CC BY
62
УДК 663.81, 663.37
И. В. Смотраева, П. Е. Баланов, О. Б. Иванченко, Р. Э. Хабибуллин
БИОЛОГИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ НАПИТКОВ НАТИВНЫМИ ИНГРЕДИЕНТАМИ
ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: бензойная кислота, пастеризация, стерилизация, консервант, брусника, микроорганизмы.
В статье показана возможность использования сырья растительного происхождения в качестве консерванта. В качестве источника бензойной кислоты использовались ягоды брусники. Показано уменьшение количества микроорганизмов в образцах вина при внесении брусничного сока уже в количестве 10%. Необходимая и достаточная концентрация брусничного сока, относительно всего объёма вина, как показали наши исследования, составляет 15%. Консервация с помощью брусничного сока дает действенные результаты, схожие с пастеризацией, но не снижает биологической ценности продукта.
Keywords: вenzoic acid, pasteurization, sterilization, preserving agent, cranberries, microorganisms.
The article shows the possibility of using raw materials of plant origin as a preservative. Ccranberry juice was used as a source of benzoic acid. The decrease of microorganisms number in samples of wine with cranberry juice content 10% was already shown. Necessary and sufficient concentration of cranberry juice in the wine, according to our research, is 15%. Conservation using cranberry juice leads to results similar to pasteurization, but does not reduce the product biological value.
Введение
Производство напитков в настоящее время -одно из существенных направлений в перерабатывающей промышленности. Напитки, в широком смысле этого слова, являются повседневной необходимостью современного человека. С точки зрения технологии, напитки из растительного сырья можно разделить на две крупные категории: полученные биотехнологическим путем и полученные физико-химическими способами воздействия (купажирование, сатурация и т.д.). Вне зависимости от метода их получения, вопросы стабильности их качества при длительном хранении наиболее актуальны. Особое место при этом занимает вопрос микробиологической стабильности.
Органическое сырьё, в том числе растительное, очень склонно к поражению различными микроорганизмами, при этом с точки зрения производителя и потребителя это абсолютно нежелательное явление. Для биологической стабилизации индустрия напитков имеет внушительный арсенал методов и средств, но все они имеют свои преимущества и недостатки [1]. Остановимся на некоторых из них.
Пастеризация. Широко распространенный метод, при котором жизнедеятельность микроорганизмов подавляется температурным воздействием. Диапазон термообработки варьируется от 60 до 80°С и времени воздействия до 30 минут. Стабилизационный эффект связан с уничтожением или подавлением вегетативных форм микроорганизмов, споры при этом выживают, что накладывает известные ограничения на хранимую продукцию. Пастеризованные напитки желательно хранить при пониженных температурах, сроки их годности колеблется от одного до шести месяцев. Считается, что такое мягкое термальное воздействие во многом сохраняет органолептические и питательные свойства продукта. Однако, известно также, что для некоторых витаминов этот фактор является разрушительным [2, 3]. Технически для этой методики используют
поточные или туннельные пастеризаторы, которые представляют собой довольно сложные и дорогие конструкции.
Стерилизация. Как и пастеризация, эта технология основана на температурном воздействии на микробиоту. Отличие в том, что уничтожаются все формы биологической жизни, в том числе споровые. Наиболее эффективной считается паровая стерилизация, при этом температура обработки достигает 135°С, а давление 0,2-0,25 МПа. Длительность воздействия составляет до нескольких десятков минут. Метод, обладая хорошим стерилизующим эффектом, имеет существенный недостаток - меняет физико-химическую структуру напитка и уменьшает пищевую ценность [4,5]. Оборудование, применяемое для целей стерилизации, достаточно габаритное, дорогостоящее и весьма энергозатратное.
Ультрафильтрация. Метод основан на разделении жидкости и посторонних включений очень маленького размера на ультрафильтрационных мембранах. Отделяться могут составляющие различного размера, в том числе микроорганизмы. Средний диаметр улавливаемой единицы может быть до 0,01 мкм, что позволяет отделять многие группы микроскопических объектов. Существующие технические решения позволяют вести этот процесс очень эффективно в условиях крупных предприятий, однако, стоимость необходимого оборудования очень высокая.
Использование консервантов. Использование пищевых добавок-консервантов находит особенно широкое применение в приготовлении напитков и является хорошо зарекомендовавшим себя методом. Консерванты легко дозируются, растворяются в продукте и цена их, конечно, несравнима с дорогостоящим пастеризационным или фильтрационным оборудованием.
Механизм действия консервантов на микроорганизмы различен. Некоторые консерванты парализуют ту или иную клеточную функцию, инак-тивируя ферменты. Блокирование или разрушение
группы, взаимодействующей с субстратом, ведет к замедлению или приостановке реакции. Другие консерванты вызывают дезорганизацию поверхностных структур нарушением активного обмена клетки с окружающей средой. Третьи - ингибируют процессы размножения клеток [6].
