CC BY
211
УДК 664.85
Влияние технологии сушки
на химический состав и антиоксидантные свойства фруктовых выжимок
Т. О. Быкова, аспирант, Н. В. Макарова, д-р хим. наук, профессор,
А. Ф. Шевченко, канд. техн. наук, доцент
Самарский государственный технический университет, г. Самара
Яблоки и виноград - издавна мок - низкая заинтересованность известные человечеству культуры. руководителей предприятий в наИ по сей день эти съедобные плоды хождении применения вторичным широко применяются не только в сы- доброкачественным ресурсам сором виде, но и для промышленной кового производства и малый срок переработки в пищевой промыш- хранения свежеполученных выжи-ленности. На территории России мок, который составляет несколько виноград характерен для южных часов. Ввиду скорой порчи выжимки районов, однако вполне культи- следует либо подвергать заморозке вируем и в условиях Среднего По- и держать их в морозильных камерах волжья. Яблоки - культура менее до последующей переработки, либо неприхотливая, что позволяет ей удалять из них влагу, что значитель-расти в более северных широтах. но снизит риск микробиологической Все это делает обе культуры доста- порчи. Первый способ требует суще-точно востребованными в пищевой ственных затрат энергии на создание промышленности нашей страны холода не только для заморозки, из-за высокой урожайности и широ- но и для последующего хранения, и, кой распространенности. помимо прочего, продукт будет за-Переработка винограда не огра- нимать большую площадь холодиль-ничивается только получением вина ных камер. Второй способ требует и виноматериалов. Из него получают наличия на предприятии по произ-соки и соковые концентраты, которые водству соков линии сушки выжимок, можно применять в кондитерской что также затратно, однако едино-промышленности в качестве нату- разовый расход энергии на тепло ральных красителей и ароматиза- компенсирует затраты на хранение торов. Линейка продуктов и полу- - сушеные выжимки можно хранить фабрикатов из яблок представлена в герметичной таре в складских по-в основном соками, джемами, пюре мещениях при температуре 18...20 °С, для детского питания и для про- что исключает необходимость уста-изводства широкого ассортимента новки специального оборудования. пастило-мармеладных изделий. Антиоксидантные свойства про-После переработки этих культур дукта зависят не только от исходного вне зависимости от ее вида обра- сырья, но и от технологии произ-зуются доброкачественные отходы водства. В связи с этим возникает производства - выжимки, состав- необходимость подобрать такую ляющие пятую часть массы перераба- технологию сушки, при которой со-тываемой продукции. Как показали держание антиоксидантов и их ак-проведенные исследования, данные тивность в конечном продукте будут отходы обладают весьма хороши- не только сохранены наилучшим об-ми антиоксидантными свойствами разом, но и повысятся по сравнению по сравнению с исходным сырьем [1, с исходным сырьем. 2]. Ввиду возросшей заинтересован- В качестве способов сушки были ности населения в здоровом пита- выбраны классический конвективный нии и натуральном происхождении - наиболее простой и экономичный, сырья, идущего на производство и инфракрасный - более интенсив-продуктов питания, применение вы- ный, при котором снижается дли-жимок может сыграть большую роль тельность процесса. в пищевой промышленности. Это При проведении исследований не только производство продук- использовали соковые выжимки тов функционального назначения, из яблок сорта Синап и из сортовой но и экономически выгодный способ смеси темного винограда. Вся про-безотходной переработки сырья со- дукция выращена на территории кового производства. Самарской области.
Основные проблемы переработки Изучение влияния сушки выжимок
и использования яблочных выжи- проводилось двумя способами: кон-
вективной и ИК-сушкой при 60 °С. Для проведения процесса конвективной сушки использовался шкаф сушильный лабораторный ПЭ-4610, для ИК-сушки - инфракрасный сушильный шкаф «Универсал-УнИК-1».
Сушка выжимок производилась до достижения исследуемыми образцами равновесной влажности. Для ИК-сушки отбор образцов проводился через каждые 45 мин, для конвективной сушки - через каждые 60 мин.
Для свежих и сушеных выжимок определялись следующие показатели:
общее содержание сахара;
титруемая кислотность;
общее содержание фенольных веществ;
общее содержание флавоноидов;
общее содержание антоцианов (только для виноградных выжимок);
восстанавливающая сила по методу FRAP;
антиоксидантная активность в системе линолевой кислоты;
антиоксидантная активность по методу DPPH.
