CC BY
36
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ"^^^^^^^
УДК 663.8.085. (0 43 3)
Совершенствование технологии производства безалкогольных напитков на основе инулинсодержащего сырья
П. Д. Мурзаева; Д. С. Джаруллаев, д-р техн. наук, профессор Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала
Ключевые слова: инулинсодержащее сырье; полисахарид; пробиотик; СВЧ-пастеризатор; СВЧ-энергия; топинамбур.
Key words: inulin containing raw; polysaccharide; probiotik; microwave-pasteurizer; microwave-energy; helianthus tuberoses.
Рынок продуктов, оказывающих пробиотическое действие (инулин, пищевые волокна), в Европе имеет «исключительно положительный» тренд потребления. Средняя цена 1 кг медицинского инулина колеблется от 50 до 200 евро. Основной источник природного инулина — растения семейства сложноцветных: топинамбур, цикорий, одуванчик, лопух, артишок, скорцонер, девясил и т. д. Инулин состоит из многочисленных структурных элементов, а именно из фруктозы. Он содержится также во многих растениях, которые мы употребляем в пищу: пшенице, луке-порее, луке, спарже. Олигофрук-тоза — компонент инулина и может быть извлечена из него.
Инулин и олигофруктоза служат балластовым материалом, хорошо усваиваются, содержат мало калорий и отлично подходят для диабетиков. Они имеют немного сладкий вкус. По сравнению с другими балластовыми материалами инулин и олигофруктоза оказывают пробиотический эффект: стимулируют рост и активность бифи-добактерий, которые встречаются в толстой кишке и защищают организм от инфекций, вызывающих пищеварительные расстройства. Суточная доза пробиотика инулина — около 1 г.
Инулин (С6Н10О5)я — органическое вещество из группы полисахаридов, полимер О-фруктозы. Это белый порошок, легко растворимый в горячей воде и трудно в холодной. Молекулярная масса 5000-6000. Имеет сладкий вкус. При гидролизе под действием кислот и фермента инулазы образует О-фруктозу и небольшое количество глюкозы.
Инулин, как и промежуточные продукты его ферментативного расщепления — инулиды, не обладает восстанавливающими свойствами. Молекула инулина — цепочка из 30-36 остатков фруктозы в фуранозной форме. Подобно крахмалу, инулин служит запасным углеводом, встречается во многих растениях, главным образом семейства сложноцветных, а также колокольчиковых, лилейных, лобелиевых и фиалковых. В клубнях и корнях георгина, нарцисса, гиацинта, туберозы, цикория и земляной груши (топинамбура) содержание инулина достигает 10-12%. В растениях вместе с инулином почти всегда встречаются родственные углеводы — псевдоинулин, инуленин, левулин, гелиантенин, синистрин, иризин и др., дающие, как и инулин, при гидролизе О-фруктозу. Инулин легко всасывается организмом человека, в связи с чем применяется в медицине как заменитель крахмала и сахара при сахарном диабете. Служит исходным материалом для промышленного получения фруктозы.
Группа компаний «Краснодар-зернопродукт» в станице Новомы-шастовской Красноармейского р-на Краснодарского края строит завод по переработке топинамбура. Первая очередь завода, ориентированная на пищевую промышленность, должна быть введена в строй до конца 2011 г. Вторая — по производству ингредиентов для фармацевтической отрасли — будет сдана двумя годами позже, однако подготовительная работа уже идет полным ходом. Проект реализуется на базе консервного завода. Проектная мощность завода —
50 тыс. т клубней топинамбура в год. Для этого завода в Красноармейском и Калининском р-нах Краснодарского края начали выращивать топинамбур в промышленном масштабе.
На предприятии собираются выращивать топинамбур и перерабатывать его в пектин, инулин и другую продукцию.
Благодаря богатому химическому составу, поздним срокам созревания и высокой урожайности, топинамбур служит ценным сырьем для консервной промышленности. Его переработка позволяет более равномерно загрузить предприятия консервной промышленности в течение года, расширить ассортимент продуктов общего и лечебно-профилактического назначения.
