CC BY
13
УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ЭКСТРАГИРОВНИЕ В ПРИГОТОВЛЕНИИ НАПИТКОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Родионова Наталья Сергеевна, Мануковская Марина Валерьевна, Серченя Маргарита Валерьевна
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сервиса и ресторанного бизнеса, декан факультета экономики и управления; Кандидат технических наук, доцент; Студент; Воронежский Государственный Университет
Инженерных Технологий, г. Воронеж
АННОТАЦИЯ
Работа посвящена исследованию применения метода ультразвукового экстрагирования в приготовлении напитков функционального назначения. Актуальность темы обусловлена необходимостью совершенствования в пищевой промышленности процесса экстракции, с целью сохранения биологически активных веществ, высоких органолептических показателей, а также уменьшения времени экстрагирования. В качестве исходного сырья использовали ягоды клюквы и черной смородины. Полученные данные свидетельствуют о том, что применение метода ультразвукового экстрагирования способствует сокращению времени насыщения экстрагента, увеличению антиоксидантной активности и выхода экстрактивных веществ. Это способствует обеспечению более высоких органолептических показателей напитков.
ABSTRACT
Work is devoted to research of ultrasonic extraction method in the preparation of beverages of a functional purpose. Relevance of the topic due to the need to improve the food indu&ry of the extraction process, in order to preserve the biologically active sub^ances, high organoleptic characterises, as well as reducing the time of extraction. The feed^ock cranberries and blackcurrant were selected. The data indicate that the use of ultrasonic extraction method helps reduce the time the extractant saturation, increase antioxidant activity and yield of extractives. This contributes to higher organoleptic beverage.
Ключевые слова: ультразвуковое экстрагирование, анитиоксидантная активность, растительное сырье, экстрактивные веществ, функциональные напитки.
Keywords:ultrasonic extraction, anitioksidantnaya activity of plant material, eMraktinvye sub^ances, functional drinks.
В настоящее время в пищевой промышленности среди существующих групп функциональных продуктов наибольшее развитие получили функциональные напитки. Напиток — это оптимальная форма пищевого продукта, направленно регулируемый состав которого способен оказывать положительный эффект на организм человека. С технологической точки зрения напиток — наиболее удобная форма для создания новых продуктов, в том числе с использованием натурального растительного сырья - источника широкого спектра биологически активных соединений. При производстве функциональных напитков в большинстве технологий используются традиционные методы экстрагирования, которые имеют ряд недостатков: длительны, трудоемки, протекают при воздействии высоких температур, что приводит к потере функциональных свойств сырья, термолабильных биологически активных веществ, изменения вкуса и аромата, снижению биологической ценности.
В этой связи актуальным направлением совершенствования технологических решений в данной области является применение метода ультразвуковой интенсификации процесса экстрагирования. Известно, что ультразвук позволяет значительно сократить продолжительность процесса, увеличить выход биологически активных целевых компонентов и улучшить органолептические характеристики напитков-экстрактов [5, с.130-133].
Химический состав ягод
В качестве исходного сырья были выбраны ягоды клюквы (Oxycoccus) и черной смородины (Ribes nigrum L). В состав ягод входят биологически активные компоненты - витамины, минеральные вещества, микроэлементы повышающие адаптивные возможности организма человека (таблица 1). Ягоды клюквы тонизируют, освежают, повышают умственные и физические способности. Ягода богата эллаговой кислотой, которая эффективно разрушает канцерогены и предотвращает развитие сердечно - сосудистых заболеваний. Клюква обладает антибактериальными свойствами, повышает иммунитет, нормализует артериальное давление, устраняет изжогу. Ягоды черной смородины понижают кровяное давление, улучшают состояние сердечно-сосудистой системы, повышают аппетит, оказывают витаминное, обще-укрещее, противоатеросклитическое, противовоспалительное, болеутоляющее действие, усиливают функции желудка, кишечника и печени [3, с.16]. Напитки (морсы) готовили двумя способами: по традиционной технологии - настаивание при температуре 90оС в течение 20 мин, и с применением метода ультразвукового воздействия в диапазоне частот 20 - 20,5 кГц, при температуре 20-22 оС в течение 15 мин. В полученных напитках контролировали массовую долю сухих веществ (ГОСТ 28562-90), антиоксидантную активность (АОА) (ГОСТ Р 54037-2010), органолептические показатели определяли профильным методом.
Таблица 1.
