CC BY
126
УДК 663.32
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОДОВ УССУРИЙСКОЙ ГРУШИ В ВИНОДЕЛИИ
© Г.С. Гусакова , С.Н. Евстафьев
Иркутский государственный технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074 (Россия), e-mail: gusakova58@mail.ru
Приведены результаты изучения химического состава плодов уссурийской груши и его изменений при получении и сбраживании сока. Показано, что сок груши богат макро- и микроэлементами, органическими кислотами и незаменимыми аминокислотами, содержание и состав которых при сбраживании сусла существенно изменяется. Установлено, что грушевый виноматериал может быть рекомендован для расширения ассортимента плодово-ягодных вин.
Ключевые слова: уссурийская груша, сок, виноматериалы, органические кислоты, аминокислоты, ферментные препараты.
Введение
Груша уссурийская (Pyrus ussuriensis Maxim.) имеет ареал распространения на Дальнем Востоке: Приморье, Приамурье, на северо-востоке Китая и в Корее. Однако этот вид был успешно интродуцирован в различные районы Сибири. Груша уссурийская распространена в иркутской области и дает стабильные урожаи в условиях сурового сибирского климата. Настои и отвары плодов груши находят применение в народной медицине как поливитаминная продукция, способствующая хорошему пищеварению и перистальтике, как мочегонное и желчегонное, а также профилактическое и лечебное средство для укрепления капилляров. Плоды, листья, кору и цветки используют в тибетской медицине, молотые семена применяют как суррогат кофе [1, 2].
использование плодов дикорастущей груши в производстве плодово-ягодных соков и виноматериа-лов изучено недостаточно, однако благодаря высокому содержанию в них биологически активных веществ это сырье весьма перспективно [1-3].
Цель работы - изучение изменений химического состава плодов груши при получении и сбраживании сока и в оценке возможности их использования в виноделии.
Экспериментальная часть
Эксперимент выполнен с плодами уссурийской груши, собранными в первой половине сентября 2009 г в районе Мельничной Пади города иркутска.
Определение основных характеристик проводилось по стандартным методикам: Eh, рН - потенцио-метрически, титруемую кислотность - титриметрически, целлюлозу - азотно-спиртовым методом, общий азот - методом Кьейдаля, сахаров - методом Бертрана [4].
Содержание макро- и микроэлементов определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа; метанола, этанола и уксусной кислоты - методом газовой хроматографии [5]; лимонной, яблочной, винной и янтарной кислот - методом ГХ-МС с предварительным метилированием образцов диазометаном; молочной кислоты - методом капиллярного электрофореза; состав аминокислот - на автоматическом анализаторе аминокислот ААА-339.
* Автор, с которым следует вести переписку.
Содержание, степень этерификации и комплексообразующую способность пектиновых веществ определяли по методикам [6].
Для деминерализации пектинов к 50 см3 раствора, содержащего 0,1 г пектина, добавляли 4-6 г Н-катионита КУ-2-8. Содержимое стакана перемешивали в течение 3-5 мин. Полноту деминерализации раствора контролировали по изменению рН раствора. При рН равном 4 катионит отделяли от раствора фильтрованием и промывали дистиллированной водой. Фильтрат и промывные воды объединяли и упаривали на водяной бане.
Ферментативный гидролиз проводили с использованием комплексов «Целлолюкс А» с целлюлазной активностью 2000 ед/г и «Фруктоцим П6-Л» - 200 ед/г. Ферментные препараты вводили в виде суспензии непосредственно в мезгу. Концентрация основного раствора «Фруктоцим П6-Л» - 10%, «Целлолюкс А» -5%. Эффективность использования ферментных препаратов изучали в зависимости от их дозы (для «Фруктоцим П6-Л» от 0,001 до 0,1 мл/кг; для «Целлолюкс А» от 1 до 4 г/кг), температуры в интервале 20-50 °С и продолжительности обработки от 0,5 до 4 ч.
