CC BY
37
УДК 547.458; 630.86
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП ПЕКТИНОВ ИЗ КОРЫ ХВОЙНЫХ ПОРОД ДЕРЕВЬЕВ НА ИХ СТУДНЕОБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА
В.М. Ушанова, Н.Г. Батура, З.К. Воробьева
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологич еский университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82
Изучен химический состав пектинов, получаемых из коры хвойных пород деревьев. Исследовано влияние пектинов на прочность студней. Из хвойных пектинов получены желейные продукты.
Ключевые слова: кора, хвойные, пектин, получение, изучение, химический состав, использование, свойства пектинов, степень этерификации, желирующие свойства
The chemical composition of pectins, which are obtained from th e bark of conifers, is studied. The influence of pectins on the strength of jellies is investi gated. Gel products are obtained from coniferous pectins.
Key words: bark, conifers, pectin, extraction, investigation, chemical composition, use, behaviors of pectin, degree esterification, behavior to gelatinizing
ВВЕДЕНИЕ
Пектиновые вещества в настоящее время нашли широчайшее применение. Уникальные свойства пектиновых веществ определяют применение их в качестве пищевого и лекарственного сырья. Пект и-новые вещества являются высокомолекуля рными биополимерами. Несколько сотен связанных вместе остатков галактуроновой кислоты образуют одну длинную молекулярную цепь - полигалактуроно-вую кислоту, часть субъединиц галактуроновой кислоты метоксилирована. Молекулы пе ктина имеют молекулярный вес до 200 000 и степень полимеризации до 800 единиц (Голубев, 199 5). Высокая молекулярная масса пектинов обуславливает их влагоудерживающую способность. Слово «пе ктин» происходит от греческого слова «ре^с«» - «свернувшийся, застывший, упругий» (Донченко, 2000). Выделенные из сока пектиновые вещества спосо б-ны образовывать студнеобразные массы (гели). При определенных сочетаниях сахара, пектина и кисл о-ты в водных растворах обр азуется достаточно прочный студень. Эти свойства широко использ у-ются в пищевой промышленности.
Наибольшее влияние на желирующие свойства пектина оказывает величина степени этерификации. В соответствии с желирующей способностью пект и-ны делятся на две группы - высокоэтерифицирован-ные, способные образовывать гели в присутс твии кислоты и сахара, и низкоэтерифицированные, ж е-леобразующая способность которых значительно ниже, студни образуются в присутствии ионов кал ь-ция. Поэтому оценка степени этерификации у различных образцов пектина позволяет о пределять его пригодность для нужд пищевой промышленн ости.
Наибольший успех пектины получили при производстве пастило-мармеладных изделий и фруктово-ягодных консервов, в качестве структу-рообразователя и загустителя. Также пектиновые вещества получили распространение в молочной,
мясной, рыбной промышленностях, при произво д-стве алкогольных и безалкогольных напи тков. Применение пектина улучшает качество колбасы, рыбных суфле, маргариновой продукции, соусов.
Исследования последних лет (Новосельская, 2000, Комиссаренко, 1998, Булдаков, 2001, Дада-шев, 2000) доказали незаменимость пектиносоде р-жащих продуктов в рационе лечебного питания для дезотоксикации от продуктов радиационного ра спада, солей тяжелых металлов. Мол екулы пектина связывают радионуклиды и соли тяжелых металлов в кишечнике человека и препятствуют их всасыв а-нию в стенки кишечника вследствие большой м о-лекулярной массы полученных соединений. Таким образом, организм человека получает огромную помощь для избавления от токсичных и ядовитых веществ.
Пектины в промышленных масштабах получ а-ют из отходов при производстве яблочных и цитр усовых соков, из отходов виноде лия, из свеклы. Имеется информация о производстве пектина из створок хлопчатника, корзинок подсолнуха, корм о-вого арбуза, тыквы, экзотических фруктов (Булд а-ков, 2001). Отечественная промышленность обеспечивает рынок пектинов не более чем на 10 %, большая доля пектинов поступает из высокоразвитых стран, поэтому этот продукт имеет и выс окую стоимость.
В этой связи актуальным является п оиск сырья и технологии для получения отечественного пект и-на хорошего качества. Практически неограниче н-ной базой для получения пектина может быть кора хвойных пород деревьев. Исследования, провод и-мые в течение ряда лет, показали, что хвойные п о-роды деревьев содержат достаточное количество пектинов (Дадашев, 2000). Наибольшее количество пектина находится в коре молодых побегов и в лубе. При лесоразработках вершинные ветки, сучья и кора практически не используются (Дубители, 1975). Из коры сосны и других хвойных пород де-
ревьев выделяли пектин, который не имел пост о-роннего вкуса и запаха, обладал хорошими орган о-лептическими показателями, необходимыми для пищевого пектина (Дадашев, 2000).
