Теоретические аспекты производства экстрактов для бездымного копчения пищевых продуктов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

На основании проведенных исследований определены технологические режимы проведения фракционирования в одну ступень: температура 50-60°С и время 20 мин.

При исследовании влияния соотношения ПАФ -этиловый спирт и числа ступеней процесса на эффективность фракционирования определяли режимы, обеспечивающие максимальную селективность процесса при минимальном расходе растворителя. Установлено, что общий выход спирторастворимой фракции увеличивается с возрастанием как числа ступеней фракционирования, так и соотношения ПАФ - этиловый спирт, при этом увеличение доли этилового спирта выше 1 : 6 приводит к незначительному росту выхода спирторастворимой фракции, что не оправдывает повышенных затрат растворителя.

С увеличением соотношения ПАФ - этиловый спирт возрастает степень перехода в спирторастворимую фракцию всех групп фосфолипидов за исключением нейтральных липидов. Массовая доля фосфати-дилхолинов в спирторастворимой фракции снижается с каждой последующей ступенью фракционирования, тогда как массовая доля остальных групп фосфолипидов в спирторастворимой фракции с увеличением числа ступеней фракционирования повышается.

Снижение удельного содержания фосфатидилхо-линов в спирторастворимой фракции с увеличением соотношения ПАФ - этиловый спирт более 1 : 6 обусловлено возрастанием степени извлечения фосфати-дилэтаноламинов, фосфатидилинозитолов, фосфатид-ных и полифосфатидных кислот.

Математическая обработка результатов экспериментов позволила определить эффективные режимы получения фракционированных фосфолипидных продуктов: соотношение ПАФ - этиловый спирт 1 : 6; количество ступеней фракционирования 3.

При указанных режимах выход фосфатидилхоли-нов в составе спирторастворимой фракции составляет 75,3% от их исходного содержания в ПАФ.

На основе результатов исследований разработаны технологические режимы получения фосфолипидных фракционированных продуктов:

1. Фракционирование ПАФ 1.1. Подготовка ПАФ к фракционированию:

температура, °С 25

количество этилового спирта, предварительно вводимого в ПАФ, % к массе ПАФ 1.2. Фракционирование: температура, °С

соотношение ПАФ : этиловый спирт количество ступеней фракционирования

30

50-60 1 : 6 3

время фракционирования на каждой ступени, мин 20

2. Удаление этилового спирта

из спирторастворимой фракции:

температура, °С 50-60

остаточное давление, МПа 0,005

3. Удаление этилового спирта

из спиртонерастворимой фракции:

температура, °С 50-60

остаточное давление, МПа 0,005

ЛИТЕРАТУРА

1. Позняковский В.М., Австриевских А.Н., Веков-цев А.А. Пищевые и биологически активные добавки. - 2-е изд., испр. и доп. - М.; Кемерово: Российские ун-ты, 2005. - 275 с.

2. Биологически активные добавки в питании человека /

В. А. Тутельян, Б.П. Суханов, А.Н. Австриевских и др. - Томск, 1999.

3. Федорова Е.Б. Будущее лецитинов в пищевой промыш -ленности // Масложировая пром-сть. - 1999. - № 2. - С. 49-50.

4. Бутина Е.А. Научно-практическое обоснование технологии и оценка потребительских свойств фосфолипидных биологи -чески активных добавок: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - Красно -дар, 2003. - 53 с.

Кафедра технологии жиров, косметики и экспертизы товаров

Поступила 26.07.06 г.

664.8/.9.034:66.061.354

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ЭКСТРАКТОВ ДЛЯ БЕЗДЫМНОГО КОПЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

С.В. ЗОЛОТОКОПОВА, Т.В. АВДЕЕВА

Астраханский государственный технический университет Кубанский государственный технологический университет

Традиционное копчение дымом характеризуется тем, что около 90% аэрозольной смеси попадает в атмосферу, загрязняя ее. Полученный продукт, прошедший термическую обработку с использованием дымовоздушной смеси, не всегда является экологически безопасным [1].

Один из наиболее перспективных способов получения продуктов со вкусом и ароматом копчения, отве-

чающих показателям безопасности, - бездымное копчение, позволяющее получить экологически чистый готовый продукт с высокими потребительскими свойствами.

Широкое применение в промышленности техноло -гии бездымного копчения обусловливает значительный экономический эффект, который увеличивается за счет использования для приготовления коптильных препаратов отходов древесины или побочных продуктов традиционной термической обработки.

Преимуществом бездымного копчения перед традиционным является повышение физиологической

ценности приготовленных продуктов, отсутствие по-лициклических ароматических углеводородов, индикатором которых является бензпирен.

