CC BY
35
СЫРЬЕ
и МАТЕРИАЛЫ
УДК 663.81; 663.86.054.1
Разработка концентратов для новых витаминизированных диетических и профилактических напитков на основе топинамбура
Е. Ф. Шаненко,
канд. биол. наук, доцент;
Т. Г. Мухамеджанова,
канд. техн. наук, доцент;
Л А. Чурмасова,
канд. техн. наук, доцент;
Г.Е. Индисова,
канд. техн. наук, доцент;
А.Н. Пахомова,
студентка
Московский государственный университет пищевых производств
Ухудшение экологической обстановки, особенно в крупных городах, влечет за собой резкое увеличение заболеваемости атеросклерозом, сахарным диабетом, ожирением и другими болезнями, связанными с нарушением обмена веществ. Возникает необходимость увеличения производства высококачественных продуктов питания, особое место среди которых занимают диетические продукты.
В МГУПП проводят направленные исследования по разработке технологии новых витаминизированных продуктов функциональной направленности.
Пристальное внимание к проблеме питания в современном мире стимулирует многочисленные исследования, направленные на изучение физиологии питания, химического состава пищевых продуктов, влияния питания на состояние здоровья человека и предупреждение возникновения заболеваний. Увеличение количества больных диабетом, сердечнососудистыми заболеваниями и ожирением связано с неправильным питанием; излишним потреблением калорий, соли; неумеренным применением в агротехнике инсектицидов, пестицидов, удобрений; химических добавок (консервантов и антиокси-дантов) в пищевой технологии.
Возрастающий интерес к сбалансированному питанию, расширение выпуска натуральных ингредиентов привели к возникновению новой
отрасли — производству «здоровой», «натуральной» пищи («Health food») [1].
При создании продуктов здорового питания большое внимание уделяют углеводному составу. В функциональных продуктах сахарозу часто заменяют фруктозой, олигосахарида-ми, стевией и другими натуральными подсластителями. Топинамбур — перспективный источник углеводов. Помимо полифруктана и его низших гомологов топинамбур содержит другие углеводные полимеры, которые в современной диетологии классифицируются как пищевые волокна — клетчатка, пектин, гемицеллюлозы. Кроме того, клубни топинамбура содержат белки, аминокислоты, жирные кислоты, некоторые витамины. Топинамбур богат фруктозой, которую широко применяют при изготовлении самых разнообразных пищевых продуктов [2-4]. Как подслащивающий агент фруктоза в 1,6-1,8 раза слаще сахарозы. Максимальное ощущение сладости дает фруктоза при потреблении охлажденных продуктов с низким содержанием сухих веществ и низким рН. Фруктозу в качестве улучшителя вкусовых качеств используют при изготовлении напитков, десертов, йогуртов, шоколада, конфет, мороженного. Полная или частичная замена сахарозы в рецептуре этих продуктов позволяет значительно снизить калорийность продукта, что имеет большое значение в диетическом питании. Сниже-
86 ПИВО и НАПИТКИ 3•2018
Варианттермообработки Сухие вещества, % рн Свободные редуцирующие вещества, мг/г а. с. в. Аскорбиновая кислота, мг% Цвет Расслоение
Сырой измельченный топинамбур 21,5 6,3 20,9 6 Сероватый Есть
Варка с подкислением, 100 °С, 30 мин 17,8 4,7 60,8 4,2 Кремовый Нет
Варка, 100 °С, 45 мин 20,3 5,7 50,7 4,8 »
Автоклавирование 1,0 атм, 20 мин 17 5,7 44,7 4,7 Серый
СВЧ обработка, 90 °С, 10 мин 21 5,9 21,6 6 Кремовый
ние водной активности за счет фруктозы позволяет снизить ферментную и окислительную деградацию, а также бактериальный рост в продуктах. Замена сахарозы на фруктозу приводит к снижению общей кислотности на 5-20 % [4]. Возможно применение фруктозы, как подсластителя, в комбинации с крахмалом при получении пастообразных фруктовых десертов, так как она способствует образованию более прочного геля при более низких значениях рН, чем сахароза. Добавление полидекстрозы в комбинации с фруктозой придает мороженому кремовую вязкость [3]. Добавление фруктозы в рацион и в лечебные продукты для больных диабетом и ожирением приводит к снижению гликемического индекса [4].