черной смородины и клюквы
Химический состав черной смородины ( на 100 г продукта)
Витамины Макро элементы Микроэлементы Пищевая ценность
PP - 0,3 мг Кальций - 36мг Железо - 13 мг Калорийность-44кКал
Бета -каротин - 0,1 мг Магний - 31мг Цинк - 0,13 мг Белки - 1 гр
А - 17 мкг Калий - 350 мг Йод - 1 мкг Жиры - 0,4 гр
В1 - 0,003мг Фосфор - 33мг Медь - 130 мк Углеводы - 7,3 гр
В2 - 0,004мг Хлор - 14мг Марганец - 0,18 мг Пищ. влокна - 4,8 гр
В5 - 0,4 мг Сера - 2 мг Фтор - 17 мкг Вода - 83,3 гр
В6 - 0,1мг Молибден - 24 мкг Орг. Кислоты - 2,3 гр
В9 - 5 мкг Бор - 55 мкг Зола - 0,9 гр
С - 200 мг Кобальт - 4 мкг Моно- и дисах - 7,3 гр
Е - 0,07 мг
Н - 2,4 мг
Химический состав клюквы ( на 100 г продукта)
А - 0.02 мг Фосфор- 11 мг Железо - 0.6 мг Калорийность -17.7 ккал
В1 - 0.02 мг Калий - 119 мг Йод - 0,06 мг Вода - 88.9 г
В2 - 0.02 мг Кальций-14мг Марганец- 324 мкг Белки - 0.5 г
В6 - 0.08 мг Магний - 8 мг Рубидий -44 мкг Жиры - 0.2 г
В9 - 1.0 мкг Натрий - 12 мг Свинец - 0,24мкг Углеводы - 3.7 г
С - 15.0 мг Фтор - 10мкг Моно- и дисахариды-3.7 г
РР - 0.2 мг Хром -0,11 мкг Пищевые волокна - 3.3 г
Цинк -100мкг Орг. кислоты - 3.1 г
Зола - 0.3 г
В процессе экспериментальных исследований были получены зависимости изменения содержания сухих веществ
Установлено, что равновесное состояние при ультразвуковом воздействии достигается в течение 15 мин. За это время происходит более полное, чем в контроле истощение сырья и максимальное насыщение экстрагента. Концентрация сухих веществ в опытном экстракте значительно превышает контроль ( 4,9%. и 5,5%) и составляет 7% и 7,2% для клюквы и черной смородины соответственно.
в экстракте в зависимости от продолжительности процесса (рис. 1).
Время экстрагирования (мин)
Б
экстракт из клюквы (I - опыт II - контроль), Б -
Экспериментальные данные (рис. 2) по определению антиоксидантной активности полученных экстрактов также свидетельствуют о лучшем сохранении данного показателя при применении ультразвукового воздействия в процессе экстрагирования, что является подтверждением сохранения биологически активных веществ клюквы и черной смородины и соответствующего повышения функциональных свойств напитков на их основе.
А
Рисунок 1. Изменение содержания сухих веществ в экстрактах: А -экстракт из черной смородины (I - опыт II - контроль).
Время экстарагирования (мин)
А Б
Рисунок 2. Изменение АОА от времени экстрагирования: А - экстракт из клюквы (I - опыт II - контроль), Б - экстракт из черной смородины (I - опыт II - контроль).
Известно, что антиоксидантная активность клюквы и черной смородины определяется наличием в них природных флавоноидов, в частности, катехинов (вещества группы флавана); кверцетина, дигидрокверцетина (вещества группы флавона), рутина, витаминов и других соединений, способных связывать свободные радикалы. Повышение ан-тиоксидантной активности опытных экстрактов составило
более 50 % и возросло с 0.22 до 0,35 и с 0,25 до 0,39 АОА мг/г для клюквы и черной смородины соответственно.
Также было установлено что, при применении ультразвукового воздействия содержание сахаров выросло на 15%, количество антоцианов увеличилось на 50%, кислотность изменилась на 2-3% (табл. 2). Полученные данные еще раз подтверждают положительный эффект ультразвукового экстрагирования.
Таблица 2.
