CC BY
52
КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
УдК 663.81
Потери витамина С в апельсиновом соке при хранении в различных видах упаковки
Н. П. Дубодел,
д-р техн. наук, профессор; М. И. Победа,
аспирант
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности
В 2014 г. объем производства соковой продукции в России составил 2818 млн л, что на 4,6% меньше по сравнению с предыдущем годом [1]. На фоне снижения объемов в настоящее время на рынке наблюдается жесткая конкуренция, поэтому все его участники основные силы направляют на снижение издержек и вовлечены в борьбу за доверие потребителя.
Апельсиновый — один из самых популярных соков и нектаров на российском рынке. Согласно исследованиям, доля апельсинового сока на рынке составляет около 14,8% — это третий по популярности вкус после яблочного и мультифруктового в России [2].
Качество соков играет важную роль в общем успехе продукта на рынке, на что, в основном, обращает внимание потребитель. В полной мере это относится к сокам из апельсинов. Для контроля и количественной оценки качества в процессе производства и хранения апельсиновых соков используют несколько индикаторов: органо-лептические характеристики, содержание аскорбиновой кислоты, 5-гидроксиметилфурфурола и т. д. Также очень важно контролировать показатели, которые напрямую не говорят об уровне качества, но могут значительно изменить характеристики продукта, например, содержание растворенного кислорода.
Кислород, растворенный в продукте, играет важную роль в изменении качества соков из цитрусовых фруктов в процессе производства и хранения. Окисление
L-аскорбиновой кислоты приводит к образованию дегидроаскорбино-вой кислоты, которая гидролизует-ся до 2,3-дикето^-гулоновой кислоты [3]. Деградация L-аскорбиновой кислоты приводит к неферментативному потемнению апельсинового сока и образованию веществ, ответственных за посторонние ноты в запахе [4].
Содержание аскорбиновой кислоты в продукте часто рассматривается в качестве важного маркера сохранения его питательной ценности [5]. Высокий уровень (65-100%) анти-оксидантной активности в апельсиновом соке связан с высоким содержанием в нем аскорбиновой кислоты (от 150 до 450 мг/дм3) [6].
В литературе встречаются многочисленные исследования кинетики деградации аскорбиновой кислоты в продуктах. При избытке кислорода процесс описывают как реакцию первого порядка, при его недостатке — второго [7]. Скорость деградации аскорбиновой кислоты увеличивается с ростом температуры, присутствием ионов меди и железа [8], освещенности [9], парциального давления кислорода [10] и при рН выше 4,04 [11].
Известно, что 1 мг кислорода соответствует потере 11 мг L-аскор-биновой кислоты. Если предположить, что исходное содержание витамина С в соке около 450 мг/дм3, а растворимость кислорода примерно 8 мг/дм3, потенциальная потеря L-аскорбиновой кислоты из-за окисления составит около 20 % [12].
Количество растворенного кислорода в жидком продукте зависит
46 ПИВО и НАПИТКИ 2 • 2016
от разных факторов. Оно уменьшается с повышением температуры, снижении парциального давления и увеличения концентрации растворимых сухих веществ (СВ) в соке [4]. Однако, фактическое количество кислорода иногда может быть выше ввиду адсорбции воздуха на поверхности частиц мякоти [12].
В пищевой промышленности используется несколько методов удаления кислорода из жидких продуктов: вытеснение азотом, мембранное газоотделение и окисление D-глюкозы до глюконовой кислоты в присутствии глюкозооксидазы [4]. В производстве соков самым распространенный путь обескислороживания — вакуумная деаэрация, с помощью которой концентрация кислорода в соке может быть снижена до 0,5 мг/дм3.
Кислород проникает практически сквозь все упаковочные материалы. Наибольшее распространение для соков получила многослойная упаковка из полимерных материалов, где алюминиевый слой выполняет главную роль кислородного барьера. Кислород проникает в продукт, в основном, через швы, которые представляют собой мостики полиэтилена без алюминиевого слоя. Известно, что таким образом в продукт попадает от 0,02 до 0,05 см3 кислорода в день для упаковки объемом 1 дм3 [12]. В случае, когда продукт заполняет не весь внутренний объем упаковки, над поверхностью сока остается воздушная прослойка, также служащая источником кислорода для окисления продукта.
