе твердых бытовых отходов, основная часть которых представлена отходами упаковочных материалов от хранения и транспортировки пищевых продуктов и отходами производства плодово-перерабатывающих заводов [1]. На долю нефункциональной части фруктов и овощей после обработки (отходов), таких как кожура, стручки, семена, перегородки, пленки, семенные камеры и т.д., приходится около 10-60 % от общей массы свежих продуктов. Основным методом утилизации таких отходов на данный момент является их захоронение на полигонах, однако благодаря высокому содержанию целлюлозы, гемицеллюлозы, пектина, минералов, витаминов и низкого содержания лигнина эти отходы обладают огромным потенциалом для использования в пищевой промышленности [2, 3].

Яблоки являются одними из самых употребляемых в мире фруктов. Продукты их переработки очень разнообразны, но основная их доля приходится на яблочные соки, концентраты и сидр [4]. Яблочные выжимки составляют до 30 % массы перерабатываемых фруктов. Высокое содержание в них пищевых волокон и полифенольных соединений обусловливает возможность использования отходов переработки яблок в производстве функциональных продуктов питания [5]. Исследование содержания полифенолов в различных частях яблока показало, что наибольшая их концентрация наблюдается в семенах и черенках плода [6], полифенолы яблочных выжимок включают флаван-3-олы, такие как (-) -эпикатехин, (+) -катехин и его полимеры, определенные как процианидины, флавонолы (гликозилированные производные кверцетина), дигидрохалконы (флоретин 2-О-глюкозид) и гидроксикоричные кислоты [4]. Экстракты яблочной выжимки были способны ингибировать репликацию вирусов герпеса HSV-1 и HSV- 2 в клетках Vero более чем на 50 % в нецитотоксических концентрациях [7]. Установлено, что добавление экстракта яблочных выжимок к яблочному сидру позволяет повысить его органолептические характеристики и увеличить содержание кверцетина [8], а введение яблочных выжимок в состав безглютеновых крекеров на основе рисовой муки позволяет получить продукт с высоким содержанием пищевых волокон, минеральных веществ и повышенной антиоксидантной активностью [9].

Томаты являются одними из наиболее употребляемых овощей и входят в рацион питания человека по всему миру. Значительная часть томатов употребляется в качестве продуктов их переработки, таких как сок, паста, пюре, кетчуп и др. Томатные выжимки, получаемые в процессе переработки, составляют 3-5 % от массы исходного сырья [10]. Томатная выжимка состоит из измельченных кожуры и семян плодов [11]. В настоящее время в качестве способов применения томатных выжимок предлагается использование в составе корма для животных в качестве пищевого ингредиента [10], для извлечения коммерчески важных каротиноидов - ликопина и астаксантина, которые имеют различные применения в пищевых продуктах, кормах, фармацевтических препаратах и косметической промышленности [12]. Разработана рецептура томатного кетчупа на основе томатных выжимок [13, 14], а также рецептура снеков на основе томатных выжимок и ячменной муки [11] с повышенным содержанием клетчатки.

Виноград является основной фруктовой культурой во многих странах, ежегодный мировой объем производства которой составляет порядка 74 млн т, около 75 % которого предназначено для винодельческой промышленности. Виноградные выжимки являются побочным продуктом винодельческой промышленности, которые состоят из кожуры, семян и стеблей и составляют около 25 % от общей массы винограда, используемого в процессе виноделия [15]. Исторически виноградные выжимки находили применение в качестве корма для сельскохозяйственных животных, удобрения почвы или топлива [16], однако сейчас они представляют собой потенциальный источник биологически активных фенольных соединений, которые могут применяться в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности за счет высокой антиоксидантной и антибактериальной и умеренной цитотоксической активности [17, 18]. Доказано, что виноградная кожура, являющаяся частью выжимок, является богатым источником антоцианинов, гидроксикоричных кислот, флаванолов, в то время как биологически активное вещество - галловая кислота в основном присутствует в семенной части, которая богата мономерными фенольными соединениями, такими как (+) -катехины, (-) -эпикатехин и (+) -эпикатехин-3-галлат, димерные, тримерные и тетрамерные процианидины. Содержание антоцианов в виноградных выжимах варьирует в зависимости от метода и времени винификации винограда. Чем дольше время контакта, тем ниже содержание антоцианов в выжимках [19]. пищевой упаковка съедобный

Пищевая упаковка предназначена для защиты пищевых продуктов от внешних механических и биологических воздействий, для увеличения их сроков хранения и предоставления потребителям необходимой информации о продукте [20]. В настоящее время пластик является основным материалом для производства пищевой упаковки, поскольку различные его виды обладают высокими механическими и эксплуатационными свойствами, такими как мягкость, прочность, легкость и прозрачность. Однако сложившаяся экологическая ситуация обусловливает необходимость разработки новых материалов, отвечающих современным экологическим требованиям [21]. К ним относятся биоразлагаемые полимеры (биополимеры), оптические, физические и механические свойства которых могут быть максимально приближены к традиционным неразлагаемым полимерам [22], а также съедобная пищевая упаковка. Съедобная пленка - это пленка, наносимая на пищевые продукты, пригодная для употребления в пищу и разлагаемая природой [23]. Дальнейшим развитием работы в этой отрасли является не просто создание съедобных пленок, а разработка новых видов упаковки - съедобной.