Физико - химические показатели напитков
Образец Показатели
Экстракт из черной смородины
Сахар, г/100см3 Кислотность, г/см3 СА (количество антоцианов) мг/100 см3
I - опыт 57,8 0,28 0,293
II - контроль 49,2 0,25 0,174
Экстракт из клюквы
I - опыт 53,4 0,3 0,284
II - контроль 45,3 0,27 0,167
Цветность полученных напитков изучали методом компьютерной цветометрии, основанной на использовании цифровых изображений, получаемых с помощью планшетного сканера со слайд - адаптером и специальной насадкой. Контролировали изменение цвета проб взятых через каждые 3 минуты экстрагирования в течение 23 минут экстракции. Используя кювету с толщиной оптического слоя 5,020 мм. Для анализа цветности использован пакет программ в среде MathCAD 11. Графический файл данных, содержащий изображения всех образцов, формировали в программе Adobe Photoshop полуавтоматически с использованием встроенной функции формирования листа уменьшенных копий из меню Файл-Автоматизация-Contact Shet II. Этот прием позволяет анализировать за один раз всю серию изображений образ-
цов, что существенно ускоряет процесс получения калибровочной зависимости и обработки большого количества анализируемых проб. Программа автоматически рассчитывала средние значения кодов цветности в выбранной области анализируемых участков изображения. Полученные значения цветности вносили в таблицу, по данным которой автоматически по трём цветовым компонентам (R, G, B) строили три калибровочные кривые (рис.3). Анализ всех трёх составляющих цвета даёт дополнительную информацию: если наблюдаются отклонения соответствующих точек и по нескольким цветовым компонентам, можно с большой долей вероятности предположить ошибку определения цветности. Разработанная программа автоматически формировала файл данных в формате MS Excel.
-1 2 5 1 11 14 17 20 И
Времяэкстрагирования, мин
-1 2 5 1 11 14 17 20 23
Время экстрагирования, мин
I II
- Динамика изменения RGB-характеристик экстракта из черной смородины (I - опыт II - контроль).
Рисунок 3.
Как показали исследования - ультразвуковое воздействие значительно сокращает время достижения равновесного состояния в системе. Об этом свидетельствует анализ кривых цветности исследуемых образцов (рис.3) который показал,
что в течение исследуемого периода приготовления экстрактов окраска образца I достигла более высокого насыщения цвета, чем образец II, за более короткий срок времени. Аналогично и с образцами экстракта из клюквы.
Сладость
[□Образец №1 □ Образец №2
Сладость
[□Образец №ШСбразец №2
А
Рисунок 4. Профилограммы: А - экстракт из клюквы (I опыт II - контроль).
Сущность профильного метода состоит в том, что сложное понятие одного из органолептических свойств (вкус, запах, консистенция и др.) представляется в виде совокупности простых составляющих, которые оцениваются экспертом по качеству, интенсивности и порядку проявления. Для оценки интенсивности ощущений, вызываемых каждым составляющим органолептического свойства, используют пятибалльные шкалы, которые откладывают на осях, число которых соответствует числу выделенных и оцениваемых составляющих.
• 0 - признак отсутствует;
• 1- только узнаваемый или ощущаемый признак;
• 2 - довольно четкая интенсивность проявления признака;
• 3 - умеренная интенсивность;
• 4 - сильная интенсивность;
• 5 - очень сильная интенсивность.
Установлено что, напитки приготовленные с применением метода ультразвукового экстрагирования имеют ряд преимуществ: выраженный вкус, насыщенный цвет и аромат, продолжительное послевкусие.
Сопоставление характеристик цветометрической, физико-химической оценки качества полученых напитков и результаты профильного метода оценки органолептических свойств показали сопоставимость результатов. Полученные
Б
опыт II - контроль), Б - экстракт из черной смородины (I -
данные свидетельствуют о том, что применение метода ультразвукового экстрагирования способствует сокращению времени насыщения экстрагента, увеличению антиокси-дантной активности и выхода экстрактивных веществ. Это способствует обеспечению более высоких органолептиче-ских и функциональных показателей напитков.
Список литературы
1. Донченко Г.В., Кричковская Л.В., Чернышов С.И., Никитченко Ю.В., Жуков В.И. Природные антиоксиданты (биотехнологические, биологические и медицинские аспекты): монография. — Харьков: «Модель Вселенной», 2011.
2. Макарова Н.В. Современные аспекты научных исследований антиоксидантных свойств цитрусовых фруктов, ягод и косточковых плодов: монография. — Самара: Самар, гос. техн. ун-т, 2013.
3. Источник силы/ Сара Оуэн; [Текст].- СПб.: Амфора. ТИДАмфора,2012.-С.16,41.
4. Ипатова, Л.Г. Новые направления в создании функциональных пищевых продуктов/Л. Г. Ипатова, А.А. Кочетко-ва, А.П. Нечаев // Пищевая промышленность. - 2007. - №1. - С.12-14.
5. Мануковская М.В. Использование современных технологий в приготовлении настоек /М.В.Мануковская,
М.В.Серченя// Экономика. Инновации. Управление качеством. - 2015. - №2. - 130-133.
6. Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве: - Барнаул: Изд - во АлтГТУ, 2001.
7. Яшин А.Я., Яшин Я.И. Применение жидкостных хроматографов «ЦветЯуза» с электрохимическими детектора-
ми в медицине, экологии и для контроля пищевых продуктов // Приборы. 2009
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ
ГОРОДА САТПАЕВ
Смагулов Жанайдар Кайдарович
Канд.ф.-м.н.,профессор кафедры Радиофизики и электроники,Карагандинский государственный университет
им.Е.А.Букетова, г.Караганда
Исмаилов Жарасхан Толегенович
Канд.ф.-м.н.,заведующий кафедрой Радиофизики и электроники,Карагандинский государственный университет
им.Е.А.Букетова ,г.Караганда
АННОТАЦИЯ
Составлена расчетная схема подачи и распределения воды города Сатпаев. Проведен гидравлический расчет системы водообспечения. Показано, что водопроводные коммуникации изношены на 80 % . Для улучшения качества водоснабжения г.Сатпаев и с учетом перспектив развития необходимо провести полную реконструкцию существующей системы водоснабжения.
ABSTRACT
Design model of water supply and allocation for the city of Satpayev has been complied. Hydraulic calculations of water supply sy&em were made. It is revealed that water supply lines are worn out 80%. In order to improve the quality of water supply sy&em in the city of Satpayev, considering development prospects, it is essential to undertake a complete renovation of the exiting water supply sy^em.
Ключевые слова: расчетная схема, гидравлический растчет, водообеспечение.
Keywords: design scheme, hydraulic calculation, water supply sy&em
Эффективность систем подачи и распределения воды в значительной мере зависит от технико-экономического обоснования принимаемых решений по зонированию этих систем, выбору материала и диаметров труб [1,2], использованию регулирующих емкостей и станций регулирования. Эти решения должны базироваться на всестороннем анализе условий работы системы на различных стадиях развития и при различных режимах водопотребления. Для такого анализа необходимо выполнение сложных и трудоемких гидравлических и технико-экономических расчетов систем подачи и распределения воды. Анализ системы подачи и распределения воды позволяет судить об изношенности инженерных коммуникаций. Такой анализ проведен для системы водообеспечения города Сатпаев.
Город Сатпаев имеет систему централизованного хозяйственно-противопожарного и производственного водоснабжения, обеспечивающую подачу воды на хозяйственно-бытовые и промышленные нужды города. Водоснабжение города осуществляется с трех источников: открытое Кен-гирское водохранилище, Жанайский подземный водозабор, Эскулинский подземный источник. Поверхностный водозабор с Кенгирского водохранилища осуществляется насосной станцией Ьго подъема по двум водоводам Д800 мм, Д1020 мм и подается на насосную станцию П-го подъема и насосную станцию свежей воды в г. Сатпаев. На насосной станции П-го подъема имеется шесть резервуаров емкостью:10000 м3-2 шт.,4000 м3-2шт.,3000 м3-2шт. Име-
ющаяся хлораторная установка предназначена для хлорирования (обеззараживания) хозяйственно-питьевой воды. После этого вода подается по трем магистральным водоводам в поселки и на промышленные предприятия по железобетонному трубопроводу Д 500 мм, на поселок Жезказган и г. Сатпаев. Насосная станция свежей воды находится по ул.Улытауская г. Сатпаев которая служит для подачи воды в летнее время на поливочный водопровод, а в зимнее время - для подпитки котельной теплостанции №1, а также является резервным запасом.
Жанайский подземный водозабор, эксплуатационные запасы утверждены до 2026 года в объеме 10 тыс.м3/сутки. В настоящее время рабочих 3 скважины. Водозабор эксплуатируется с 1966 года. Предназначен для технического водоснабжения предприятий ТОО «Корпорации Казахмыс».
Эскулинский подземный водозабор осуществляется 21 скважиной, из них 9 скважин находятся на УВС-1, 4 скважины на участке Карабулак, 7 скважин - на УВС-3, одна скважина нерабочая. Хозяйственно-питьевая вода, Эску-линского подземного водозабора по одному водоводу 01020-820мм протяженностью 56 км подается на насосную Ш-го подъема. По пути следования водовода имеются узлы переключения на пос. Жезды, пос. Жезказган, промплощад-ку горнорудных предприятий и пос.Весовая. Кроме Эску-линской воды на насосную Ш-го подъема приходит водовод с Кенгирского водохранилища. Водовод Кенгир-Рудник транспортирует хозпитьевую воду в насосную П-го подъе-