Пектиновые вещества в различных концентр а-циях присутствуют во всех частях растений без исключения. Преимущественно в растениях пект и-новые вещества накапливаются в молодых раст у-щих тканях, с возрастом количество пектиновых веществ снижается. Пектиновые вещества входят в состав как надземных, так и подземных частей ра с-тений. Содержание пектиновых веществ достигает 50 % от всего содержания сухих веществ растения и меняется в зависимости от возраста, усл овий произрастания и развития растения.
Сравнительные результаты выхода пектина из плодов яблок, цитрусов и отходов хвойных пород деревьев доказывают целесообразность разработки этого вопроса. Поэтому целью данной работы явл я-лось изучение химического состава пектинов, полученных из коры хвойных пород деревьев, и его влияние на студнеобразующие свойства пектинов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧА СТЬ
Объектами исследования служили пектины, п о-лученные из коры хвойных пород деревьев (ель, сосна, пихта, лиственница). Метод количественного определения пектиновых веществ в растительном сырье основан на извлечении пектина из растительного сырья и переводе его в растворенное с о-стояние (Донченко, 2000, ГОСТ 29186-91). В основе исследования экстрактов гидропектина и прот о-пектина лежит кальций-пектатный метод и осаждение этиловым спиртом (Методич. указ., 1997). Физико-химические характеристики полученных пектинов исследованы по известным методикам на
влажность, зольность, содержание балластных в е-ществ, сопутствующих данному пектину (масс.%) (Донченко, 2000, ГОСТ 29186-91). Кроме этого, изучалось содержание в пектиновых препаратах карбоксильных групп (свободных и этерифицир о-ванных), метоксильных и ацетильных групп, степень этерификации, а также молекулярная масса (Донченко, 2000, ГОСТ 29186-91).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Процесс студнеобразования является сложным процессом, зависящим от многих факторов - как от природы пектиновых веществ, структуры макром о-лекул, так и присутствующих в среде других хим и-ческих веществ и соединений.
С целью изучения возможного использования хвойных пектинов для производства кондитерских изделий исследовались процессы образования с а-харо-пектино-кислотного студня с учетом особе н-ностей состава пектинов. В процессе выделения пектина из коры выход от те оретически возможного получения пектина составил более 52% (на а.с.в.). Физико-химические показатели пектинов хвойных пород деревьев приведены в таблице 1 в сравнении с промышленным образцом цитрусового пектина. Выбор цитрусового пектина св язан с тем, что он широко используется в пищевой промы ш-ленности. Учитывая невозможность получения из различных партий сырья пектин одного и того же качества, производители пектина его стандартиз и-руют (ГОСТ 29186-91). В целях стандартизации производители коммерческого пектина обычно смешивают его с сахар ами, а в некоторые пектины еще добавляют и пищевые буферные соли, необх о-димые для получения заданного рН и времени ж е-леобразования.
Таблица 1 - Физико-химические показатели пектинов хвойных пород деревьев
Показатели Наименование пектина
Сосновый Листвен- ничный Еловый Пихтовый Цитрусо- вый
Влажность, % 5,98 5,69 6,29 8,57 5,34
Зольность, % 0,89 1,14 1,76 - 5,56
Балластные вещества, % 9,86 6,38 7,43 7,73 43,47
Карбоксильные группы, % :
свободные 6,15 7,99 9,56 9,56 7,92
этерифицированные 13,12 8,55 8,57 8,54 9,40
Степень метоксилирования (этерифик ации), % 48,68 46,99 46,74 46,65 54,19
Содержание групп, % :
метоксильных 12,79 8,38 8,67 6,46 6,46
ацетильных 0,33 0,22 0,15 0,18 0,18
Молекулярная масса 11207 10640 7642 - 26000
Из таблицы 1 видно, что пектины, п олученные из хвойных пород деревьев, по своим физико -химическим показателям отличаются от цитрусов ого. В цитрусовом пектине содержится в среднем в пять раз больше балластных веществ, чем в хво й-ных пектинах. Это, по-видимому, можно объяснить тем, что у цитрусового пектина высокая скорость студнеобразования (от двух до пяти минут), поэт ому в него добавляют буферные соли, глюкозу и другие компоненты - тем самым достигается определенная прочность студня и скоро сть студнеобра-
зования. Хвойные пектины, полученные в лабор а-торных условиях, не содержат таких добавок, поэтому содержание балластных веществ в них гора з-до ниже.