Общее содержание сахара определяли фотоколориметрическим методом [3].
Титруемую кислотность определяли визуальным методом [4].
Общее содержание фенольных соединений определяют фотоколориметрическим методом при помощи реактива Folin-Ciocalteau [5] и выражают в эквиваленте галловой кислоты в мг на 100 г исходного сырья при помощи калибровочной кривой.
Общее содержание флавоноидов определяют фотоколориметрическим методом [6] и выражают в эквиваленте катехина в мг на 100 г исходного сырья при помощи калибровочной кривой.
Общее содержание антоцианов определяют фотоколориметрическим методом по разнице между показателями оптической плотности растворов экстракта в буферных растворах рН 1,0 и рН 4,5 при различной длине волны [7]. Оно выражается в эквиваленте цианидин-3-гликозида в мг на 100 г исходного сырья.
Восстанавливающую силу по методу FRAP определяют фотоколориме-трически и выражают в ммоль Fe2+ на 1 кг исходного сырья при помощи стандартной кривой, полученной для различных концентраций Fe2+.
Антиоксидантную активность в системе линолевой кислоты определяют фотоколориметрически [8]; результат выражают в процентах.
Антиоксидантную активность по методу DPPH определяют фото-колориметрически; концентрацию ингибирования 50 % радикалов
(ЕС50, мг/мл) вычисляют по графику, построенному на основании полученных значений ингибирования при различных концентрациях исследуемого экстракта.
Общее время сушки яблочных выжимок для конвективного способа составило 360 мин, для ИК-сушки -315 мин. И в том, и в другом случае образцы потеряли 80,8 % первоначальной массы. Для виноградных выжимок общее время сушки ИК-способом составило 360 мин, конвективным - 480 мин. Потеря в массе - 87,5% для конвективного способа и 89,0% для ИК-способа.
Яблочные выжимки, высушенные ИК-способом, чуть более светлого цвета по сравнению с выжимками конвективного способа сушки. Виноградные выжимки различных способов сушки по цвету различий не имели.
Результаты физико-химического анализа свежих и высушенных выжимок представлены в табл. 1 и 2.
Из полученных результатов следует, что сушка ИК-методом происходит интенсивнее, длительность процесса для яблочных выжимок сократилась на 12,2%, для виноградных выжимок - на 25%.
Более светлый цвет яблочных выжимок, полученных ИК-сушкой, может быть обусловлен меньшим влиянием окислительного действия кислорода воздуха на продукт, т. к. при конвективном методе именно нагретый воздух является сушильным агентом, омывающим высушиваемый материал.
Показатели массовой доли сахаров и кислотности полученных продуктов возросли, что объясняется значительным уменьшением доли влаги в высушенных выжимках. Однако возрастание носит непропорциональный, но закономерный характер: при конвективном способе кислотность значительно выше, чем при ИК-сушке, а содержание сахаров оказывается ниже. Это объясняется тем, что в процессе сушки часть сахаров подвергается окислению, при этом продуктами неполного окисления являются ди- и трикарбоновые кислоты [9]. В кислой среде под воздействием температур протекают сахароамин-ные реакции, карамелизация сахаров. На основании этого можно сказать, что длительность процесса сушки оказала существенное влияние на сахаро- и кислотонакопление в конечном продукте: при конвективном способе, характеризующемся большей длительностью, сахаров оказалось чуть меньше, однако титруемая кислотность продукта возросла по сравнению с ИК-способом.