Целью данного исследования было оценить влияние содержания растворенного кислорода в апельсиновом соке на потери аскорбиновой кислоты для разных типов асептической упаковки при хранении.
Для исследования использовали 14 образцов восстановленного апельсинового сока с содержанием растворимых СВ 11,8 %, титруемой кислотностью 0,7%, L-аскорбиновой кислоты 400 мг/дм3 и содержанием мякоти 25 мг/дм3. Образцы изготовлены из концентрированного сока бразильского происхождения. В качестве антиоксиданта в сок была добавлена аскорбиновая кислота в количестве 150 мг/дм3.
Образцы соков получали по общепринятой технологии асептического фасования в пакеты из комбинированных материалов на основе картона, полиэтиленовой пленки и алюминиевой фольги. С помощью вакуумного деаэратора содержание растворенного кислорода в образцах было снижено до 0,5 мг/дм3. Затем сок был пастеризован при 88 °С в течение 30 с и асептически упакован в два вида упаковки (табл.1).
Периодически в соке определяли концентрацию L-аскорбиновой кислоты и растворенного кислорода в течение 6 мес хранения при комнатной температуре (25±3 °С).
Содержание растворенного кислорода измеряли с помощью лабораторного оксиметра WTW InoLab Oxi 730 с амперометрическим детектором СеПОх 325. Электрод калибровали во влажном воздухе с помощью специального калибровочного сосуда OxiCall-SL. В процессе
Таблица 1
Вид упаковки Состав слоев Наличие воздушной подушки в пакете
TetraBrick Картон, алюминий, четыре слоя полиэтилена Отсутствует
СотЫА: Картон, алюминий, три слоя полиэтилена 40 см3
Таблица 2
Срок хранения, Содержание растворенного в соке кислорода, мг/дм3
мес Упаковка без воздушной подушки Упаковка с воздушной подушкой
0 0,5 3,2
1 0,2 1,9
2 0,2 0,2
3 0,2 0,2
4 0,2 0,2
5 0,2 0,2
6 0,2 0,2
^_кСОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
исследования упаковку осторожно вскрывали и через отверстие в продукт погружали сенсор оксиметра. Измерения растворенного кислорода производили до устойчивого значения, которое отображалось на дисплее прибора (примерно в течение 60 с).
Содержание аскорбиновой кислоты определяли методом высокоэффективной жидкостной (обращенно-фазовой) хроматографии по ГОСТ Р 53693 [13] на спектрофотометриче-ском детекторе в УФ-области спектра при длине волны 243 нм.
Статистическая обработка. Для построения математической модели и определения связи между содержанием аскорбиновой кислоты и набором количественных и качественных переменных проводили ковариационный анализ (ANCOVA) данных с помощью компьютерной программы XLSTAT 2015.4.01.20059. Объективную оценку эффективности модели по сравнению с экспериментальными данными получали с использованием коэффициента детерминации №2). Для ранжирования степени влияния факторов рассчитывали стандартизованный коэффициент регрессии, известный также как Р-коэффициент.
Полученные данные (табл. 2) показали, что при хранении сока, несмотря на эффективное удаление растворенного кислорода в апельсиновом соке до фасования (до 0,5 мг/дм3), наблюдалась его повышенная концентрация в продукте, расфасованном в упаковку с воздушной подушкой. Содержание кислорода на момент производства составило 3,2 мг/дм3, по истечении первого месяца хранения — 1,9 мг/дм3, после 2 мес уменьшалось до 0,2 мг/дм3 и оставалось стабильным до конца периода наблюдений (см. табл. 2). Полученная закономерность объясняется быстрым расходом кислорода на окислительные реакции в соке в начальном периоде хранения. После 2 мес количество кислорода и его поступление в продукт через упаковку уравновешивают друг друга, сохраняя постоянный уровень до конца срока хранения.