Для обеспечения непрерывного поступления сырья на технологическую обработку необходимо иметь запас топинамбура, так как его уборка производится в осенне-зимний период и погодные условия не всегда способствуют сбору урожая. В целях выбора оптимальных условий хранения топинамбура изучены его изменения при различных температурных режимах.
Клубни топинамбура сорта Интерес, выращенные на Майкопской станции ВИР и в пригороде Краснодара, хранили при температурах -2 °С и 3 °С в полимерных мешках с отверстиями и без них, а также упакованными в пленку по типу «вторая кожица» и в контейнерах без упаковки.
Перед закладкой на хранение сырье сортировали, калибровали и мыли. Об изменении качества сырья судили по следующим показателям: убыль массы, содержание общих и растворимых сухих веществ, кислотность, углеводный состав.
В ходе исследований установлено, что хранение топинамбура при околонулевых температурах сопровождается убылью массы вследствие испарения влаги, величина которой зависит от вида применяемой тары. Наименьшие потери отмечали в клубнях, упакованных в пленку методом «обтягивания», наибольшие — в контрольных образцах. Сырье, выращенное на Майкопской станции ВИР, отличалось более высокой устойчивостью к микробиологической порче, что можно объяснить влиянием агротехнических факторов.
Существенные изменения происходят в углеводном комплексе: в течение первых 2 мес содержание инули-
Г22
ПИВО и НАПИТКИ
5 • 2011
ТТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ
на снизилось в 1,5-2 раза, а спирто-растворимых сахаров соответственно увеличилось. Количество редуцирующих сахаров повысилось лишь на 1-2%. Это дает основание полагать, что деструкция инулина происходит с образованием олигосахаридов. При температуре 3 °С изменения в составе углеводов более выражены. Результаты исследований позволяют сделать вывод, что наилучшему сохранению клубней топинамбура способствуют температурный режим -2 °С и герметичная упаковка: полимерные мешки — в случае дальнейшей переработки сырья и пленка типа «вторая кожица» — для реализации в свежем виде.
Другое инулинсодержащее растение — девясил высокий Inula helenium L. Это многолетнее травянистое растение из семейства сложноцветных (Compositae) c толстым корневищем и многочисленными корнями от него. Стебель прямой, достигает высоты 2,5 м. Листья очередные; нижние с черенками, крупные, эллиптические, длиной до 50 см; верхние стеблеобъемлющие, ланцетные или яйцевидные ланцетные, менее крупные. Цветки желтые, в крупных корзинках, расположенных на толстых цветоносах, на концах побегов в виде кисти или щитка. Краевые цветки в корзинке язычковые, женские, срединные — трубчатые, обоеполые. Плоды — четырехгранные бурые семянки с хохолком. Цветет в июле-сентябре, плоды созревают в августе-октябре. Произрастает в степной и лесостепной зонах европейской части России, в Дагестане, Западной Сибири, Средней Азии. Растет на влажных местах, по берегам рек и горных ручьев, на высокотравных лугах, лесных полянах и опушках, в зарослях кустарников.
С лечебной целью принимают корневища с отходящими от них корнями. Они содержат инулин (до 44%), псевдоинулин, эфирное масло (1-5%), сапонины, смолы, слизистые и горькие вещества, пектины, воск, незначительное количество алкалоидов.
Сырье девясила заготавливают осенью или рано весной. Выкопанные лопатой корневища и корни отрезают от стебля и листьев, очищают, промывают, режут на куски размером 10-20 см, а толстые отрезки расщепляют вдоль, после чего сушат на открытом воздухе, на чердаках,
верандах, в сараях, а в ненастье — в русских печах или сушилках при температуре не выше 40 °С. Готовое сырье — это высушенные кусочки корневищ и корней разнообразной формы, длиной до 20 см, диаметром 1-8 см (более тонкие корни при закладке на сушку выбрасывают), серо-бурого снаружи и желтовато-белого на изломе цвета, со своеобразным ароматическим запахом и приятным, горьковатым, жгучим вкусом. Срок годности сырья — до 3 лет. Хранить его следует в проветриваемых помещениях.
