CC BY
1Золотарева А.М., д-р техн. наук, профессор кафедры «Биоорганическая и пищевая химия», ВСГТУ Научное направление: Технология переработки сырья растительного и животного происхождения
УДК 641.1:582.866.002.35
ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОБЛЕПИХОВОГО СОКА
Изучен механизм стабилизации коллоидной структуры облепихового сока суспензией цеолита в натив-ном облепиховом соке. Доказано, что стабилизация структуры сока осуществляется не только введением готовых форм стабилизирующих препаратов или за счет купажирования с сырьем, содержащим пектиновые веществ, но и за счет концентрации монодисперсных коллоидных частиц.
Ключевые слова: облепиховый сок, стабилизация, монодисперсные коллоидные частицы.
MULTIPLE TECHNOLOGY OF PROCESSING HIPPOPHOE JUICE
Zolotareva A.M.
The mechanism of stabilization of structure ofjuice is studied by a solution of zeolite. It is shown, that suspension of zeolite is diverse, therefore is less steady and cooperating with particles ofjuice forms stable system. It is proved, that stabilization of structure of juice is carried out not only introduction of ready forms of stabilizing preparations or due to a combination to raw material containing pectinaceous substances, but also due to concentration of homogeneous particles.
На мировом рынке напитков в настоящее время очень популярны оздоровительные напитки. Плодово-ягодные соки отличаются повышенной физиологической активностью при низкой энергетической ценности, обеспечивают организм человека набором необходимых легкоусвояемых биологически активных веществ. Несмотря на то, что производство соков является одной из наиболее быстро развивающихся отраслей плодоовощной промышленности, ассортимент натуральных соков на рынке Бурятии представлен, в основном, продукцией зарубежных производителей или соками, изготовленными в центральных регионах России. Местное сырье для производства натуральных соков используется либо в недостаточной мере, либо не используется вообще[1-3].
В Республике Бурятия промышленной ягодной культурой является облепиха. Отличительной особенностью облепихового сока является значительное содержание аскорбиновой кислоты на фоне высокой кислотности, а также присутствие липидов и жирорастворимых витаминов. Коллоидная система сока является полидисперсной и, как следствие, седиментаци-онно не устойчивой. Особенности расслаивающейся системы облепихового сока обусловливают необходимость разработки способов его стабилизации.
Одним из способов стабилизации структуры сока является осветление. Осветленные соки, освобожденные от взвешенных частиц мякоти и большей части коллоидных веществ, более стойки при хранении, хотя и несколько менее обогащены биологически активными веществами по сравнению с соками, содержащими мякоть.
В эксперименте изучена возможность использования в качестве осветляющего агента белых глин и клиноптилолитов местных источников. Предварительные исследования показали, что максимальным осветляющим эффектом обладает пылевидная фракция цеолита, диаметр частиц которой не превышает 10 мкм.
Эффективность обработки сока зависит от адсорбционных характеристик материала и количества вносимого сорбента, определяемого в каждом отдельном случае. При этом целью является достижение осветления при наименьшей дозе адсорбента. Это позволяет не только уменьшить потери сока с осадком, но и снизить расход адсорбента. При внесении равных концентраций сорбентов к массе неосветленного сока установлено, что адсорбционная способность цеолита на 58% выше, чем у белой глины.
Эти данные подтверждаются в эксперименте по определению количества вносимого сорбента. Для осветления в нативный облепиховый сок вносили белую глину и цеолит в ко -личестве от 10* 10 _3 до 100*10 _3 кг/м3 . Эффект осветления определяли путем сравнения физико-химических показателей. Установлено, что максимальным осветляющим эффектом обладают концентрации суспензии цеолита и белой глины 40*10 _з и 70*10 _з кг/м3 соответственно.
Динамику процесса осветления облепихового сока изучали по седиментационной способности коллоидных частиц (рис. 1).
0 1 0 20 30 40 50 60 70 80
Длительность, мин —■—глина —*—цеолит
Рис. 1. Седиментация коллоидных частиц
Из данных рисунка 1 следует, что процесс осветления при использовании цеолита заканчивается за 60 мин, в случае использования суспензии глины за 80 мин.
С целью изучения механизма седиментации коллоидных частиц сока был определен радиус коллоидных частиц и характер их распределения в суспензии. Дифференциальная кривая распределения коллоидных частиц (рис. 2) показывает, что при использовании цеолита заданной концентрацией 40*10_3 кг/м3 наиболее вероятны частицы с радиусом 0,05; 0,10 и 0,195 мм. При использовании белой глины концентрации 70*10 _з кг/м3 вероятны более мелкие однородные частицы, радиус которых составляет от 0,05 до 0,075 мм.