В случае упаковки без воздушной подушки содержание растворенного в продукте кислорода на момент производства было значительно ниже (0,5 мг/дм3), а равновесное
2 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 47
контроль КАЧЕСТВА4
550
450 -
S 400 -
350
0
1
6
2 3 4 5
Срок хранения, мес
— Упаковка без воздушной подушки — Упаковка с воздушной подушкой
Рис. 1. Динамика изменения концентрации аскорбиновой
кислоты в процессе хранения в разных типах упаковки
550-
450-
350
350
400 450 500
Расчетное содержание аскорбиновой кислоты, мг/дм3
550
б00
Рис. 2. Полученное и расчетное содержание аскорбиновой кислоты
состояние наступило уже в течение первого месяца хранения и составило 0,2 мг/дм3. Следует отметить, что уровень, до которого снижается концентрация растворенного кислорода в апельсиновом соке, одинаковый как в упаковке с воздушной подушкой, так и без нее. Таким образом, количество растворенного в продукте кислорода не зависит от изначального его содержания и обусловлено только пропускной способностью упаковки.
В процессе хранения образцов апельсиновых соков определяли количество витамина С. Полученные результаты (рис. 1) показали, что уменьшение концентрации аскорбиновой кислоты (на 26% в течение 6 мес) при хранении апельсинового сока было в упаковке с воздушной подушкой и происходит быстрее, чем в упаковке без нее (на 12%). Это объясняет большое количество кислорода в упаковке с воздушной подушкой.
Используя ковариационный анализ (ANCOVA), исследовали зависимость изменения содержания аскорбиновой кислоты от содержания растворенного кислорода, типа упаковки и продолжительности хранения. Была получена достаточно адекватная модель (рис. 2) с высоким коэффициентом детерминации № = 0,98), которая описывает 98% изменчивости отклика.
Анализ полученных данных показал, что исходное наличие воздушной
21-й международный студенческий конкурс на лучший дизайн упаковки
«Заводной Апельсин - 2016»
The 21-th Internatiog^Student Packaging Competition (ISPC) «Zavodnoy Apelsin - 2016»
с 2016
тДн& mssm. иупДковкД
ES defender
HSFT Group
E Print
<3
1ТШ1
Телефоны и эл. адреса для справок: +7(916) 672-47-85; +7(495) 644-04-02; е-таН: ismiren@mail.ru; www.magpack.ru
+7 (985) 289-28-05;
org@apelsink.ru;
www.apelsink.ru
И!
б00
48 ПИВО и НАПИТКИ
2 • 2016
Чонтроль КАЧЕСТВА
подушки служит определяющим фактором влияния на степень деградации аскорбиновой кислоты в соке в процессе хранения (р-коэффициент -0,87). Следующие причины потерь витамина С — содержание растворенного кислорода (р-коэффициент 0,47) и срок хранения (р-коэффициент -0,33).
На основе статистического анализа данных установлено, что наибольшее влияние на степень деградации аскорбиновой кислоты в апельсиновом соке оказывает наличие воздушной подушки в упаковке. Дрейф кислорода сквозь многослойную упаковку из комбинированных материалов не значителен и влияет на окисление аскорбиновой кислоты мало.
Таким образом, содержание аскорбиновой кислоты на конец срока годности может быть определено, зная исходное количество кислорода в соке и тип используемой упаковки. Эти знания помогут производителям соков оценить влияние количества кислорода на срок годности продукта. Оценка проницаемости различных видов упаковки поможет оптимизировать барьерные свойства упаковочных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пресс-релиз Российского союза производителей соков от 2.03.2015. http://www.rsps.ru/information/Пресс-релиз%20по%20итогам%202014%20 года%20 ок^^
2. Total National Urban market, Nielsen, 2013.
3. Deutch, J. C. Ascorbic acid oxidation by hydrogen peroxide. — Anal Biochem. — 1998. 255:1-7.
4. Garcia-Torres, R. Effects of dissolved oxygen in fruit juices and methods of removal. / R. Garcia-Torres, N. R Ponagandla, R. L, R. M. Goodrich-Schneider, J. I. Reyes-de-Corcuera // Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2009. — 8 (4):409-23.
5. Jung, M. Y. Riboflavin-sensitized photody-namic UV spectrometry for ascorbic acid assay in beverages. / M. Y. Jung, S. H. Kim, S. Y. Kim // — J. Food Sci, 1995. — 60:360-3, 368.
6. Van Bree, I. Modelling the degradation kinetics of vitamin C in fruit juice in relation to the initial headspace oxygen concentration. / I. Van Bree, J. M. Baetens, S. Samapundo, F. Devlieghere, R. Laleman, I. Vandekinderen, B. Noseda, R. Xhaferi, B. De Baets, and B. De Meulenaer. // Food Chemistry, 134:207-214, 2012.