Для приготовления сусла сок кондиционировали водой до кислотности 8 г/дм3, сахарозу вводили из расчета получения собственного наброда 12%.
Брожение проводили на чистой культуре сухих винных дрожжей 8аксскаготусе&' Ьауапш' стационарным способом в стеклянных баллонах при температуре 15-18 °С. Сухие дрожжи предварительно раз-браживали и вносили 2-3% по объему. В ходе брожения контролировали температуру, плотность и выделение СО2.
Обсуждение результатов
Использованные в работе плоды груши имели сортовой аромат средней интенсивности. При измельчении в аромате появлялись легкие медовые и цветочные оттенки. Масса плодов варьируется от 15 до 60 г, окраска - светло-зеленая, форма - продолговато-округлая. Мякоть, на долю которой приходится 97% массы, терпкая, кисло-сладкая. Кожица в объеме плода занимает около 2,5%, семена - 0,5%.
Плоды груши содержат (в % на а.с.м): целлюлозу - 6,0; пектиновые вещества - 5,8; эфирные масла -
0,2; жирные кислоты - 1,1; воск - 0,6; общий азот - 8,1; макроэлементы (Ыа - 0,0072, Mg - 0,039, А1 -
0,0089, 81 - 0,031, Р - 0,107, 8 - 0,03, К - 0,932, Са - 0,067, Mg - 0,0006, Бе - 0,0194), а также микроэлементы (в мкг/г) (Т1 - 4,4, Сг - 2,7, N1 - 2,4, Си - 8,2, гп - 14,0, ЯЪ - 7,9, 8г - 2,5, Ва - 8,6).
В составе жирных кислот идентифицированы пальмитолеиновая, пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая кислоты, с близким суммарным содержанием ненасыщенных и насыщенных кислот. Среди последних преобладает пальмитиновая кислота с содержанием 34,3%, а среди ненасыщенных - линолевая с содержанием 32,7% от суммы кислот.
Мякоть груш в момент сбора плотная, беловато-желтого цвета, обладает средней сокоотдачей -56-60%. Существенным недостатком сока свежесобранных плодов является относительно высокая титруемая кислотность (22,0 г/дм3). При дальнейшем дозревании плодов в течение 5 дней при 20-23 °С мякоть буреет и размягчается. Наблюдается снижение кислотности до 17,0 г/дм3 (рис. 1). Содержание редуцирующих веществ возрастает на 0,5-1,0%. Более длительное хранение сопровождается образованием плесени, в плодах появляется слизь, затрудняющая сокоотделение и осветление сока.
Пектиновые вещества свежесобранной груши на 70-83% представлены протопектином. Около 29% пектиновых веществ содержится в мякоти плода, 33% - в кожице, и 38% - в семенах.
При хранении плодов в их составе заметно возрастает доля гидратопектина. Так, выход водорастворимых пектиновых веществ, выделенных из плодов груши после дозревания в течение 5 дней, увеличился с 1,8 до 4,7% на а.с.м. Полученный гидратопектин характеризуется относительно высокой зольностью (16,5%) и степенью этерификации (88,9%). Около 60% карбоксильных групп гидратопектина груши находится в минерализованной форме (-СООМе), а на долю свободных карбоксильных групп приходится не более 10-11% [7]. Комплексообразующая способность исходного гидратопектина составила 124 мг РЪ2/г. После деминерализации степень этерификации снизилась до 28,6%, а комплексообразующая способность возросла до 166 мг РЪ2+/г.
На выход и показатели качества сока груши большое влияние оказывает степень измельчения ее плодов. При слишком мелком дроблении (<2 мм), особенно плодов после дозревания, получается пюреоб-разная масса, обладающая плохими дренажными свойствами. Выход сока снижается на 3-5%, а количество
взвесей в нем возрастает до 100 г/дм3. Мезга с крупными частицами (>10 мм) обладает хорошими дренажными свойствами, однако из-за недостаточного разрушения клеток плодовой ткани выход сока падает. Применительно к плодам груши оптимальными для сокоотделения являются следующие размеры частиц: для свежесобранных плодов - 2-5 мм, для плодов после дозревания - 6-10 мм.