Большим их недостатком является то, что они вырабатываются синтетическим путем. Они безопасны в нормированных пределах [7], однако для потребителя добавление любого химически синтетического компонента является негативным фактором. Наиболее активно в производстве напитков используются соли бензойной и сорбиновой кислот, которые получают путем органического синтеза.
Экспериментальная часть
Целью данной работы явились исследования, направленные на использование растительного сырья, содержащего бензойную кислоту, как консерванта, в технологии приготовления напитков. В качестве такого сырья использовали ягоды брусники.
Брусника содержит весьма существенное количество бензойной кислоты, в спелых ягодах ее количество достигает 180 мг/100 г и более [8,9]. В образце, использованном для исследования, количество бензойной кислоты, способном перейти в сок, составляло 120 мг/100г.
В качестве объекта исследования было выбрано плодово-ягодное вино из яблок, полученное в лабораторных условиях. Выбор объясняется доступностью этого сырья на территории России и СевероЗападного земледельческого региона, в частности. Кроме того, в качестве первичного источника сусла можно использовать отечественные и импортные концентраты, которые доступны круглогодично.
Брусника, как источник бензойной кислоты, использовалась в виде сока, как элемент купажа на завершающей стадии технологического процесса. При этом преследовалось две цели: во-первых, биологическая стабилизация продукта, а во-вторых, создание более «интересного» вкусового профиля вина, так как в чистом виде яблочный виноматериал довольно инертен и вкус его слабо выражен.
Принципиальная схема получения плодово-ягодного вина состояла из следующих основных этапов:
1. Подготовка и измельчение яблочного сырья
2. Прессование и осветление сусла
3. Сбраживание сусла, до содержания сухих веществ в продукте менее 1,5 % (т.е. «насухо»)
4. Выдержка яблочного виноматериала один месяц с периодическим отделением осадков
5. Внесение различной дозировки подготовленного брусничного сока в образцы
6. Выдержка две недели для полной взаимной ассимиляции компонентов
В пищевой промышленности доза бензойной кислоты, оказывающая выраженное стабилизационное действие и при этом безопасная для человека, составляет до 150 мг/л [10,11]. Теоретические подсчёты показали, что вносимое количество брусничного сока для этих целей должно составлять от 6 до 13% от объёма получаемого вина.
Было приготовлено 5 образцов вина с добавлением различного количества брусничного сока:
1 образец - внесено 5 % брусничного сока (от общего объема напитка);
2 образец - добавлено 10 % брусничного сока;
3 образец - добавлено 15 % брусничного сока;
4 образец - добавлено 20 % брусничного сока;
5 образец - контрольный, брусничный сок не добавлялся.
Полученное бруснично-яблочное вино было проанализировано по микробиологическим показателям путем посева на твердые питательные среды. Ингибирующее действие брусничного сока на микроорганизмы, содержащиеся в вине, определяли путем сравнения роста клеток на полноценной питательной среде как в присутствии исследуемых доз сока (опытные варианты), так в их отсутствие (контрольный вариант).
Общее количество микроорганизмов (КМАФАнМ, КОЕ/мл) определяли путем глубинного посева на мясопептонный агар (МПА).
Дрожжи, молочнокислые бактерии (МКБ) и мицелиальные грибы (МцГ), определяли путем посева на 2% сусло-агар (СА). Посевы проводились в трехкратной повторности. Средние значения результатов представлены в таблице 1.
Из результатов опыта видно, что добавление брусничного сока ингибирует рост микроорганизмов, что уже проявляется при культивировании образца в начале эксперимента (опыт 1). При хранении в образцах с внесенным брусничным соком количество колоний снижается по сравнению с контрольным вариантом. При дозировке 15% количество стабилизируется, что говорит о некоем эффективном пределе концентрации бензойной кислоты в образцах. Количество развившихся микроорганизмов в образцах с концентрацией 15 и 20% , в среднем в 5 раз меньше, чем в контрольных образцах, что говорит о достигнутом стабилизационном эффекте.
Таблица 1- Количество микроорганизмов в исследуемых образцах
Показатель, КОЕ/мл Количество внесенного брусничного сока, %
0 (контроль) 5 10 15 20
КМАФАнМ 1016±150 890±75 503±55 196±34 200±50
дрож-жи+мкб+ МцГ 203±45 100±26 80±10 40±7 40±7
После 30 суток хранения
КМАФАнМ 1450±170 1050±7 6 500±47 180±28 180±30
дрож-жи+мкб+ МцГ 400±67 150±23 100±35 45±8 45±3
По истечении одного месяца было проведено три контрольных посева при вышеописанных условиях, в результате которых было установлено,
что стабилизационный эффект поддерживается во времени при том, что образец без нативной бензойной кислоты показал прирост колониеобразующих единиц примерно на 40%.