Девясил как лекарственное растение известен с глубокой древности. В народной медицине и ветеринарии его используют как антисептическое, кровоостанавливающее, отхаркивающее, глистогонное, мочегонное средство. Его советуют применять при болезнях желудка и кишечника, мочевого пузыря, простудных заболеваниях, туберкулезе, желтухе, водянке, ревматизме, диабете и др.
В качестве инулинсодержащего сырья используют также клубни якона. В них содержится до 48% инулина, 22% фруктозы, 7% а-глюкозы, 86% в-глюкозы, 4% сахарозы, 4% белка, 4% клетчатки, 1% жира, 4% золы.
Инулин включают прежде всего в противодиабетические биологически активные добавки. Все противошоковые препараты также изготовляются на основе инулина. В Японии производится около 20 препаратов с использованием именно инулина из топинамбура, поскольку он имеет более длинную молекулярную цепочку, в которую можно «вшивать» различные химические реагенты с фармацевтическими свойствами.
Согласно данным маркетингового агентства АКПР к 2015 г. спрос на инулин в России достигнет 2,41 тыс. т в год. Большинство экспертов прочат самые радужные перспективы инули-новому проекту.
Аналитический обзор научной литературы и патентные исследования по производству соков в Российской Федерации показывают необходимость увеличения их выработки, так как спрос населения далеко превышает предложение. Нужно разработать такие новые способы производства соков из инулинсодержащего сырья, которые способствовали бы увеличению выхода сока и повышали его качество по сравнению с существующими способами.
Разработан способ предварительной обработки плодово-ягодного и овощного сырья перед извлечением инулина, увеличивающий проницаемость клеток и соответственно выход сока из них [1]. После инспекции и мойки сырье дробят, обрабатывают мезгу ферментативными препаратами, электрическим током, нагреванием (паром, горячей водой), замораживанием или иными способами. При этом происходит интенсивное окисление получаемой мезги и соответственно сока, что ухудшает качество получаемого продукта. Для устранения этих последствий необходимо применять дополнительные процессы, материалы и оборудование.
Основные биологически активные вещества плодово-ягодного и овощного сырья сосредоточены в соке, т. е. полученные соки, особенно из топинамбура, имеют диетическое и лечебное значение, способствуют усвоению пищи и улучшению обмена веществ в организме человека.
Инулинсодержащее сырье представляет собой живые многоклеточные организмы, протоплазма которых плохо проницаема для находящихся в клетках экстрактивных веществ, так как они препятствуют выходу сока наружу.
Основной фактор, определяющий степень (количество) извлекаемого сока, — увеличение клеточной проницаемости по всему объему, и чем больше погибает клеток, чем быстрее мембрана клеток теряет свою способность удерживать сок, тем больше и легче выходит наружу через образовавшиеся крупные поры сок при последующем прессовании.
Один из наиболее эффективных путей выхода из создавшегося положения — использование СВЧ-энергии, позволяющее осуществить объемный и бесконтактный нагрев обрабатываемого сырья с высокой скоростью [2].
Для увеличения выхода сока и повышения его качества был изучен способ предварительной обработки целых клубней топинамбура электромагнитным полем сверхвысокой частоты 2400±50 МГц, мощностью 400-500 Вт в течение 1,0-1,5 мин с последующим прессованием винтовым прессом. Выход качественного неокисленного сока с оптической плотностью 0,4-0,5 составил 6065%, а температура по всему объему за данный период обработки поднималась до 75...85 °С. При традиционном
5 • 2011
ПИВО и НАПИТКИ 23
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕИННОВАЦИИ в ОТРАСЛИ
способе дробления и прессования выход окисленного сока составляет 50-55% с оптической плотностью 0,8-0,9.
Кинетика выхода сока из целых клубней сортов Скороспелка и Белая урожайная под воздействием ЭМПСВЧ приведена на рис. 1.
Высокий выход сока из целых клубней топинамбура, видимо, связан с объемным поглощением клубнями микроволновой энергии тепловой интенсивности, которая вызывает быстрый нагрев из центра по всему объему, увеличивающий клеточную проницаемость за счет выходящих из клеток и ткани температуры, влаги, воздуха и происходящих при этом микровзрывов, разрушающих мембраны клеток, способствующих более полному извлечению сока из клеток при последующем прессовании.