В составе диетических продуктов топинамбур может служить источником пищевых волокон, которые обладают многообразным физиологическим воздействием на организм человека. Статистика показывает, что увеличение содержания в рационе так называемых «неусвояемых» углеводов снижает частоту таких заболеваний, как сахарный диабет, ожирение, нарушение липидного обмена и атеросклероз, дивертикулез и желчнокаменная болезнь [5]. Химический состав клубней топинамбура, %: влага — 77,3; белки -1,7; общие липиды — 0,28; углеводы — 15,7; пищевые волокна — 3,98; зола — 1,05; инулин и сопутствующие полисахариды — 7,82; растворимые пищевые волокна — 0,92, в том числе пектиновые вещества — 0,83; нерастворимые пищевые волокна — 2,57.
Содержащиеся в топинамбуре фруктоолигосахариды (ФОС), не ме-таболизируются человеческим организмом и могут служить источником питания для различных микроорганизмов ЖКТ, например, бифидобак-терий.
Свежие клубни топинамбура содержат 18-20 % сухих веществ, из которых примерно 70-80 % прихо-
дятся на растворимые ФОС. Около 70 % ФОС имеют степень полимеризации 10, а 30 % представляют собой инулин. В период хранения эти соотношения меняются, состав клубней осенней уборки значительно отличается от состава клубней после зимнего хранения [6-9].
Как показывают многочисленные исследования, ФОС ускоряют рост бифидобактерий, представляющих большой интерес с точки зрения функциональности продуктов [10]. Результаты исследований влияния ФОС на внутрикишечную флору и здоровье в целом показали, что эти вещества используются исключительно бифидобактериями. Непере-вариваемость фруктоолигосахаридов людьми подтверждается клиническими исследованиями при помощи испытаний на толерантность к сахару [10].
Бифидобактерии производят одновременно уксусную и молочную кислоты путем системы метаболизма глюкозы. Производство уксусной и молочной кислот, а также небольшого количества муравьиной кислоты в результате углеводного катаболизма — это те характеристики, которые делают бифидобактерии эффективным противником патогенов пищеварительного тракта. Эти органические кислоты и низкие значения рН предупреждают появление патогенных бактерий. В толстой кишке человека бифидобактерии синтезируют витамины: тиамин, рибофлавин, витамины В6 и К, и некоторые аминокислоты, которые абсорбируются в кишечнике и затем медленно поглощаются организмом [7]. Существует мнение, что бифидобактерии обладают также антиканцерогенными свойствами, способствуют снижению уровня холестерина.
В результате обследования населения России, проведенного специалистами Института Питания РАМН РФ, было установлено, что 40-60 % жителей нашей страны страдает не-
достатком потребления витамина А и р-каротина. Продукты, обогащенные р-каротином, эффективны при лечении и профилактике различных заболеваний. Все это вызывает увеличенную потребность в продуктах, обогащенных биологически активными компонентами [10].
Топинамбур плохо хранится, поэтому важную роль играет приготовление концентратов из него, которые могли бы стать доступными для потребления людьми разного материального достатка в любое время года.
Разработка технологии переработки сырья, позволяющая создать обезвоженные продукты из топинамбура, обладающие повышенной биологической ценностью за счет введения р-каротина — актуальное направление исследований.
При разработке технологии концентратов из нового вида сырья, топинамбура, необходимо было подобрать технологические режимы обработки, позволяющие максимально сохранить биологически активные компоненты сырья и получить продукт с хорошими органолептически-ми показателями.
