CC BY
51
УДК 663.81:663.86(045)
технологические режимы получения экстрактов плодово-ягодного сырья для производства функциональных напитков
Е.А. Сосюра, канд. техн. наук; Е.С. Романенко, канд. с.-х. наук; Н.А. Есаулко, канд. с.-х. наук; М.В. Селиванова, канд. с.-х. наук; Т.С. Айсанов, канд. с.-х. наук; М.С. Герман
ставропольский государственный аграрный университет Т.И. Гугучкина, д-р с.-х. наук, профессор
северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия, г. Краснодар Реферат
В последние годы во всем мире наряду с производством безалкогольных напитков широкое распространение стали получать напитки, в основе которых содержатся растительные компоненты. Проблема создания новых видов продукции с широким спектром физиологического действия в настоящее время приобретает первостепенное значение. Растительное сырье служит источником большого количества органических соединений различного строения с разнообразными профилактическими и лечебными пищевыми свойствами. В статье представлены результаты исследования по установлению параметров и режимов извлечения биологически активных веществ из растительного сырья с целью получения экстрактов для приготовления напитков функционального назначения. Работы выполняли ведущие специалисты Ставропольского государственного аграрного университета (г. Ставрополь, Ставропольский край) и Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия (г. Краснодар, Краснодарский край) по общепринятым методикам. При приготовлении экстрактов использовали водную обработку измельченной массы фейхоа и ежевики. Процесс экстрагирования контролировали по изменению массовой доли сухих веществ. В результате проведенных исследований установлены оптимальные параметры и режимы проведения процесса экстрагирования сухих веществ из фейхоа и ежевики: гидромодуль - 1:1, продолжительность процесса - 24 ч.; температура экстрагировании - 25 С. Такие условия проведения процесса обеспечивали наибольшее извлечение сухих веществ без разрушения функциональных ингредиентов, позволяли провести экстракцию в течение небольшого промежутка времени и снизить затраты на температурную обработку среды. Для оценки органолептических показателей полученных экстрактов представлены результаты их дегустационной оценки. Полученные экстракты на основе фейхоа и ежевики отличались высокими органолептическими показателями, обусловленными их яркой янтарно-зеленой и малиновой окраской и интенсивными плодовыми и ягодными ароматами, присущими этому растительному сырью.
Ключевые слова
гидромодуль; ежевика; напитки функционального назначения; температура; фейхоа; экстракт Цитирование
Е.А. Сосюра, Е.С. Романенко, Н.А. Есаулко, М.В. Селиванова, Т.С. Айсанов, М.С. Герман, Т.И. Гугучкина (2019) Технологические режимы получения экстрактов плодово-ягодного сырья для производства функциональных напитков // Пищевая промышленность. 2019. № 2. С. 40-43.
Technological modes of obtaining extracts of fruit and berry raw materials for the production of functional beverages
E.A. Sosyura, Candidiate of Technical Sciences; E.S. Romanenko, Candidate of Agricultural Sciences; N.A. Esaulko, Candidate of Agricultural Sciences; M.V. Selivanova, Candidate of Agricultural Sciences; T.S. Ajsanov, Candidate of Agricultural Sciences; M.S. German
Stavropol State Agrarian University
T.I. Guguchkina, Doctor of Agricultural Sciences, Professor
North Caucasus Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking, Krasnodar
Abstracts
Drinks that are based on herbal ingredients began to receive widespread acceptance in recent years all over the world along with the production of soft drinks. The problem of creating new products with a wide range of physiological actions obtains a paramount importance at the present time. The plant material is a source of large amounts of organic compounds of different structures with a variety of preventive and curative properties of food. The article presents the results of a study on the establishment of extraction parameters and modes of biologically active substances from plant material in order to obtain extracts for the preparation of beverages of a functional purpose. The work was carried out on the basis of Stavropol State Agrarian University (Stavropol, Stavropol Territory) and the North Caucasus Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Wine-Making (Krasnodar, Krasnodar Territory) according to generally accepted methods. In the preparation of extracts used water treatment of the crushed mass of feijoa and blackberry. The extraction process was controlled by changing the mass fraction of dry substances. As a result of the conducted research, the optimal parameters and modes of the process of extraction of dry substances from feijoa and blackberry were established: the hydromodule was 1:1, the process duration was 24 hours; extraction temperature - 25°C. Such conditions of the process provided the greatest extraction of dry substances without destroying the functional ingredients, made it possible to carry out the extraction for a short period of time and reduce the cost of thermal processing of the medium. To assess the organoleptic characteristics of the extracts obtained, the results of their tasting evaluation are presented. The obtained extracts based on feijoa and blackberry were distinguished by high organ-leptic indices due to their bright amber-green and raspberry color and intense fruit and berry aromas inherent in this plant raw material.