Основоположником бездымного копчения считают Н.В. Каразина, который в начале 19 в. впервые получил коптильную жидкость из продуктов конденсации дыма. Он считал, что действующим началом древесного дыма при копчении является «тончайшее пряное масло», названное им «коптильным маслом», которое он получал из коптильной жидкости путем ее неоднократной перегонки с водяным паром.

В настоящее время получение коптильных препаратов основано на использовании двух принципиальных подходов: конденсации дыма с последующим фракционированием образовавшихся жидкостей и составлении композиций из индивидуальных химических веществ, участвующих в создании аромата и вкуса копчености [2].

Конденсацию дыма осуществляют либо из дымовых выбросов коптильных печей, либо непосредственно из древесного дыма, получаемого при пиролизе древесины в дымогенераторах.

Считается, что коптильные препараты из дымовых выбросов коптильных печей являются более полноценными, так как в них содержится больше веществ, обусловливающих коптильный аромат, и меньше смол и балластных веществ.

Известно, что основной вклад в формирование вкусовых свойств копченых продуктов вносит фенольная композиция [1-3]. Очевидно, при попадании фенольных соединений в пищевые продукты, содержащие белки, жиры, углеводы и продукты их метаболизма, происходит взаимодействие между гидроксогруппами фенольных соединений и карбоксильными группами и гидроксогруппами веществ, содержащихся в пищевых продуктах. Образующиеся при этом простые и сложные эфиры и придают продукту своеобразный аромат копчености

Р —ОН + Л, —ОН — I* — О — Л, + Н.0

\ \

Гидроксогруппа Гидроксогруппа Простой

фенольного пищевого эфир

соединения продукта

✓ ° /°

// #

I*—он + л—с — к—с

| Чон 4

+ н2о

0-1*

одно- и двухатомные фенолы, в другие входит большое количество кислот, нелетучих с водяным паром веществ и т. д.

Общим для всех способов получения коптильных препаратов для бездымного копчения является сорбция водой или другими растворителями компонентов коптильного дыма с последующей очисткой или фракционированием.

По современным представлениям концентраты пи -щевых добавок и ароматических препаратов предпочтительно получать в безводной среде или при полном отсутствии растворителя, так как при этом можно сохранить нативные свойства экстрагируемых веществ.

В последнее время широкое распространение полу -чает метод экстракции сжиженными и сжатыми газами. Идею применения сжиженных газов для извлечения ценных компонентов из растительного сырья впервые предложил в начале 20 в. русский инженер Б.С. Алаев. Наиболее эффективным, доступным и экономически выгодным растворителем признан жидкий диоксид углерода.

Производство экстрактов с использованием жидкого диоксида углерода началось в нашей стране в 1953 г., и с каждым годом растет ассортимент экстрактов, сфера использования их. Совершенствуются технологии экстракционных процессов.

Жидкий диоксид углерода адсорбирует вещества, находящиеся в растительном сырье. Константу скорости адсорбции Кс рассчитывают по формуле

Кс = -

aNAp

,л/2яМЯ7

+ ехр

и,

Е д

(1)

где а - доля молекул, способных к закреплению на поверхности адсорбента; N - число Авогадро; р - давление в системе; и - число центров адсорбции на единице поверхности, или емкость монослоя; р = 3,14; М- молярная масса адсорбата; Я - универсальная газовая постоянная; Т - температура; £дес - энергия активации десорбции.

Если Едес велика, что характерно для хемосорбции, то вторым членом уравнения можно пренебречь. Вероятнее всего, что в растениях компоненты химически связаны друг с другом. Тогда константа адсорбции приобретает вид

К =-

aNAp

а42кМЯТ'

(2)

Гидроксогруппа Карбоксильная Сложный

фенольного группа пищевого эфир

соединения продукта

Сложные эфиры обычно обладают своеобразным ароматом, что позволяет использовать их в качестве ароматических добавок к пищевым продуктам и в парфюмерии.

Различия в технологиях производства коптильных препаратов сказываются на их химических составах. В одних составляющими фенольной фракции являются

Из данного уравнения видно, что чем больше доля молекул, способных закрепиться на поверхности адсорбента а и чем выше давление р, тем выше скорость адсорбции. Повышение температуры и большая молярная масса адсорбируемых веществ способствуют снижению скорости адсорбции. И чем меньше число центров адсорбции на единице поверхности, тем выше скорость адсорбции.

Таким образом, регулируя давление и температуру, можно проводить селективную экстракцию содержащихся в растениях компонентов.