Чтобы сравнить эффективность использованного приема с типовыми средствами микробиологической стабилизации, была проведена его пастеризация. Исследуемое яблочное вино пастеризовалось при 70°С в течении 10 минут с последующим охлаждением, а затем производился посев при тех же условиях, что и при внесении брусничного сока. Усредненные результаты трех посевов приведены в таблице 2.
Из этих данных видно, что эффект от пастеризации схож с эффектом от добавления брусничного сока с природной бензойной кислотой и эти методы могут рассматриваться, как взаимозаменяемые.
Таблица 2 - Усредненные результаты посева при пастеризации вина
Показатель Контрольный образец после пастеризации
КМАФАнМ 1016±150 205±32
дрожжи+МКБ+МцГ 203±45 50±15
Таким образом, в результате исследований было установлено, что использование бензойной кислоты из растительного сырья возможно, и в качестве её источника предлагается использовать брусничный сок. Необходимая и достаточная концентрация брусничного сока, относительно всего объёма вина, как показали наши исследования, составляет 15%. Большая дозировка нецелесообразна, т.к. она не увеличивает стабилизационных характеристик.
Консервация с помощью брусничного сока дает действенные результаты, схожие с пастеризацией, но не снижает биологической ценности продукта.
Важным представляется отметить, что образцы с добавлением брусничного сока в ходе хранения становились более прозрачными, по сравнению, с контрольными. Сенсорный профиль образцов с брусничным соком был более ярким, появилась
приятная терпкость во вкусе, и в целом продукт ощущался более насыщенным, по сравнению с образцом без внесения сока. Появился приятный рубиновый оттенок, который подчеркивает факт смешивания виноматериала и сока.
При всех вышеприведенных положительных факторах следует понимать, что полученный продукт уже нельзя считать чистым яблочным вином, он переходит в разряд купажных, что важно для учета себестоимости и вкусовых предпочтений потребителя, которые могут быть индивидуальными.
Литература
1. Ямашев Т.А., Саляхов Н.Р., Решетник О.А. Меры, предотвращающие развитие микроорганизмов-контаминантов в технологии бродильных производств// Вестник Казанского технологического университета -2013.- №9.-С.158-161
2. Штанюк Л.Н. Научные основы новых технологий диетических продуктов с использованием витаминов и минеральных веществ. Автореф. дисс.док..мед.наук. НИИ Питания. Москва, 2000. - 62с.
3. Шарипова Л.З., Щербакова Ю.В., Ахмадуллина Ф.Ю. Влияние пастеризации на содержание витамина С в коровьем и козьем молоке // Вестник Казанского технологического университета.- 2013.- №20.- С.213-215
4. Галынкин В.А., Заикина Н.А., Потехина Т.С., Афиногенов Г.Е., Афиногенова А.Г. Дезинфекция и антисептика в промышленности и медицине. СПб.: Фолиант., 2004. -96с.
5. Ушакова В.Н. Мойка и дезинфекция. СПб.: Профессия, 2009. - 288с.
6. Валуйко Г.Г., Зинченко В.И., Мехузла И.А. Стабилизация виноградных вин. - Симферополь: Таврида, 2002. -208с.
7. Голубев В.Н., Чичева-Филатова Л.В., Шленская Т.В. Пищевые и биологически активные добавки. М.: Академия, 2003. - 208с.
8. http://www.activestudy.info
9. https://ru.wikipedia.org
10. Сарафанова Л.А. Применение пищевых добавок в индустрии напитков. СПб.: Профессия, 2007. - 240с.
11. Никифорова Т.А., Меледина Т.В., Иванченко О.Б. Пищевые добавки и ароматизаторы. Физико-химические и фунционально-технологические свойства: Учебн. пособие. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. - 217с.
© И. В. Смотраева - канд. техн. наук, доцент кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья Санкт-Петербургского национ. исслед. университета информационных технологий, механики и оптики (Университета ИТМО), е [email protected] П. Е. Баланов - канд. техн. наук, доцент той же кафедры, [email protected]; О. Б. Иванченко -канд. биол. наук, доцент каф. химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский госуд. торгово-экономический ун-тет (СПбГТЭУ), [email protected]; Р. Э. Хабибуллин - канд. техн. наук, доц. кафедры ТММП ФГБОУ ВПО КНИТУ, [email protected].
© I. V. Smotraeva - candidate of technical sciences, associate professor of the Department of Food biotechnology of the Plant row materials, St.Petersburg National Research University of information technologies, mechanics and optics (ITMO University), [email protected]; P. E. Balanov - candidate of technical sciences, associate professor of the Department of Food biotechnology of the Plant row materials, St.Petersburg National Research University of information technologies, mechanics and optics (ITMO University), [email protected]; O. B. Ivanchenko - candidate of biological sciences, associate professor of the Department of the chemistry and biotechnology of the St. Petersburg State University of Trade and Economics, [email protected]; R. E. Khabibullin - candidate of technical sciences, associate professor, Department of Meat and Milk Products technology, Kazan National Research Technological University, [email protected].