При измельчении клубни топинамбура быстро темнеют в результате активного окисления фенолов полифенолоксидазой, поэтому для инактивации фермента было проведено несколько вариантов термообработки. Клубни варили, обрабатывали паром и СВЧ-излучением. Для инактивации фермента при варке дополнительно использовали подкисление лимонной кислотой. Результаты экспериментов по влиянию термообработки на качество пюре из топинамбура приведены в табл. 1.
Анализ режимов термообработки показал, что наилучший результат дал вариант варки с подкислением, поэтому на первой стадии получения концентрата для предотвращения потемнения необходимо проводить гидротермическую обработку
3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 87
Продолжительность осахаривания, ч Образец 1 — Образец 2 — Образец 3 Образец 4
Накопление редуцирующих веществ биомассы топинамбура в процессе осахаривания
Таблица 2
Количество вносимого Сохраняемость р-каротина, % от исходного содержания
p-каротина, мг/100 г 1 мес 3 мес 6 мес
2,5 99 95 94
5 95 93 93
клубней с добавлением лимонной кислоты.
Воздействие в течение длительного времени температур 40...60 °С, вызывает изменение органолептиче-ских свойств и химического состава биомассы измельченных клубней. В этом диапазоне температур интенсивно действуют пектолитические ферменты и инулиназы, в результате чего масса разжижается и в ней повышается содержание редуцирующих веществ (РВ) [3].
С целью изучения влияния термообработки на пюре из топинамбура проводили выдержку измельченных клубней при температуре от 25 до 80 °С в течение 12 ч. В обработанном пюре определяли содержание редуцирующих веществ и сокоотдачу. Оба эти показателя характеризуют интенсивность протекания гидролитических процессов. Полученные данные показали, что максимальное накопление редуцирующих веществ в концентрате достигается при температуре обработки 50 °С. Повышение и снижение температуры отрицательно сказывается на выходе редуцирующих веществ.
На рисунке изображены кривые накопления РВ, на которых в образце 1 гидролиз проходит при температуре 80 °С, в образце 2 — при 25, образце 3 — при 40, образце 4 — при 50 °С.
Поскольку для предотвращения потемнения концентрата в технологии предусмотрено внесение кисло-
ты, то было целесообразно изучить влияние рН среды на образование редуцирующих веществ при термообработке. Полученные результаты показали, что сдвиг рН от оптимального значения как в слабокислую, так и в щелочную зону снижает содержание РВ в обработанном концентрате. Максимальное накопление РВ в среде отмечено при рН 4,7.
Изучение влияния режимов термообработки на сокоотдачу показало, что при максимально благоприятных условиях осахаривания (рН 4,7, температуре 50 °С, продолжительности 5 ч) количество легкоотделяющейся жидкой фазы возрастает всего на 7 %, в то время как содержание РВ увеличивается с 2,3 до 46 %. Расслоения пюре в ходе обработки не наблюдали.
Органолептический анализ концентрата, обработанного при температуре 50 °С в течение 5 ч, показал, что такая обработка приводит к значительному увеличению сладости продукта за счет гидролиза инулина и образования фруктозы.
Представленные результаты позволяют сделать вывод, что наиболее полный гидролиз полисахаридов происходит при температуре 50 °С, времени гидролиза 5 ч и рН 4,7. Использование таких дешевых, недефицитных видов сырья как топинамбур в качестве основы для создания витаминизированных продуктов, позволяет получать продукты с достаточно низкой себесто-
Таблица 3
Показатель Установленное значение, мг/кг
Фосфор 3250
Калий 19 870
Натрий 150
Кальций 21 200
Магний 785
Железо 176
Марганец 3,8
Кремний 2
Медь 7,4
Цинк 10
Свинец Не обнаружено
Кадмий То же
Мышьяк »
Ртуть »
имостью и предполагает потребление этих продуктов всеми группами населения.