Данное исследование направлено на разработку технологии производства съедобной пищевой упаковки на основе яблочного пюре с добавлением в качестве дополнительных ингредиентов томатных, яблочных и виноградных выжимок.

Целями данного исследования являются:

1) разработка технологии производства съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением томатных выжимок;

2) разработка технологии производства съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных выжимок;

3) разработка технологии производства съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением виноградных выжимок;

4) изучение органолептических и физико-химических свойств съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением томатных, яблочных и виноградных выжимок;

5) сравнительный анализ органолептических и физико-химических свойств съедобных стаканов на основе яблочного сырья с добавлением томатных, яблочных и виноградных выжимок.

Съедобную пищевую упаковку получали на основе пюре яблочного. Упаковка имела форму стакана и изготавливалась по композитному способу. В качестве пластификатора использовали пектин яблочный в количестве 5 % от массы пюре яблочного с выжимками. Сырые томатные, яблочные и виноградные выжимки высушивали в сушильном шкафу при постоянной конвекции в течение 5 ч при температуре не выше 75^80 оС. Высушенные выжимки добавляли к яблочному пюре в количестве 25, 50 и 75 % от массы пюре с пектином. Массу наносили на форму и высушивали в сушильном шкафу с непрерывной конвекцией при температурах не выше 75^80 оС. Для полученных образцов определяли содержание влаги, водопоглоще- ние, стойкость к различным жидкостям: 5 %-му раствору №С 1 температурой 20^25 оС, 5 %-му раствору кислоты лимонной температурой 20^25 оС, воде дистиллированной температурой 20^25 оС и 90^95 оС; органолептические показатели; проводили изучение структуры стаканов с помощью микроскопирования.

Влажность съедобных стаканов с использованием выжимок фруктов и овощей определяли согласно ГОСТ 5900-2014.

Для определения водопоглощения в съедобные стаканы с использованием выжимок фруктов и овощей помещали 200 мл дистилированной воды температурой 20^25 оС. Через 30 мин воду удаляли. Водопоглощение стакана определяли как процент увеличения его массы за счет поглощения воды.

Для определения стойкости к жидкостям в съедобные стаканы с использованием выжимок фруктов и овощей помещали 200 мл модельного раствора и измеряли время, необходимое для размягчения стакана (деформации, образования разрывов в форме и структуре стакана).

В качестве модельных жидкостей выступают:

1) вода дистиллированная температурой 20-25 оС;

2) вода дистиллированная с начальной температурой 90-95 оС;

3) 5 %-й водный раствор поваренной соли температурой 20-25 оС;

4) 5 %-й водный раствор лимонной кислоты температурой 20-25 оС;

Микроскопирование съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок проводили на лабораторном микроскопе "Микро- мед 3-20М".

Органолептическая оценка съедобных стаканов с использованием выжимок фруктов и овощей проводилась по параметрам "внешний вид", "цвет", "аромат", "консистенция", "вкус" по ГОСТ 5897-90, ГОСТ 31986-2012, ГОСТ КО 11036-2017, ГОСТ КО 11037-2013, ГОСТ КО 13299-2015, ГОСТ КО 16779-2017, ГОСТ КО 6658-2016.

Оценка органолептических и физико-химических свойств позволяет определить приемлемость продукта к использованию. В случае съедобной упаковки особенно важным является сочетание высоких эксплуатационных свойств съедобного стакана как упаковки с хорошими показателями по вкусу, цвету, аромату, внешнему виду и консистенции продукта.

Результаты органолептических исследований исследуемых съедобных стаканов с использованием выжимок фруктов и овощей и их внешний вид представлены в табл. 1.