Key words
blackberry; drinks of a functional purpose; extract; feijoa; hydraulic kit; temperature Citation
E.A. Sosyura, E.S. Romanenko, N.A. Esaulko, M.V. Selivanova, T.S. Ajsanov, M.S. German, T.I. Guguchkina (2019) Technological modes of obtaining extracts of fruit and berry raw materials for the production of functional beverages // Food processing industry = Pishhevaya promyshlennost. 2019. № 2. P. 40-43.
40 пищевая ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 2/2019
В настоящее время одним из ведущих направлений в пищевой промышленности является формирование рынка отечественных продуктов питания функционального назначения.
Функциональные пищевые продукты -это специальные пищевые продукты, предназначенные для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, обладающие научно обоснованными и подтвержденными свойствами, снижающие риск развития заболеваний, связанных с питанием, сохраняющие и улучшающие здоровье за счет наличия в их составе функциональных пищевых ингредиентов [1-3].
Необходимо отметить, что напитки являются самыми технологичными продуктами при создании новых видов функционального питания, при этом наиболее перспективны напитки на основе натуральных соков, обогащенные биологически активными веществами (БАВ) растительного происхождения. Технологии их производства посвящены научные исследования и разработки таких ученых, как Г.М. Зайко, Л.В. Донченко, Т. Г. Причко, И.А. Ильина, Г.А. Гореликова, л.А. маюрникова, Е.А. Казакова, М.В. Палагина и др. Фруктовые и овощные соки, которые служат основным компонентом безалкогольных напитков, содержат витамин С, бета-каротин, комплекс витаминов группы В и введение в них новых ингредиентов не представляет большой сложности [2, 3].
Была разработана технология производства напитков функционального назначе-
ния из виноградных соков прямого отжима с использованием перспективных сортов и натурального растительного сырья -плодов фейхоа и ягод ежевики [1, 4].
В рамках работы были исследованы параметры и режимы извлечения БАВ из растительного сырья для получения функциональной основы напитков [1]. Для этого были установлены следующие критерии: максимальное извлечение БАВ; высокие органолептические показатели полученного экстракта; доступность и простота технологии выбранного способа извлечения БАВ.
известно, что экстрагирование является наиболее доступным и распространенным в пищевой промышленности способом получения БАВ. При этом на эффективность процесса экстрагирования влияют следующие факторы: природа экстрагента; степень измельчения растительного материала; температура и продолжительность экстракции; разность концентраций веществ в системе и гидродинамические условия; анатомическое строение растительного материала; соотношение «сырье - экстрагент» [5, 6].
Используемый экстрагент должен максимально извлекать необходимые согласно цели экстрагирования соединения, быть безопасным и доступным.
При приготовлении экстрактов использовали водную обработку измельченной массы фейхоа и ежевики, которая полностью отвечает вышеперечисленным требованиям, позволяет переходить в раствор таким соединениям, как антиоксиданты -фенольные вещества, микроэлементы, витамины, а также полисахариды, пигменты, органические кислоты.
Процесс экстракции проводили п р и с о о тн о ш е н и я х сырья и экстрагента (воды) 1:0,5 (вариант 1), 1:1 (вариант 2), 1:1,5 (вариант 3) в течение 48 ч. при комнатной температуре (20 °С). В процессе
экстрагирования осуществляли перемешивание смеси с периодом в 30 мин.