Разработка рецептуры витаминизированных пюреобразных концентратов из топинамбура учитывает сочетание собственных витаминов в указанном продукте и уровень рекомендованной нормы их потребления, что безусловно перспективно и позволяет создать доступные виды пищевых продуктов, восполняющие дефицит основных витаминов.
Для определения сохранности водорастворимого р-каротина, его 1%-ный раствор вводили в продукт в двух дозах: лечебно-профилактическая (5 мг/100 г) и профилактическая (2,5 мг/100 г). Результаты исследований по сохраняемости Р-каротина в концентратах из топинамбура приведены в табл. 2.
Анализ показал, что потери р-ка-ротина после 1 мес хранения составили 1-5 %, а после 6 мес — 6-7 % от исходного содержания.
Содержание микро- и макроэлементов в концентрате из топинамбура представлено в табл. 3.
Полученный концентрат обладает высокой биологической ценностью не только благодаря своему углеводному и витаминному составу, но и за счет высокого содержания таких жизненно важных элементов как цинк, кремний и калий.
Разработанная технология позволяет получить новый продукт с вы-
88 ПИВО и НАПИТКИ 3•2018
сокой биологической ценностью, который может быть использован как самостоятельный продукт питания, а также в качестве концентрата для получения напитков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гореликова, Г. А. Научное обоснование и практические аспекты разработки и оценки потребительских свойств функциональных безалкогольных напитков: автореф. дис. ... д-ра техн. наук // Г. А. Гореликова. — Кемерово, 2008. — 45 с.
2. Патент № 2167198 РФ, МПК С 13 К 11/00, С 13 F 3/00, А 23 L 1/09. Способ производства фруктозного сиропа из топинамбура / В. М. Кантере, А. Ю. Винаров, Т. Г. Мухамеджанова и др.; заявитель и патентообладатель Кантере В. М., Винаров А. Ю. — № 2000115922/13; заявл. 22.06.2000; опубл. 20.05.2001.
3. Шаненко, Е. Ф. Топинамбур — сырье профилактического питания /Е. Ф. Шаненко, М. Г. Силаева, Г. А. Ермолаева // XVI Всероссийский конгресс нутрициологии и диетологии: Качество пищи. — Москва, 2016.
4. Силаева, М.А. Безалкогольный напиток на основе автолизата инулина топинамбура / М. А. Силаева [и др.] // Пиво и напитки. — 2016. — № 4. — С. 16-18.
5. Золотин, А. Ю. Роль некоторых факторов в технологии продуктов здорового питания / А. Ю. Золотин [и др.] // Инновации в технологии продуктов здорового питания: Сб. науч. трудов. — Калининград, 2015. — С. 139-145.
6. Екутеч, Р. И. Разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура: автореф. дис. . канд. техн. наук / Р. И. Екутеч. — Краснодар, 2010. — 20 с.
7. Гулюк, Н. Г. Исследование процесса диффузии инулина из клубней топинамбура // Н. Г. Гулюк [и др.] / Достижения науки и техники АПК. — 2014. — № 12. — С. 67-69.
8. Назаренко, М.Н. Исследование процесса ферментации инулина при производстве фруктозо-глюкозного сиропа / М. Н. Назаренко [и др.]// Научный журнал КубГАУ. — 2014. — № 98. — С. 1-13.
9. Назаренко, М. Н. Изменение инулина в клубнях топинамбура при хранении / М. Н. Назаренко [и др.]// Научный журнал КубГАУ. — 2013. — № 94. — С. 1-10.
10. Марина, Н.В. Продукты повышенной биологической ценности из нетрадиционного растительного сырья // Н. В. Марина, Г. Н. Новоселова, С. А. Шавнин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2010. — № 1 (8). — С. 2079-2082. &
Разработка концентратов для новых витаминизированных диетических и профилактических напитков на основе топинамбура
Ключевые слова
бифидобактерии; витамины В6 и К; концентрат; лимонная кислота; повышенная биологическая ценность; продукты функциональной направленности; топинамбур; фруктоолигосахариды; р-каротин.