Таблица 1 Результаты органолептической оценки и внешний вид исследуемых образцов съедобной упаковки

Таким образом, все образцы съедобных стаканов обладают приемлемыми органолептическими характеристиками. В частности, из результатов органолептической оценки съедобных стаканов можно сделать следующие выводы:

1) увеличение концентрации выжимок по отношению к яблочному пюре в съедобных стаканах на основе яблочного пюре повышает толщину и прочность стаканов, но ухудшает пере- жевываемость за счет более высокого содержания семян и кожуры;

2) увеличение концентрации яблочных выжимок в съедобных стаканах на основе яблочного пюре приводит к улучшению внешнего вида и вкуса съедобных стаканов;

3) повышение концентрации виноградных выжимок в съедобных стаканах на основе яблочного пюре с добавлением виноградных выжимок положительно влияет на вкус стаканов, однако приводит к ухудшению внешнего вида образцов;

4) все образцы съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением томатных выжимок имеют оптимальные показатели внешнего вида и вкуса, однако повышение концентрации томатных выжимок позволяет увеличить устойчивость формы стакана и его толщину.

Содержание влаги в пищевых продуктах не только влияет на внешний вид и органолептические показатели продукта, но и обусловливает стабильность продукта при хранении [24], что особенно важно для съедобной упаковки. Результаты определения содержания влаги в съедобных стаканах на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок представлены на рис. 1.

Рис. 1. Результаты определения содержания влаги в съедобных стаканах на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок (здесь и далее номера образцов соответствуют таковым в табл. 1)

Результаты определения содержания влаги в съедобных стаканах свидетельствуют о том, что съедобные стаканы с яблочными, виноградными, томатными выжимками с аналогичным содержанием в массе яблочного пюре обладают близкими по значениям показателями влажности, что может объясняться близкими значениями влажности исходных выжимок; повышение концентрации выжимок по отношению к массе яблочного пюре приводит к снижению влажности съедобных стаканов, что объясняется более высокой влажностью яблочного пюре по отношению к выжимкам.

Водопоглощение также является основной характеристикой упаковки. Низкое водопоглощение обусловливает влагоотталкивающую способность, что позволяет стакану дольше сохранять форму и стойкость при контакте с жидкостями. Но при этом съедобная упаковка не может обладать очень низкими показателями водопоглощения, так как способность поглощать воду свидетельствует о хорошей перевариваемости пищевого продукта в организме человека.

Результаты определения водопоглощения съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок представлены на рис. 2.

Полученные результаты показывают, что в целом все образцы яблочных стаканов независимо от используемых выжимок и их концентраций к массе яблочного пюре обладают близкими значениями показателя водопоглощения, однако наблюдается явная тенденция к повышению водопоглощения с увеличением концентрации выжимок в массе яблочного пюре, что коррелирует со значениями измерений влажности съедобных стаканов. Наблюдается обратная зависимость между водопоглощением и влажностью съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок.

Важнейшим параметром съедобного стакана, обусловливающим его практическую применимость, является стойкость к различным жидкостям. Высокие значения данного параметра позволяют стакану длительное время сохранять форму при наполнении его различными типами жидкостей с разными pH: водой, безалкогольными напитками, чаем, кофе, кисломолочными продуктами и т. д.

В табл. 2 представлены результаты испытаний по сохранению формы съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок при контакте с водой дистиллированной температурой 20-25 оС; водой дистиллированной с начальной температурой 90-95 оС; 5 %-м водным раствором поваренной соли с температурой 20-25 оС; 5 %-м водным раствором лимонной кислоты с температурой 20-25 оС.

Анализ данных табл. 2 позволяет сделать вывод о том, что увеличение количества яблочных, виноградных и томатных выжимок к массе яблочного пюре в съедобном стакане повышает их устойчивость ко всем видам испытуемых жидкостей. Причем увеличение концентрации выжимок приводит к повышению стойкости стаканов для всех рассмотренных модельных растворов. Стаканы с добавлением виноградных выжимок обладают заметно более высокой стойкостью ко всем видам используемых модельных жидкостей по отношению к стаканам с яблочными и томатными выжимками.

Таблица 2

Результаты стойкости к модельным жидкостям съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок

Микроскопирование поверхности съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением яблочных, виноградных и томатных выжимок показало, что с повышением концентрации выжимок по отношению к массе яблочного пюре наблюдается снижение однородности структуры поверхности.

Таким образом, в результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Увеличение концентрации выжимок к массе яблочного пюре в съедобных стаканах положительно влияет на внешний вид съедобных стаканов, однако приводит к снижению пере- жевываемости и однородности поверхности.

2. Влажность съедобных стаканов на основе яблочного пюре с добавлением выжимок снижается с увеличением концентрации выжимок к массе яблочного пюре.

3. Результаты измерения водопоглощения съедобных стаканов показывают, что наибольшим водопоглощением обладают стаканы с наименьшей влажностью, т. е. водопоглощение повышается с увеличением концентрации выжимок к массе яблочного пюре.

4. Все исследованные образцы съедобных стаканов обладают высокими показателями стойкости к модельным жидкостям, что позволяет применять их в качестве замены одноразовой полимерной посуде.

Библиографический список