Процесс экстрагирования контролировали по изменению массовой доли сухих веществ через каждые 8 ч. (рис. 1, 2).
Как видно из данных, представленных на рисунках 1 и 2, с увеличением гидромодуля степень извлечения сухих веществ снижалась. При этом во всех вариантах опыта наибольшее количество сухих веществ извлекалось в течение 24 ч. Затем скорость извлечения снижалась, массовая доля сухих веществ с течением времени практически не увеличивалась.
При статистической обработке взаимосвязи накопления в экстрактах сухих веществ от варианта гидромодуля и продолжительности экстрагирования была установлена прямая зависимость между накоплением сухих веществ и продолжительностью процесса и обратная зависимость между накоплением сухих веществ и соотношением сырья и экстрагента, однако коэффициент корреляции не являлся статистически значимым. Это объясняется тем, что зависимость значения массовой доли сухих веществ в исследуемых экстрактах от варианта гидромодуля описывалось квадратичной функцией (рис. 3, 4).
на построенных трехмерных графиках (рис. 3, 4) прослеживалась зависимость накопления сухих веществ от продолжительности экстрагирования, при этом максимальное значение массовой доли сухих веществ достигалось при варианте гидромодуля, обозначенного нами, как вариант 2, т. е. при соотношении сырья и экстрагента 1:1. Так, для экстракта фейхоа при значении гидромодуля 1:1 накопление сухих веществ в течение 24 ч составило 9%, а для исследуемого экстракта ежевики - 5%.
Известно, что одним из факторов, существенно влияющих на скорость извлечения сухих веществ, является температура среды. В связи с этим нами были исследованы параметры температурного режима экстрагирования. Процесс экстракции проводили при температуре среды 20 °С (вариант 1), 25 °С (вариант 2),
12 10
i 6
1
f
!//
г
-Вариант 1 -Вэриэнт2 Вариант 3
48
8 16 24 32 40
Продолжительность экстракции, ч Рис. 1. Динамика изменения массовой доли сухих веществ (СВ, %) в экстракте фейхоа в зависимости от гидромодуля
-Вариант 1 -Вариант 2 Вариант 3
48
8 16 24 32 40
Продолжительность экстракции, ч
Рис. 2. Динамика изменения массовой доли сухих веществ (СВ, %) в экстракте ежевики в зависимости от гидромодуля
СВ, %, фейхоа = -5,8955+13,2х+0,1314у-3,4417х2-0,0045ху-0,0012у2
***льно& «
Рис. 3. Изменение содержания сухих веществ (СВ, %) в экстракте фейхоа в зависимости от варианта гидромодуля и продолжительности экстрагирования
СВ, %, ежевика = "2,3389+6,17х+0,0856у-1,6417х2+0,0002ху-0,001у2
Рис. 4. Изменение содержания сухих веществ (СВ, %) в экстракте ежевики в зависимости от варианта гидромодуля и продолжительности экстрагирования
СВ, %, фейхоа = 6,56-0,127х+0,1932у+0,0037х2+0,0004ху-0,0022у2
п °
го
» » -
Рис. 7. Изменение содержания сухих веществ (СВ, %) в экстракте фейхоа в зависимости от температуры и продолжительности экстрагирования
-Вариант 1 • Вариант 2 Вариант 3 -Вариант 4
8 16 24 32 40
Продолжительность экстракции, ч
Рис. 5. Динамика изменения массовой доли сухих веществ (СВ, %) в экстракте фейхоа в зависимости от температуры среды!
СВ, % = 2,1558+0,0683х+0,0349у
> 6
<5е
Г~1 «{1
п |< дв
* 4.1
<3.6
-.11, Рис. 8. Изменение содержания сухих .О веществ (СВ, %) в экстракте ежевики в зависимости от температуры и продолжительности экстрагирования
-Вариант 1 • Вариант 2 ■ Вариант 3 -Вариант 4
8 16 24 32 40
Продолжительность экстракции, ч
Рис. 6. Динамика изменения массовой доли сухих веществ (СВ, %) в экстракте ежевики в зависимости от температуры среды
Рис. 9.