Как видно из рис. 1, выход сока из целых клубней, обработанных ЭМПСВЧ в течение 1,0-1,5 мин, увеличивается, а затем постепенно уменьшается, что, вероятно, связано с некоторыми потерями влаги.
Дубильные вещества (полифенолы) широко распространены в растительном сырье, они придают продуктам терпкий, вяжущий вкус. При переработке сырья в процессе
дробления, увеличивающем проницаемость клеток, перед прессованием в производстве соков происходит интенсивное окисление полифеноль-ных веществ за счет соприкосновения с кислородом воздуха и присутствия окислительных ферментов с образованием флобофенов коричневого или красного цвета.
В основе процесса ферментативного окисления полифенолов лежит схема академика В. И. Паладина (рис. 2).
Согласно данной схеме водород, отнятый дегидрогеназой от мезги (сока), передается хинону, образовавшемуся из полифенола, и в результате действия окислительных ферментов продукт окисляется.
Для того чтобы предотвратить окисление при переработке плодоовощного сырья, необходимо защитить его от воздействия кислорода воздуха и инак-тивировать ферментную систему. Для предотвращения процесса окисления мезги на производстве обычно используют аскорбиновую кислоту или конвективную теплоту (бланширование). Однако эти способы предотвращают окисление полифенолов лишь в том случае, если данные процессы проводятся сразу после нарушения целостности сырья. В случае задержки процесса на 5-10 мин и более эффектив-
44 40
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 Длительность СВЧ-обработки, мин Скороспелка Белая урожайная
Рис. 1. Кинетика выхода сока из целых клубней топинамбура двух сортов под воздействием СВЧ-энергии
Мезга (сок)
Окисление '
-Н
О
Сфера действия дегидрогеназы
Хинон
Полифенолы
-Н
О
ч
Сфера действия окислительных ферментов
Н20
Рис. 2. Процесс ферментативного окисления полифенолов (схема академика В. И. Паладина)
ность их снижается, что не позволяет использовать их в производственных условиях.
Желаемый эффект достигается при температуре обрабатываемого продукта по всему объему свыше 80 °С (паром, горячей водой), для чего требуется длительное воздействие [3]. При таком воздействии продукт с поверхности разваривается, а до центра тепловое воздействие доходит медленно, так как градиенты температуры и влаги имеют встречную направленность, поэтому получаемый сок будет окисленным и с мякотью.
Для предотвращения окисления сока целые клубни топинамбура без доступа кислорода воздуха обрабатывали СВЧ-энергией, при которой активность ферментной системы не наступает, так как температура по всему объему достигает 75...85 °С, что достаточно для инактивации ферментной системы, при такой обработке также происходит аэрация — удаление воздуха, содержащегося в клубнях топинамбура.
На основе вышеизложенного предлагаем усовершенствованную технологическую схему производства топи-намбурового сока, который в дальнейшем будет использован для производства безалкогольных напитков.
После тщательной мойки и инспекции клубни топинамбура в целом виде обрабатывают СВЧ-энергией частотой 2400±50 МГц, мощностью 400-500 Вт в течение 1,0-1,5 мин, затем прессуют (выход качественного сока при этом составляет 60-65%), фильтруют и пастеризуют в СВЧ-пастеризаторе в течение 7-8 мин. На выходе температура достигает 85.90 °С, что по инструкции достаточно. Затем продукт разливают в подготовленную тару горячим розливом с содержанием сухих веществ 18-20%.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фан-Юнг, А. Ф. Технология консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы/А. Ф. Фан-Юнг, Б. Л. Флауменбаум, А. К. Изотов. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 336 с.
2. Джаруллаев, Д. С. Способ обработки целых семечковых плодов/Д. С. Джарулла-ев, М. С. Аминов // Патент. А. С. СССР. № 175230. Бюл. № 29.
3. Скорикова, Ю. Г. Полифенольный состав плодов и овощей и его изменения в процессе консервирования/ Ю. Г. Скорикова. — Краснодар, 1988. — 69 с. <ST
Е24
ПИВО и НАПИТКИ
5 • 2011