Значительное уменьшение доли влаги в высушиваемом продукте обу-
ENGINEERING AND TECHNOLOGY
85,
Результаты исследования яблочных выжимок до и после сушки
лет журналу
Таблица 1
Показатель Исходное сырье Конвекционная сушка, 60 °С ИК-сушка, 60 °С
Кислотность в пересчете на яблочную кислоту, % 0,40 2,17 1,83
Массовая доля сахаров, % 19,63 30,86 31,43
Общее содержание фенольных соединений, мг галловой кислоты 85 221 226
100 г исходного сырья
Общее содержание флавоноидов, мг катехина 32 202 201
100 г исходного сырья
Восстанавливающая сила по методу FRAP, ммоль Fe2+100 1,44 4,86 6,57
1 г исходного сырья
Ингибирование окисления линолевой кислоты, % 51,5 74,3 50,5
ЕС50, мг/ мл 112 39 69
Таблица 2
Результаты исследования виноградных выжимок до и после сушки
Показатель Исходное сырье Конвекционная сушка, 60 °С ИК-сушка, 60 °С
Кислотность в пересчете на винную кислоту, % 1,05 2,88 2,43
Массовая доля сахаров, % 9,71 14,26 18,62
Общее содержание фенольных соединений, 749 922 979
мг галловой кислоты
100 г исходного сырья
Общее содержание флавоноидов, 281 303 401
мг катехина
100 г исходного сырья
Общее содержание антоцианов, 60,95 87,77 71,47
мг цианидин-3-гликозида 100 г исходного сырья
Восстанавливающая сила по методу FRAP, ммоль Fe2+100 19,98 19,17 20,52
1 г исходного сырья
Ингибирование окисления линолевой кислоты, % 60,8 39,2 Не обнаружено
ЕС50, мг/ мл 6,9 1,4 1,5
словило и возрастание содержания фенольных веществ, флавоноидов и антоцианов.
Определение восстанавливающей силы по методу FRAP основано на способности антиоксидантов исследуемого сырья восстанавливать комплекс Fe3+-2,4,6-трипиридил-s-триазин до Fe2+-2,4,6-трипиридил-s-триазин. Из полученных данных видно, что восстанавливающая сила яблочных порошков в среднем в 3,97 раза выше, чем у исходного сырья, однако различается на 26% для используемых методов сушки. Это может быть связано главным образом с отрицательным влиянием длительности сушки на свойства продукта. С другой стороны, виноградные выжимки по данному показателю показывают более низкие значения -при ИК-сушке возрастание составляет 2,7%, тогда как при конвективной наблюдается уменьшение на 4,1%.
Линолевая кислота, относящаяся к ряду полиненасыщенных жирных кислот, при окислении образует пе-роксиды, окисляющие ионы Fe2+ до Fe3+, которые затем образуют тиоционат-комплексы и повышают степень поглощения смеси. При этом
чем выше степень поглощения, тем больше пероксидов и соответственно меньше антиоксидантная активность. Из полученных данных видно, что при конвективной сушке яблочных выжимок способность к ингибированию линолевой кислоты возрастает на 44,3%, а при ИК-суш-ке - наоборот, снижается на 1,9%. Для сушеных виноградных выжимок способность к ингибированию при конвективной сушке снизилась на 35,5%, а при ИК-сушке она не проявляется совсем. Это может быть связано не столько с возможным незначительным перегревом верхних слоев продукта в процессе сушки, сколько с отрицательным влиянием инфракрасного излучения на анти-оксидантные свойства сырья.
2,2-дифенил-1-пикрилгидразил ^РРН) - стабильный свободный радикал, используемый для изучения способности исследуемых экстрактов тормозить цепные реакции радикального окисления. Антиоксиданты экстрактов отдают протоны радикалу, обесцвечивая фиолетовый раствор DPPH и снижая степень поглощения. Из результатов исследования видно, что показатели по антиоксидантной
активности порошков возрастают в 2,87 и 1,62 раза для яблочных выжимок и 4,93 и 4,6 раза для виноградных выжимок соответственно при конвективном и ИК-способе сушки. Возможно, как и в случае с инги-бированием окисления линолевой кислоты, подобный результат может быть связан с разрушением части биологически активных веществ и инактивацией антиоксидантной способности материала под действием инфракрасного излучения.
Несмотря на сокращение длительности процесса, сохранение светлого цвета яблочных выжимок и увеличение содержания веществ-антиоксидантов ИК-сушка отрицательно влияет на способность анти-оксидантов исследуемого продукта ингибировать различные нежелательные процессы (торможение окисления линолевой кислоты и улавливание свободных радикалов). Таким образом, классическая конвективная сушка является наиболее приемлемой для получения порошка из яблочных выжимок, обладающего лучшими антиоксидантными показа-
телями; а для виноградных выжимок следует искать альтернативный способ сушки, который в большей степени позволит сохранить исследуемые свойства. Однако ИК-способ сушки может использоваться для интенсификации процесса конвективной сушки в обоих случаях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Быкова, Т. О. Сравнительный анализ антиоксидантной активности полуфабрикатов яблок на различных стадиях переработки/ Т. О. Быкова, Н. В. Макарова, А. Ф. Шевченко // Товароведно-технологические аспекты повышения качества и конкурентоспособности потребительских товаров: материалы Международной науч.-практ. конф. - Курск, 12 февраля 2015 г. - С. 5-7.