Для определения процентного содержания частиц разного размера была получена интегральная кривая распределения коллоидных частиц, анализ которой свидетельствует, что половина частиц в суспензии цеолита имеет радиус от 0,03 до 0,2 мм, в суспензии белой глины их радиус значительно меньше 0,03 - 0,15 мм.
Поскольку суспензия цеолита более полидисперсна, она менее седиментационно устойчива. Кроме того, при использовании цеолита получается плотный осадок, что позволяет легко декантировать надосадочную жидкость и исключить процесс фильтрации. На основа-
нии полученных экспериментальных данных нами рекомендовано использование цеолита в качестве осветляющего агента.
В результате процесса осветления в облепиховом соке, по сравнению с нативным, снизилось содержание сухих веществ с 10,06 до 6,37 %. Однако в нем остаются в достаточных количествах сахара 3,12 %, пектиновые вещества 1,01 % и органические кислоты 1,31 %. Кроме того, сок характеризуется высоким содержанием аскорбиновой кислоты и токоферолов
- 73,43 и 23 мг/100 г соответственно.
Другим путем стабилизации коллоидной структуры облепихового сока является его концентрирование с дополнительным введением стабилизатора. Этот концентрат целесообразно получать из плодов, подвергнутых замораживанию. При их дефростации образуется сок
- самотек. Плоды облепихи после удаления сока - самотека подвергаются прессованию при давлении 15-20 МПа в течение15 минут. Согласно ГОСТ 656-79 массовая доля сухих веществ для облепихового сока не превышает 9 %. Повышение содержания сухих веществ в соке позволяет отнести продукт к концентрированным.
Таблица 1
Состав стабилизированного облепихового сока
Наименование показателя Облепихово-тыквенный сок Концентрат
1 2 3
Сухие вещества, % 11,54±0,51 14,86±0,73
Липиды, % 1,43±0,04 3,02±0,15
Белки, % 1,13±0,05 1,88±0,04
Сахара, %, 12,76±0,62 3,93±0,12
Клетчатка, % 0,75±0,03 1,02±0,06
Пектиновые вещества, % 2,13±0,16 1,97±0,04
Органические кислоты % 0,53±0,02 1,42±0,07
Аскорбиновая кислота, мг 84,54±3,14 71,69±3,43
Каротиноиды, мг 22,53±1,17 26,14±1,21
Токоферол, мг 3,11±0,14 8,74±0,43
В качестве стабилизатора, исходя из экономической целесообразности и физико-химических характеристик, был выбран ксантан. С учетом того, что облепиховый сок после прессования представляет собой сложную полидисперсную систему, осуществлялась его гомогенизация при 314 с -1 в течение 15 мин.
Полученный продукт, в виде концентрата, по сравнению с осветленным соком, более обогащен биологически активными веществами (табл. 1). Однако как осветленный сок, так и концентрат характеризуются высокой активной кислотностью - 2,84, они рекомендованы для использования в качестве полуфабрикатов в пищевой и парфюмерно-косметической промышленности.
Для того чтобы использовать облепиховый сок в виде готового продукта, необходимо решить проблему не только стабилизации структуры, но и понижения кислотности сока.
Стабилизация структуры сока может быть осуществлена не только введением изолированной формы стабилизатора, но и путем использования природных источников, которые позволят стабилизировать структуру, а также корректировать высокую кислотность облепи-хового сока [4]. В качестве сырья, позволяющего решить данную проблему, могут использоваться растения, богатые пектиновыми веществами. Нами рекомендовано использование бахчевой культуры - тыквы, содержание пектиновых веществ в которой составляет 0,5 - 1,5 %, а активная кислотность 6,7.
Количество введения тыквенного пюре в нативный облепиховый сок регламентировалось нормируемым стандартным показателем активной кислотности, которая для плодовых и ягодных соков составляет не более 4,4. Соотношение тыквенного пюре и облепихового сока 1:1 позволило повысить активную кислотность купажированного сока до 4,3. Массовая доля титруемых кислот, в пересчете на яблочную, 2,3 %. Для улучшения вкусовых свойств готового продукта рекомендуется введение сахарного сиропа.
С целью получения стабилизированной монодисперсной коллоидной системы компо-
зиция подвергалась гомогенизации при 314 с-1 в течение 15 мин, в результате которой радиус коллоидных частиц сока, по сравнению с контрольным, уменьшился в 2 раза, при этом увеличилось их число. Результаты процесса гомогенизации оценивали по интегральной кривой распределения коллоидных частиц, которая показывает, что поскольку диапазон разброса радиуса частиц составляет небольшую величину - от 2,5*10_2 до 2,8*10_2 мкм - это обеспечивает ее однородность. Равномерное распределение коллоидных частиц облепихового сока и тыквенного пюре, находящихся во взвешенном состоянии, обеспечивает стабильность коллоидной системы.