Реферат
В настоящее время наблюдается резкое увеличение заболеваемости населения атеросклерозом, сахарным диабетом, ожирением и другими болезнями, связанными с нарушением обмена веществ. Представлены данные о направленных исследованиях по разработке технологии производства новых витаминизированных продуктов функциональной направленности. Исследования обусловлены необходимостью создания продуктов диетического питания. Топинамбур - перспективное сырье, в состав которого входят компоненты, благоприятно влияющие на процессы в желудочно-кишечном тракте человека. Топинамбур содержит пищевые волокна, обладающие многообразным физиологическим воздействием на организм человека; фруктоолигосаха-риды, используемые бифидобактериями и ускоряющими их рост. Известно, что бифидобактерии синтезируют витамины: тиамин, рибофлавин, витамины В6 и К и некоторые аминокислоты. С целью сохранения свойств сырья разработаны режимы его обработки и технология, позволяющая создать обезвоженные продукты из топинамбура, обладающие повышенной биологической ценностью за счет введения р-каротина. Клубни топинамбура обрабатывали паром, варили и обрабатывали СВЧ-излучением. При варке дополнительно использовали подкисление лимонной кислотой. Разработанная технология позволяет получить новый продукт с высокой биологической ценностью, который может быть использован как самостоятельный продукт диетического питания, а также в качестве концентрата для получения напитков.
Авторы
Шаненко Елена Феликсовна. канд. биол. наук, доцент; Мухамеджанова Татьяна Георгиевна. канд. техн. наук, доцент; Чурмасова Людмила Алексеевна. канд. техн. наук, доцент; Индисова Галина Евгеньевна. канд. техн. наук, доцент; Пахомова Анна Николаевна. студентка Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Россия, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, i713973@yandex.ru
The Development of Concentrates for New Vitaminized Dietary and Preventive Drinks Based on Jerusalem Artichoke
Key words
bifidobacteria; vitamins B6 and K; concentrate; lemon acid; increased biological value; products of functional orientation; Jerusalem artichoke; fructooligosaccharides; p-carotene.
Abstract
At present, there is a sharp increase in the incidence of atherosclerosis, diabetes, obesity and other diseases associated with metabolic disorders. Data on directed research on the development of technology for the production of new vitaminized products of functional orientation are presented. These studies are due to the need to create products of dietary nutrition. Perspective raw materials - Jerusalem artichoke, which includes components that favorably influence the processes in the human gastrointestinal tract: dietary fiber, which has a diverse physiological effect on the human body; fructooligosaccharides used by bifidobacteria and accelerating their growth, since they possess anticarcinogenic and cholesterol-lowering properties. It is known that bifidobacteria synthesize vitamins: thiamine, riboflavin, vitamins B6 and K and some amino acids. In order to preserve the properties of the Jerusalem artichoke, its treatment regimes and technology have been developed that allow the creation of dehydrated products of Jerusalem artichoke, which have an increased biological value due to the introduction of p-carotene. The tubers of Jerusalem artichoke were steamed, cooked and processed with microwave radiation. During cooking, acidification with citric acid was additionally used. The developed technology allows obtaining a new product with high biological value, which can be used as an independent product of dietary nutrition, and as a concentrate for obtaining beverages.
Authors
Shanenko Elena Feliksovna. Candidate of Biological Science, Associate Professor;
Mukhamedzhanova Tatiana Georgievna.
Candidate of Technical Science, Associate Professor;
Churmasova Lyudmila Alekseevna,
Candidate of Technical Science, Associate Professor;
Indisova Galina Evgenievna.
Candidate of Technical Science, Associate Professor;
Pakhomova Anna Nikolaevna, Student
Moscow State University of Food Production,
11 Volokolamskoe shosse, Moscow, 125080, Russia, i713973@yandex.ru
3•2018 ПИВО и НАПИТКИ 89