Исследования показали, что степень этериф и-кации хвойных пектинов изменяется от 46 до 48 % - это позволяет отнести их к низкоэтерифицир о-ванным пектинам. Низкоэтерифицированные пектины находят широкое применение в медицине, фармакологии, кондитерской промышленн ости. Степень этерификации определяет условия жели-
рования: так, пектины с высокой степенью этери-фикации (выше 50 %) дают студень при содерж а-нии сахара в растворе более 50 %, низкоэтерифиц и-рованные пектины (менее 50 %) желируют в пр и-сутствии ионов кальция при содержании сахара в растворе значительно ниже 50 %. Желирующая способность пектиновых веществ также зависит от их молекулярной массы и линейных размеров м о-лекул - чем она выше, тем выше желирующая сп о-собность пектинов. Молекулярная масса и степень этерификации цитрусового пектина значительно превышает таковую для хвойных пектинов, поэт ому можно предположить, что хвойные пектины можно использовать для производства ряда конд и-терских изделий невысокой прочности.
Способность пектиновых веществ образов ывать студни обусловлено их специфическим хим ическим строением. Процесс структурообразования состо ит в том, что при охлаждении пектинового раствора и добавлении определенных соединений, раствор и-мость пектиновых веществ уменьшается, в резул ь-тате чего образуется однородное, способное уде р-живать форму тело, называемое студнем. Пектин о-вые молекулы образуют трехмерную сетку, которая способна удерживать достаточно большое колич е-ство воды. Для образования кондитерского студня нужных технических характеристик необх одимо присутствие кислоты.
Структура студня оценивалась по пр едельному напряжению сдвига, которы й определялся по коническому пластометру в зависимости от влажности, содержания пектина в студне, кислотности, вли я-ния буферных солей, содержания ионов кал ьция.
В связи с тем, что полученные образцы хво й-ных пектинов имеют невысокую степень этериф и-кации (46-48 %), а также низкую молекулярную массу, то применение их для производства конд и-терских изделий возможно только в присутствии ионов кальция.
Проведенные лабораторные исследования п оказали, что пектины из коры с осны и лиственницы дают возможность получить конфетные студни -вязкие, плохо режущиеся ножом. Такие кондите р-ские массы формуются отливкой в крахмал или могут найти применение в качестве нач инок для шоколадных изделий. Анализ химического состава пектинов из коры хвойных пород деревьев показал,
что они могут использоваться при производстве мармелада и желейных конфет. Экспериментал ь-ные образцы полученных желейных пр одуктов хорошо режутся ножом, дают так называемый «мармеладный» студень - достаточно прочный и эластичный. Органолептическая оценка изделий высокая.
Поскольку все хвойные пектины имеют ни зкую степень этерификации, они могут быть использов а-ны для производства продуктов профилактического и лечебного назначения, с высоким содерж анием пектина и низким содержанием сахара в сту дне. Такие изделия незаменимы при проф илактике и предотвращении интоксикации организма человека, занятого в высокотоксичных производствах, прои з-водствах связанных с повышенной радиацией, при контактах с солями тяжелых металлов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Булдаков, А.С. Пищевые добавки [Текст] / А.С. Булдаков : справочник. - М.: ДеЛи принт, 2001. - 436 с. Голубев, В.Н. Пектин: химия, технология, применение [Текст] / В.Н. Голубев, Н.В. Шелухина. - М.: АТН РФ, 1995.-388 с.
ГОСТ 29186-91. Пектин. Технические условия [Текст]. -Введ. 1993-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1992. -21 с.
Дадашев, М.Н. Перспективы производства и прим енения пектиновых веществ [Текст] / М.Н. Дадашев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2000. - № 9. - С. 46-50.
Донченко, Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов [Текст] / Л.В. Донченко : учеб. пособие. - М.: ДеЛи, 2000.-255 с.
Дубители, пектиновые вещества и пищевые красит ели в коре сосны [Текст] / Институт леса и древесины им. В.Н. Сукачева Сибирского отделения АН СССР. Лесные растительные ресурсы Сибири : методич. разработки. Красноярск, 1975. - 16 с.
Комиссаренко, С.Н. Пектины - их свойства и применение [Текст] / С.Н. Комисаренко, В.Н. Спиридонов // Растительные ресурсы. - 1998. - Вып. 1.-С. 111-119. Методические указания по определению пектиновых веществ в производстве [Текст] / Л.В. Донченко [и др.]. - М.: Спектр, 1997. - 40 с.
Новосельская, И.Л. Пектин. Тенденции научных и прикладных исследований [Текст] / И.Л. Новосельская [и др.] // Химия природных соединений. - 2000. - № 1. - С. 3 - 11.
Поступила в редакцию 7 января 2008 г. Принята к печати 27 августа 2008 г.