Купажирование облепихового сока приводит к снижению содержания липидов по сравнению с нативным облепиховым соком (табл. 1), при этом увеличивается содержание пектиновых веществ и усвояемых углеводов.
При массовом сборе облепихи значительное количество плодов оказывается поврежденным и служит питательной средой для развития микрофлоры. Применение обеспложивающих фильтров неприемлемо вследствие особенностей коллоидной структуры облепихового сока. Тепловая обработка приводит к потере биологически активных веществ.
При определении состава микрофлоры плодов установлено присутствие дрожжей, плесеней, уксуснокислых и молочнокислых бактерий. Причем уже в первые сутки хранения при температуре 18 - 20 0С количество дрожжей на плодах возрастает в 10 раз по сравнению со свежими и составляет 13,3*103 КОЕ/г. Следовательно, из всех видов микроорганизмов наиболее активными являются дрожжи.
Нами изучена возможность использования ферментов аборигенных дрожжей для получения готового продукта на основе нативного облепихового сока. Активность полиферментных систем дрожжей, способных катализировать последовательные видоизменения на-тивной структуры биополимеров сока, позволяет получать продукты заданного качества наиболее экономичным путем. Известно, что для этого можно пользоваться готовыми ферментными препаратами или использовать определенные виды микроорганизмов. Однако нами учитывались имеющиеся в литературе сведения о том, что культивируемые микроорганизмы, штаммы которых не существуют в природе, а получены селекцией при целенаправленном воздействии новых факторов, провоцируют хроническую микропатологию, а споры селективных дрожжей способны выдерживать высокую температуру [5,6].
В отличие от существующей практики дрожжевых производств, предлагаемым новым техническим решением является не накопление дрожжевой массы в соке, а создание условий для действия имеющихся экзоферментов Бассагошусев сегеу1в1ае.
С целью регулирования количества микрофлоры, свежие плоды замораживали при температуре минус 6 0С. Количество дрожжей через 5 сут хранения снизилось и составило 6*102 КОЕ/г. Количество плесеней на замороженных плодах составило 23 КОЕ/г, что очень мало и не представляет опасности. Таким образом, хранение плодов в замороженном виде позволяет регулировать количество дрожжей в пределах, не превышающих 102.. ,103 КОЕ/г.
Высокая кислотность облепихового сока угнетает жизнедеятельность молочнокислых бактерий, а создание анаэробных условий препятствует развитию уксуснокислых бактерий и плесеней, что создает оптимальные условия для действия Бассагошусев сегеу1в1ае.
При этом предполагалось, что в результате их действия возможна модификация белков, жиров и углеводов, которая приводит к их коагуляции с образованием осадка. Для поддержания жизнедеятельности имеющихся Бассагошусев сегеу1в1ае дополнительно вводили сахарозу в разных концентрациях от массы сока.
Оптимальное количество вводимой сахарозы устанавливали по плотности образовавшегося осадка. Установлено, что при введении в бродильную смесь 20 % сахарозы образуется плотный осадок.
Процесс брожения контролировали по динамике уменьшения сахаров и накоплению этилового спирта (рис. 3). Из данных, представленных на рисунках, видно, что процесс брожения заканчивается к семи суткам, при этом не наблюдается прямого соответствия стерео-
химическому уравнению накопления спирта из сахарозы, что, вероятно, свидетельствует о гетероферментативных процессах.
Постоянство титруемой кислотности и рН среды на протяжении всего эксперимента является косвенным подтверждением тому, что основным процессом при ферментации сока является спиртовое брожение сахаров, а не кислотное.
В результате этого процесса получили плотный осадок, образование которого, по-видимому, обусловлено в основном воздействием протеолитических ферментов Бассагошусев сегеу1в1ае на белки, в результате которого высвобождаются аминогруппы, которые через амидные связи с липидными и полисахаридными компонентами приводят к изменению реологических свойств сырья и образованию осадка.
Сухие вещества ферментированного осадка доводили до 25 % путем центрифугирования в течение 4-5 мин при 50-70 с-1. Выход осадка составил 7 % от массы сока. По своей консистенции ферментированный осадок отличается от осадка, полученного путем ценрифуги-рования нативного облепихового сока. Его динамическая вязкость составила (90,0±0,41) *10 4 Н/м2, что в три раза больше, чем в свежем осадке с тем же содержанием сухих веществ. Размер частиц пасты в два раза больше, чем в свежем осадке и равен (4,25±0,87) мкм. Отличительной особенностью полученного осадка является высокое содержание в нем липидов, обусловливающих его консистенцию, и всех жирорастворимых биологически активных веществ (табл. 2), что дало основание назвать этот осадок «Паста облепиховая».