После дробления плодов наблюдается покоричневение мезги как результат ферментативного окисления фенольных структур, с ухудшением органолептических свойств. Для ингибирования процессов окисления в виноделии широко используется сульфитирование [8], одним из недостатков которого является образование серной кислоты и, как следствие, появление в виноматериалах неприятного окисленного тона и жесткости во вкусе.
Не менее эффективным, но более безопасным для потребителей считается использование для ингибирования процессов ферментативного окисления мезги флавоноидных соединений, в частности дигидро-кверцетина (ДКВ). Общеизвестно, что присутствие ДКВ в спиртных напитках препятствует негативному воздействию алкоголя на печень [9].
Дозу ДКВ выбирали, оценивая изменение интенсивности окраски сока по оптической плотности при Х=420 нм (рис. 2). Контролем служил сок, полученный без использования ДКВ.
При введении в мезгу груши до 100 мг/дм3 ДКВ отмечено снижение оптической плотности сока, которая при увеличении дозировки практически не изменялась. Полученный сок приобретал цвет, который сохранялся длительное время.
Повышение выхода сока на 3-4% было получено при прессовании на лабораторном пак-прессе целых плодов груши после предварительного замораживания при температуре минус 18 °С в течение 24 ч. Увеличение продолжительности хранения плодов в замороженном состоянии до двух месяцев, наряду с повышением выхода сока, приводит к снижению его титруемой кислотности до 18 г/дм3.
Использование тепловой обработки, а именно обработки плодов груши горячим водяным паром, а также нагревания мезги до 55 °С с последующим самоостыванием, способствует увеличению выхода сока на 5-7% и протеканию процессов окисления с получением темно-окрашенного сока с потерей свежести сортового аромата и появлением карамельных оттенков.
Исследуемые образцы груши характеризуются относительно высоким содержанием высокомолекулярных компонентов (целлюлозы, пектиновых веществ и белков), существенно затрудняющих сокоотделение. В связи с этим проведено сравнительное исследование влияния пектолитических («Фруктоцим П6-Л») и цитолитических («Целолюкс А») ферментных препаратов на выход и органолептические показатели сока. Оба препарата способствовали увеличению выхода сока на 7-10%.
Наибольший эффект наблюдался при использовании комплекса ферментов «Фруктоцим П6-Л» (0,005 мл/кг) и «Целлолюкс А» (3 г/кг). Удалось получить увеличение выхода сока из 100 г свежесобранной груши с 64 до 70-74 см3, т.е. на 10-16%. Установлено также, что использование препарата «Целло-люкс А» для плодов груши после дозревания мало эффективно, вероятно, вследствие ингибирующего действия на ферменты продуктов окисления биомассы груши.
0+20 0,5 0,45
, 4 ^ Контроль 10 100 1000 5000
Днп КонцентрацияДКВ, мг/дм3
Рис. 1. Изменение титруемой кислотности сока при Рис. 2. Зависимость оптической плотности сока от
дозревании груш концентрации введенного ДКВ
На основании полученных результатов определена оптимальная схема выделения сока, включающая хранение плодов для послеуборочного дозревания при 20-23 °С в течение 5-7 дней, затем дробление до размера частиц 6-10 мм, введение дигидрокверцетина (100 мг/дм3), обработку мезги ферментным препаратом «Фрукто-цим П6-Л» (0,005 мл/кг) при температуре 40 °С, через 2 ч отжим сока, отстаивание 4 ч при температуре 10 °С.
Полученный сок с выходом 70% на а.с.м. представляет собой прозрачную жидкость светлосоломенного цвета с зеленоватым оттенком. Аромат характерный плодовый, вкус умеренно кислый, терпкий.