Органолептический профиль экстрактов фейхоа и ежевики
30 °С (вариант 3), 35 °С (вариант 4) в течение 48 ч при гидромодуле 1:1.
Процесс экстрагирования контролировали по изменению массовой доли сухих веществ через каждые 8 ч (рис. 5, 6).
Как видно из данных, представленных на рис. 5 и 6, с увеличением температуры среды степень извлечения сухих веществ повышалась, т. е. ускорялся массообмен в системе жидкость - твердое тело. Во всех вариантах опыта наибольшее количество сухих веществ извлекалось при температуре 35 °С, наименьшее - при 20 °С.
При этом посредством корреляционного анализа для исследуемых экстрактов фейхоа была установлена статистически
42 ПИЩЕВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ 2/2019
значимая зависимость между накоплением сухих веществ, продолжительностью процесса экстрагирования и показателем температуры экстрагирования. Коэффициент корреляции показателя сухих веществ и продолжительности экстрагирования составлял 0,87, а взаимосвязь между сухими веществами и температурой экстрагирования имел коэффициент корреляции 0,37, который являлся статистически малозначимым.
При температуре экстрагирования 25 °С и 30 °С разница в концентрации сухих веществ была несущественна, особенно при определенной оптимальной продолжительности процесса (24 ч.) и составля-
ла 9,5 и 9,6% соответственно. При этом при увеличении температуры до 35 °С массовая доля сухих веществ возрастала всего на 0,5%, соответственно проведение процесса было нецелесообразно с экономической точки зрения. Таким образом, учитывая отрицательное влияние увеличения температуры на состав экстрагируемых компонентов, в частности, уменьшение концентрации целевых функциональных ингредиентов (витаминов, аминокислот), наиболее оптимальной температурой экстрагирования являлась температура 25 °С.
На трехмерном графике зависимости накопления сухих веществ в экстракте фейхоа в зависимости от температуры
экстрагирования более наглядно представлен оптимальный температурный режим проведения процесса экстрагирования (рис. 7).
Для исследуемых экстрактов ежевики по-средствам модуля описательной статистики была установлена положительная зависимость между значением температуры экстрагирования и накоплением сухих веществ с коэффициентом корреляции 0,57, а также положительная зависимость между значением продолжительности процесса экстрагирования и накоплением сухих веществ с коэффициентом корреляции 0,72.
Посредством трехмерной графики были построены плоскости, отражающие изменение накопления сухих веществ в зависимости от продолжительности процесса экстрагирования и температуры (рис. 8).
накопление сухих веществ в экстракте ежевики варьировало от температуры и продолжительности экстрагирования и описывалось прямой функцией зависимости (рис. 8), т. е. с увеличением температуры среды и продолжительности процесса массовая доля сухих веществ в экстрактах увеличивалась.
Однако при определенной оптимальной продолжительности процесса (24 ч) и температуре экстрагирования 25 °С и 30 °С разница в концентрации сухих веществ была незначительна и составляла 0,2 %. А при дальнейшем увеличении температуры массовая доля сухих веществ возрастала несущественно.
Таким образом, наиболее оптимальным температурным режимом проведения процесса извлечения сухих веществ для ежевики, как и для фейхоа, являлась температура 25 °С.
на основании проведенных исследований были установлены наиболее оптимальные параметры и режимы проведения процесса экстрагирования сухих веществ из фейхоа и ежевики: гидромодуль - 1:1, продолжительность процесса -24 ч; температура экстрагировании - 25 °С. Такие условия проведения процесса обеспечивали наибольшее извлечение сухих веществ без разрушения функциональных ингредиентов, позволяли провести экстракцию в течение небольшого промежутка времени и снизить затраты на температурную обработку среды.