ч о
и
3 5 7
Продолжительность, сут
и
Содержание сахара, % Содержание спирта, %
Рис. 3. Динамика уменьшения сахарозы и накопления этилового спирта в процессе ферментации сока
Таблица 2
Состав пасты облепиховой
25
5
20
4
Я 15
3
Я 10
2 Я
5
0
Наименование показателей Значение
Сухие вещества, % 25,06 +2,11
Зола, % 0,43 +0,012
Липиды, % 11,0 +1,02
Белки, % 0,88 +0,06
Сахара, %, 0,55 +0,03
в том числе редуцирующие, 0,38 +0,02
сахароза 0,17 +0,01
Клетчатка, % 5,24 _+0,38
Пектиновые вещества, % 4,56 +0,03
Дубильные вещества, % 0,6 +0,04
Флавоноиды, % 3,05+0,21
Токоферолы, мг % 40,02+3,21
Аскорбиновая кислота, мг % 6 0,33 +0,02
Сумма каротиноидов, мг %, 73,01 +6,21
в т.ч. Р-каротин 1,14+0,10
Органические кислоты, % 2,51 +0,18
Остаточное количество спирта, % 0,31 +,0,02
Надосадочная жидкость, являющаяся побочным сырьем при получении пасты облепи-ховой, обьемы которой составляют 93 % от нативного сока, может служить основой для организации производства натурального уксуса. Традиционная технология получения уксуса предусматривает использование фруктовых соков в качестве питательной среды для уксуснокислых бактерий. Этап подготовки питательной среды должен включать получение этилового спирта, предварительным сбраживанием углеводов сока до этилового спирта с последующим его окислением уксуснокислыми бактериями Acetobacter Aceti.
В случае использования надосадочной жидкости - фугата после получения пасты об-лепиховой технологическая операция по сбраживанию облепихового сока упускается, поскольку надосадочная жидкость содержит 2,5 % этилового спирта, массовая концентрация сахара не более 0,3 *10 _3 кг/м3, что соответствует требованиям, предьявляемым к сброженным плодово-ягодным сокам для получения уксуса.
Облепиховый уксус по химическому составу выгодно отличается от произведенного синтезом из ацетилена или выделением из продуктов сухой перегонки древесины, вследствие присутствия комплекса биологически активных веществ, обусловливающих его высокие ор-ганолептические свойства.
Технические решения переработки нативного облепихового сока защищены патентами № 2195146, № 2232531, № 2178976. Разработаны и утверждены нормативные документы ТУ 918260-001-0536114 - 96, ТУ 9168 - 020 -02069473 0 2001.
Библиография
1. Половко Т.А. Современный рынок напитков: тенденции и развитие// Пиво и напитки. 2001. -№ 2. С.50.
2. Гореньков Х.Р. Пищевая и биологическая ценность фруктовых и овощных соков, особенности технологии производства // Вопросы питания. 2001. №2. С.24.
3. Зайцева Н.М. Производство концентрированных соков в России// Пиво и напитки. 2000. №4. С. 62-63.
4. Карамарина В.А. Разработка и оценка качества соков и напитков повышенной пищевой ценности: Автореф. дис. ... к.т.н. - М.: Моск. университет потреб. кооперации, Мытищи, 2000.- 26 с.
5. Кожухова М.А. Биотехнологические методы в производстве плодоовощных соков и некта-ров/ М. А. Кожухова, А. Н. Теркун, С. Е. Рожков // Пищевая технология. 2003. №4. С.5-8.
6. Николаева М.А. Плодово-ягодные соки / М.А. Николаева, Л.В. Карташова // Пища, вкус и аромат. 2000. № 2. С. 2-3.
1. Polovko Т.А. Modern beverage market: tendency and development // Beer and beverages.-2001, №
2. - P.50.
2. Gorenkov Kh. R. Food and biological value of fruit and vegetable juices, technology of manufacture pecularities // Nutrition issue, 2001, №2. - P.24.
3. Zaitseva КМ. Manufacture of concentrated juices in Russia. // Beer and beverages.- 2000, № 4. -P. 62-63.
4. Karamarina V.A. Production and quality evaluation of juices and beverages of enhanced nutritive value. // Author's abstract of scientific paper of cand. of technical science. - М.: Moscow University of Consumer's Co-operation, Myutischy, 2000.- 26 p.
5. Kozhukhova М.А. Biotechnological methods of manufacture of fruit, vegetable juices and nectars / М. А. Kozhukhova, А. N. Terkun, S. Е. Rozhkov // Food technology, 2003, №4. - P.5-8.
6. Nikolaeva М.А. Fruit and berry juices / М.А. Nikolaeva, L.V. Kartashova // Food, taste and flavour. - 2000, № 2, P. 2-3.