Физико-химические показатели сока (табл. 1) свидетельствуют о его высокой пищевой ценности, обусловленной содержанием сахаров, органических кислот, макро- и микроэлементов. Сок имеет достаточный для брожения запас аминокислот и относительно невысокое содержание пектина, что способствует его осветлению. Низкие значения рН и ЕЙ являются необходимым условием сохранения свежести сока при хранении [10]. Содержание макро- и микроэлементов в соке, в мг/дм3: Са - 112, Mg - 78, Бе - 0,9, К - 1530, № - 7,1 8г - 0,5, Мп - 0,65, ЯЬ - 3,1, Си < 0,05, гп - 0,11, РЬ < 0,01.
В составе сока идентифицировано 23 аминокислоты, среди которых выделяются содержанием аспарагиновая кислота и аспаргин. На их долю приходится 73,8%, на долю незаменимых кислот - 19,9%, а на долю серосодержащих аминоксилот (цистин, метионин), участвующих в образовании сероводородного тона, - 4,1% от общего содержания аминокислот (табл. 2). Установлено, что в соке груши содержится почти весь комплекс незаменимых аминокислот, кроме триптофана, среди которых преобладает содержание валина и треонина. Обнаружены также незаменимые для детей аминокислоты - аргинин и гистидин.
Таблица 2. Качественный и количественный состав аминокислот
Название Содержание, мг/дм3
Сок Сусло Вино
а-аминомасляная кислота 14,1 7,0 1,2
Р-аланин 1,6 0,8 -
у-аминомасляная кислота 10,9 5,4 0,4
Аланин 2,0 1,0 0,8
Аргинин 0,5 0,2 14,0
Аспарагиновая кислота 153,3 76,7 0,3
Аспаргин 132,0 66,0 0,1
Валин* 7,3 3,7 3,8
Гидроксипролин - - 1,3
Гистидин 2,4 1,2 -
Глицин 6,6 3,3 1,3
Глютамин 1,0 0,5 -
Глютаминовая кислота 5,5 2,8 1,0
Изолейцин* 0,5 0,3 1,0
Лейцин* 0,3 0,2 0,6
Лизин* 0,7 0,3 -
Метионин* 2,3 1,1 -
Орнитин 0,9 0,4 -
Серин 19,5 9,7 0,4
Тирозин 1,0 0,5 -
Треонин* 5,9 3,0 0,8
Фенилаланин* 2,9 1,5 -
Цистеиновая кислота - - 2,9
Цистин 13,4 6,7 6,4
Этаноламин 0,4 0,2 0,5
Доля незаменимых аминокислот, в % отн. 5,2 5,2 16,9
Таблица 1. Физико-химические показатели сока и вина
Наименование Сок Вино
Общий экстракт, г/дм3 24,0 19,8
рН 3,6 3,4
ЕЙ, мВ 340,0 210
Сахара, г/100см3, 13,0 3,1
Титруемые кислоты, г/дм3 , в том числе: 17,0 7,8
винная - 0,02
лимонная 0,16 0,07
молочная - 0,25
уксусная - 0,6
яблочная 14,0 4,9
янтарная 0,1 0,04
Аминокислоты, мг/дм3 385,0 36,7
*Незаменимые аминокислоты
Полученные данные об изменении физико-химических показателей виноматериала и содержания его компонентов при сбраживании сусла согласуются с общими тенденциями, описанными в литературе [10, 11]. Основное количество этанола образуется в период начального брожения и нарастает в период дображивания до 12,2% об. Одновременно увеличивается содержание уксусной кислоты до 1,0—1,2 г/дм3. К концу брожения ее концентрация снижается до 0,6 мг/дм3 при одновременном накоплении в виноматериале этилацетата до 0,2 мг/дм3. Содержание метанола имеет тенденцию незначительного увеличения до 0,24 г/дм3.
Окислительно-восстановительный потенциал (ЕЙ) при забраживании резко снижается до 155 мВ, а к концу брожения вновь повышается до 210 мВ, не превышая допустимое для столовых вин значение 360 мВ [10, 11].