Для оценки органолептических показателей полученных экстрактов проводили их дегустационную оценку после разбавления водой в соотношении 1:2. Вкусоаро-матический профиль экстрактов приведен на рис. 9.
Было установлено, что экстракт фейхоа имел зеленовато-коричневый цвет, терпкий, кислый вкус со смолистыми тонами, сложный аромат с травянистыми, можжевеловыми оттенками. Терпкий вкус экстракта обусловлен переходом большого количества фенольных веществ из сырья. Экстракт ежевики характеризовался темно-малиновым цветом, кислым вкусом, сложным ароматом с оттенками красных ягод: вишни, красной и черной смородины, терна.
Полученные экстракты на основе фейхоа и ежевики отличались высокими органо-лептическими показателями, обусловленными их яркой янтарно-зеленой и малиновой окраской и интенсивными плодовыми и ягодными ароматами, присущими этому растительному сырью [7-9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Сосюра, Е. А. Разработка технологии напитков функционального назначения на основе виноградного сока: автореф. дис____канд. техн. наук/Е.А. Сосюра. - Краснодар, 2014. - 24 с.
2. Сосюра, Е.А. Технология производства напитков функционального назначения на основе виноградного сока/ Е.А. Сосюра, Т.И. Гугучкина, Б.В. Бурцев // Вестник АПК Ставрополья. - 2014. - № 1 (13). - С. 35-38.
3. Сосюра, Е.А. Технология производства напитков функционального назначения на основе виноградного сока и фей-хоа/Е.А. Сосюра, Т.И. Гугучкина, Б.В. Бурцев. -Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: материалы Междунар. науч.-практ. конф./СтГАУ. - Ставрополь, 2013. - 225-229 с.
4. Сосюра, Е.А. Использование плодов фейхоа и ежевики для производства напитков функционального назначения/ Е.А. Сосюра [и др.] // Пищевая промышленность. - 2013. -№ 7. - С. 57-59.
5. Сосюра, Е.А. Характеристика процессов экстрагирования для получения пищевых ингредиентов в технологии напитков функционального назначения/ Е.А. Сосю-ра. - Современные ресурсосберегающие инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в СевероКавказском федеральном округе: материалы 80-ой науч.-прак. конф. - СтГАУ. - Ставрополь, 2015. - 156-159 с.
6. Сосюра, Е.А. Экстракты из растительного сырья в технологии напитков функционального назначения/ Е.А. Сосюра [и др.] // Вестник АПК Ставрополья. - 2013. - № 2 (10). - С. 41-44.
7. Сосюра, Е.А. Напитки функционального назначения на основе виноградного сока/Е.А. Сосюра. - Молодые ученые СКФО для АПК региона и России: сб. науч. тр. -СтГАУ. - Ставрополь, 2013. - 37-41 с.
8. Сосюра, Е.А. Напиток функционального назначения на основе виноградного сока и ежевики/Е.А. Сосюра. - Современные ресурсосберегающие инновационные технологии возделывания сельскохозяйственных культур в Северо-Кавказском федеральном округе: материалы 78-ой науч.-практ. конф./СтГАУ. -Ставрополь, 2014. - 188-191 с.
9. Sosyura, Е.А. Prospects of using fruit of feijoa and blackberry for production of drinks of the functional purpose/E.A. Sosyura [et al.] // Harvard Journal of Fundamental and Applied Studies. - 2015. - № 1 (7). - С. 548-556.
REFERENCES
1. Sosjura, E.A. Razrabotka tehnologii napit-kov funkcional'nogo naznachenija na osnove
vinogradnogo soka: avtoref. dis____kand. tehn.
nauk/E.A. Sosjura. - Krasnodar, 2014. - 24 s.
2. Sosjura, E.A. Tehnologija proizvodst-va napitkov funkcional'nogo naznachenija na osnove vinogradnogo soka/E. A. Sosjura, T.I. Guguchkina, B.V. Burcev // Vestnik APK Stavropol'ja. - 2014. - № 1 (13). - S. 35-38.