и

Жидкий диоксид углерода существует при -59 ... +31,3°С. Оптимальной для процесса экстрагирования является температура 10-22°С. В этих условиях жидкий диоксид углерода устойчив при повышенном давлении.

Режимы экстрагирования - низкие температуры, полное удаление растворителя из мисцеллы при снижении давления, стерильность получаемого экстракта, способность селективно извлекать различные компоненты - делают диоксид углерода практически самым экономичным и перспективным для развития экстракционной отрасли [3].

Одним из важных показателей, определяющих свойства экстрагента, является диэлектрическая постоянная е (проницаемость) среды, отражающая силу взаимодействия между молекулами вещества.

Газообразный диоксид углерода при 10°С имеет диэлектрическую постоянную 1,00098, а в жидком виде 2,6. Для сравнения е воды 83,86.

По величине е экстрагенты условно подразделяют на полярные и неполярные. Вода - полярный экстрагент, газообразный диоксид углерода - неполярный. Диэлектрическая постоянная жидкого диоксида углерода указывает на возможность адсорбции им неполярных и слабо полярных веществ. Вероятнее всего, диоксид углерода в жидком и газообразном состояниях имеет разное пространственное строение.

Известно, что дипольный момент газообразного диоксида углерода равен 0. Считается, что пространственное строение его линейно (О = С = О) и каждая молекула отделена от другой силами взаимного отталкивания.

Можно предположить, что при переходе диоксида углерода в жидкое состояние при высоких давлениях возникнут связи между углеродом и кислородом соседних молекул, так называемое когезионное взаимодействие, обусловленное различной электроотрицательностью элементов, которая у кислорода равна 3,5, у углерода 2,5. Произойдет изменение линейной структуры диоксида углерода

//

%

У диоксида углерода появятся совершенно новые свойства за счет возможного возникновения пространственной структуры

С ^ О,'' С ^

О ^ О ^ О

Следовательно, при изменении давления в системе можно регулировать число центров адсорбции на единице поверхности и0.

Из правила уравнивания полярностей П. А. Ребиндера следует, что чем больше разность полярностей между растворяемым веществом и растворителем, т. е.

чем меньше растворимость вещества, тем лучше оно будет адсорбироваться. Следовательно, дифильные вещества, содержащиеся в сырье и обладающие преимущественно неполярными свойствами, лучше будут экстрагироваться диоксидом углерода [4].

В настоящее время в пищевой промышленности широко используют СО2-экстракты различного пря -но-ароматического сырья. К сожалению, пока не нашли достаточного применения разработки по получению различных пряно-коптильных СО2-экстрактов.

Проведенные нами исследования показали, что це -лесообразно получать коптильные СО2-экстракты из коптильного дыма коптильного производства, из шрота пиролизной древесины, из пиролизной древесины со шротом различного пряно-ароматического сырья. Использование вторичного сырья - шрота - позволяет создавать новые ресурсосберегающие технологии. Кроме того, использование различных видов пряно-ароматического сырья в смеси со шротом пиролизной древесины позволит расширить ассортимент экологически безопасных пряно-коптильных пищевых добавок

Результаты проведенных исследований позволяют утверждать, что полученные пряно-коптильные СО2-экстракты не содержат 3,4-бензпирен, но обладают естественным вкусом и ароматом, свойственными коптильному дыму, содержат весь комплекс витаминов, провитаминов и биологически активных веществ, находящихся в шроте пряностей на момент экстракции [5].

Коптильные и пряно-коптильные СО2-экстракты являются прекрасными антиоксидантами и консервантами, оказывают бактерицидное действие и обладают высокими вкусо-ароматическими свойствами. Они обладают ярко выраженной липофильностью, хорошо растворяются в растительных маслах, адсорбируются солью, сахаром, что позволяет использовать их не только при консервировании сырья животного происхождения, но и при приготовлении фаршированных и гомогенизированных продуктов с различным ароматом и вкусом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курко В.И. Основы бездымного копчения. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 228 с.

2. Ким Э.Н. Сравнительная оценка технологических свойств коптильных препаратов // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1992. - № 1. - С. 39.

3. Касьянов Г.И. Технологические основы СО2-обработ-ки растительного сырья. - М.: Россельхозакадемия, 1994. - 132 с.

4. Золотокопова С.В., Палагина И.А., Касьянов Г.И. Коптильные СО2-экстракты. - Краснодар, 2002. - 165 с. - Деп. в ВИНИТИ № 523-В 2002.

5. Авдеева Т.В., Касьянов Г.И. Технология получения и применения коптильных и пряно-коптильных препаратов. - Красно -дар: КНИИХП, 2003. - 144 с.

Кафедра органической, биологической и физколлоидной химии

Поступила 27.07.06 г.