Незначительное снижение титруемой кислотности и колебания значения рН при сбраживании сусла объясняются изменениями содержания и состава органических кислот, определяющих вкус и гармоничность букета виноматериала (табл. 1). В его составе появляются винная, молочная и уксусная кислоты, снижается концентрация яблочной кислоты.
При сбраживании существенно изменяется аминокислотный состав сусла (табл. 2). Дрожжами используется около 80% аминокислот от их общего содержания. В полученном виноматериале не обнаружены 8 из 23 аминокислот сусла: глютамин, тирозин, р-аланин, орнитин, гистидин, метионин, фенилаланин, лизин. В то же время практически в три раза увеличилось содержание изолейцина, лейцина и этаноламина, а также синтезированы два новых соединения - цистеиновая кислота и гидроксипролин. На фоне снижения общего содержания аминокислот в их составе более чем в три раза повышается доля незаменимых аминокислот.
Полученный сухой виноматериал прозрачный, светло-янтарного цвета. Аромат свежий, средней интенсивности, с хорошо выраженным сортовым тоном и легкими нотами меда, оттенками полевых цветов. Вкус характерный винный, полный, терпкий.
Выводы
1. Исследованы компонентный и индивидуальный химические составы плодов уссурийской груши и их изменения при получении сока и виноматериалов.
2. Разработана оптимальная схема получения сока из плодов груши, включающая послеуборочное дозревание, обработку ферментными препаратами и дигидрокверцетином.
3. Показано, что при дозревании в составе плодов груши снижается титруемая кислотность, возрастает доля гидратопектина и редуцирующих сахаров.
4. Пектиновые вещества груши характеризуются высокими значениями зольности и степени этери-фикации. Обработка их Н-катионитом приводит к снижению степени этерификации с 88,9 до 28,6% и увеличению комплексообразующей способности до 166 мг РЬ2/г.
5. Установлено, что введение в мезгу до 100 мг/дм3 дигидрокверцетина вызывает ингибирование процессов ферментативного окисления.
6. Полученный грушевый виноматериал по содержанию биологически активных веществ не уступает виноградным винам и может быть использован для получения натуральных вин.
Список литературы
1. Витковский В. Л. Плодовые растения мира. СПб., 2003. 592 с.
2. Гудковский В.А. Антиокислительный комплекс плодов и ягод и его роль в защите живых систем (человек,
растение, плод) от окислительного стресса и заболеваний // Основные итоги и перспективы научных исследований ВНИИС им. И.В. Мичурина (1931-2002 гг.) : сб. научн. тр. Тамбов, 2002. Т. 1. С. 76-88.
3. Верхотуров Д.Г., Байкова Г.Н. Минеральный и витаминный состав плодов груши в разных зонах Красноярского края // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2009. №3. С. 22-27.
4. Методы технохимического контроля в виноделии / под ред. В.Г. Гержиновой. Симферополь, 2002. 260 с.
5. Симон А.С., Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Количественная оценка содержания уксусной кислоты, этанола и метанола в виноматериалах // Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств : материалы докл. науч-практ. конф. Иркутск, 2009. С. 134-138.
6. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродуктов : учеб. пособие. М., 2000. 251 с.
7. Тигунцева Н.П., Евстафьев С.Н. О степени этерефикации пектиновых веществ // Перспективы развития тех-
нологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств : матер. докл. на-уч-практ. конф. Иркутск, 2010. С. 102-105.
8. Мехузла Н.А., Панасюк А. Л. Плодово-ягодные вина. М., 1984. 240 с.
9. Евсеева Л.Г., Юшков Г.Г. Биологически активные флавоноиды. Дигидрокверцетин. Ангарск, 2008. 132 с.
10. Энциклопедия виноградарства. Кишинев, 1986. Т. 1. 511 с.
11. Вечер А.С., Юрченко Л.А. Сидры и яблочные игристые вина (химия и технология). М., 1976. 134 с.
Поступило в редакцию 3 марта 2011 г.