3. Sosjura, E.A. Tehnologija proizvodstva napitkov funkcional'nogo naznachenija na osnove vinogradnogo soka i fejhoa/E.A. Sosjura, T. I. Guguchkina, B. V. Burcev. - Aktual'nye voprosy sovershenstvovanija tehnologii proizvodstva i pererabotki produkcii sel'skogo hoz-jajstva: materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf./StGAU. - Stavropol', 2013. - 225-229 s.
4. Sosjura, E. A. Ispol'zovanie plodov fe-jhoa i ezheviki dlja proizvodstva napitkov funkcional'nogo naznachenija/ E. A. Sosjura [i dr.] // Pishhevaja promyshlennost'. - 2013. -№ 7. - S. 57-59.
5. Sosjura, E.A. Harakteristika processov jek-stragirovanija dlja poluchenija pishhevyh ingre-dientov v tehnologii napitkov funkcional'nogo naznachenija/ E.A. Sosjura. - Sovremennye resursosberegajushhie innovacionnye tehnologii vozdelyvanija sel'skohozjajstvennyh kul'tur v Severo-Kavkazskom federal'nom okruge: materialy 80-oj nauch.-prak. konf. - StGAU. -Stavropol', 2015. - 156-159 c.
6. Sosjura, E.A. Jekstrakty iz rastitel'nogo syr'ja v tehnologii napitkov funkcional'nogo naznachenija/E.A. Sosjura [i dr.] // Vestnik APK Stavropol'ja. - 2013. - № 2 (10). - S. 41-44.
7. Sosjura, E. A. Napitki funkcional'nogo naznachenija na osnove vinogradnogo soka/E. A. Sosjura. - Molodye uchenye SKFO dlja APK regiona i Rossii: sb. nauch. tr. -StGAU. - Stavropol', 2013. - 37-41 c.
8. Sosjura, E.A. Napitok funkcional'nogo naznachenija na osnove vinogradnogo soka i ezheviki/E.A. Sosjura. - Sovremennye resursosberegajushhie innovacionnye tehnologii vozdelyvanija sel'skohozjajstvennyh kul'tur v Severo-Kavkazskom federal'nom okruge: materialy 78-oj nauch.-prakt. konf./StGAU. - Stavropol', 2014. - 188-191 s.
9. Sosyura, E.A. Prospects of using fruit of feijoa and blackberry for production of drinks of the functional purpose/E.A. Sosyura [et al.] // Harvard Journal of Fundamental and Applied Studies. - 2015. - № 1 (7). - S. 548-556
Авторы
Сосюра Елена Алексеевна, канд. техн. наук, Романенко Елена Семеновна, канд. с.-х. наук, Есаулко Наталия Александровна, канд. с.-х. наук, Селиванова Мария Владимировна, канд. с.-х. наук, Айсанов Тимур Солтанович, канд. с.-х. наук, Герман Мария Сергеевна
Ставропольский государственный аграрный университет, 355017,
г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, д. 12, [email protected] Гугучкина Татьяна Ивановна, д-р с.-х. наук, профессор Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия, 350901, г. Краснодар, ул. 40 лет Победы,
д. 39, [email protected]
Authors
Sosyura Elena Alekseevna, Candidiate of Technical Sciences, Romanenko Elena Semenovna, Candidate of Agricultural Sciences, Esaulko Nataliya Aleksandrovna, Candidate of Agricultural Sciences, Selivanova Mariya Vladimirovna, Candidate of Agricultural Sciences, Ajsanov Timur Soltanovich, Candidate of Agricultural Sciences, German Mariya Sergeevna
Stavropol State Agrarian University, 12, Zootehnicheskij lane, Stavropol, 355017, [email protected]
Guguchkina Tatyana Ivanovna, Doctor of Agricultural Sciences, Professor North Caucasus Federal Scientific Center for Horticulture, Viticulture, Winemaking, 39, 40 let Pobedy str., Krasnodar, 350901, [email protected]