7. Burdurlu, H. S. Degradation of vitamin C in citrus juice concentrates during storage. / Burdurlu, H. S., Koca, N., & Karadeniz, F. // Journal of Food Engineering. — 2006/ 74, 211-216.
8. Khan, M. M. Metal ion and metal chelate catalyzed oxidation of ascorbic acid by molecular oxygen. / Khan M. M, Martell A. E. // — J. Am. Chem. Soc, 1967. — 89:4176-85.
9. Conrad, K. R. Effects of light energy on juices packaged in polyester bottles. In: Proceedings of the ICEF9. / Conrad KR, Davidson VJ, Britt IJ, Mulholland L. // — Intl. Conference Engineering and Food; 2004 March 7-11; Montpellier, France.
10. Solomon, O. Effect of oxygen and fluorescent light on the quality of orange juice during storage at 8 °C. / O. Solomon, U. Svanberg, A. Sahl-strom A. // Food Chem, 1995. — 53:363-8.
11. Blaug, S. M. Kinetics of aerobic oxidation of ascorbic acid. / S. M. Blaug, B. Hajrat-wala // — J. Pharm. Sci., 1972. — 61 (4):556.
12. The orange book, 2nd Edition. Color charts and tables with a focus on juice processing, Tetra Pak Processing Systems AB Lund, Sweden. October 2004. — 208 p.
13. ГОСТР 53693-2009 Продукция соковая. Определение аскорбиновой кислоты методом высокоэффективной жидкостной хроматографии.
Потери витамина С в апельсиновом соке при хранении в различных видах упаковки
Ключевые слова
апельсиновый сок; витамин С; окисление; растворенный кислород. Реферат
Содержание аскорбиновой кислоты в апельсиновом соке часто рассматривается в качестве важного маркера сохранения его питательной ценности. Цель работы: оценить влияние содержания растворенного в продукте кислорода на потери аскорбиновой кислоты в апельсиновом соке в процессе хранения для разных типов асептической упаковки. Исследования проводили для двух типов упаковки из комбинированных материалов: ТеШВпск и СотЫА:. Определяли концентрацию L-аскорбиновой кислоты и растворенного кислорода в течение 6 мес хранения при комнатной температуре. В результате исследования установлено, что наличие воздушной подушки внутри упаковки — определяющий фактор влияния на степень деградации аскорбиновой кислоты в соке в процессе хранения. Дрейф кислорода сквозь многослойную упаковку из комбинированных материалов незначителен и мало влияет на окисление аскорбиновой кислоты. Эти знания помогут производителям соков оценить влияние количества кислорода на срок годности продукта. Оценка проницаемости различных видов упаковки поможет оптимизировать барьерные свойства упаковочных материалов.
Авторы
Дубодел Нина Павловна, д-р техн. наук, профессор; Победа Максим Иосифович, аспирант
ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности 119021, Москва, ул. Россолимо, д. 7, institute@vniinapitkov.ru, m_pobeda@mail.ru
Loss of Vitamin C in Orange Juice During Storage in Various Types of Packaging
Key words
orange juice; ascorbic acid; oxidation; dissolved oxygen. Abstract
The content of ascorbic acid in orange juice is often regarded as an important marker of maintaining its nutritional value. The goal was to evaluate the influence of dissolved oxygen in on ascorbic acid losses in orange juice during storage for different types of aseptic packaging. The research was conducted for two types of packaging materials — TetraBrick and Combifit. L-ascorbic acid and dissolved oxygen concentration was measured during 6 months of storage at room temperature. As a result, we found out that headspace is the main factor of ascorbic acid degradation in the juice during storage. Drift of oxygen through multilayer packaging is not significant and the effect on the oxidation of ascorbic acid is negligible. This knowledge will help juice producers to evaluate the effect of oxygen on product shelf life. Evaluation of different packages permeability will help to optimize the barrier properties of packaging materials.
Authors
Dubodel Nina Pavlovna, Doctor of Technical Science, Professor; Pobeda Maxim Iosiphovich, Post-graduate Student All-Russian Research Institute of Brewing, Beverage and Wine Industries, 7 Rossolimo St., Moscow, 119021, Russia, institute@vniinapitkov.ru, m_pobeda@mail.ru
2 • 2016 ПИВО и НАПИТКИ 49