2. Быкова Т. О. Изучение химического состава, антиоксидантной активности ягод, сока и выжимок винограда/Т. О. Быкова, Н. В. Макарова, А. Ф. Шевченко // Качество и экологическая безопасность пищевых продуктов и производств: материалы Междунар. науч. конф. с элементами научной школы для молодежи. - Тверь: Твер. гос. ун-т, 2015. - С. 122-125.
3. ГОСТ 8756.13-78 Продукты переработки плодов и овощей. Методы определе-
ния сахара. М.: Издательство стандартов. 1987. - 9 с.
4. ГОСТ 2555.0-82 Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения титруемой кислотности. М.: Издательство стандартов, 1982. - 4 с.
5. Gordana Rusak, Drazenka Komes, Sasa Likic, Dunja Horzic, Maja Kovac. Phenolic content and antioxidative capacity of green and white tea extracts depending on extraction conditions and the solvent used // Food Chem. - 2008. - Vol. 110. - P. 852-858.
6. Aziz Turkoglu, Mehmet Emin Duru, Nazime Mercan, Ibrahim Kivrak, Kudret Gezer. Antioxidant and antimicrobial activities of Laetiporus sulphureus (Bull.) Murrill // Food Chem. - 2007. - Vol. 101. - P. 267-273.
7. Li-chen Wu, Hsiu-Wen Hsu, Yun-Chen Chen, Chih-Chung Chiu, Yu-In Lin, Ja-an Annie. Ho Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya // Food Chem. - 2006. - Vol. 95. - P. 319-327.
8. Bushra Sultana, Farooq Anwar, Roman Przybylski. Antioxidant potential of corncob extracts for stabilization of corn oil subjected to microwave heating // Food Chem. - 2007. - Vol. 104. - P. 997-1005.
9. Воскобойников, В.А. Сушеные овощи и фрукты/В. А. Воскобойников, В. Н. Гуляев, З. А. Кац, О. А. Попов. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 175 с.
Влияние технологии сушки на химический состав и антиоксидантные свойства фруктовых выжимок
Ключевые слова
антиоксидант; виноград; выжимки; ИК-сушка; конвективная сушка; химический состав; яблоки
Реферат
Яблоки и виноград - наиболее перерабатываемые культуры. При их переработке образуется большое количество доброкачественных отходов производства. Выжимки содержат много полезных веществ, но быстро портятся. Один из способов их сохранения -сушка. Полученный фруктовый порошок можно использовать для производства пищевых продуктов функционального назначения с антиоксидантными свойствами. Цель работы: исследовать влияние технологии сушки яблочных и виноградных выжимок на их химический состав и антиоксидантные свойства. Исходное сырье: соковые выжимки яблок сорта Синап и из сортовой смеси темного винограда, выращенных на территории Самарской области. Оборудование: шкаф сушильный лабораторный ПЭ-4610, инфракрасный сушильный шкаф «Универсал-УнИК-1». Методы исследований: титруемая кислотность и массовая доля сахаров по ГОСТ 25555.0-82 и 8756.13-78, фотоколориметрические способы определения содержания фенолов, флавоноидов, антоцианов и антиоксидантных свойств. В яблоках антоцианы не определяются. Сушка производилась конвективным и ИК-способом. Анализ полученного продукта показал, что при ИК-сушке длительность процесса сокращается. Цвет яблочных выжимок получается светлее, чем при конвективной сушке. Виноградные выжимки после различных способов сушки по цвету различий не имели. При любом способе сушке происходит увеличение содержания сахаров и органических кислот, фенолов, флавоноидов и антоцианов. При конвективной сушке содержание кислот выше, чем при ИК-сушке. При ИК-сушке содержание сахаров выше, чем при конвективной сушке. При конвективной сушке возрастают восстанавливающая сила по методу FRAP, ингибирование окисления линолевой кислоты и антиоксидантная активность. При ИК-сушке способность ингибировать окисление линолевой кислоты снижается, а восстанавливающая сила по методу FRAP и антиоксидантная активность ниже, чем при конвективной сушке. Виноградные выжимки, полученные ИК-сушкой, окисление линолевой кислоты не ингибируют. Авторы считают, что при ИК-сушке происходит инактивация антиоксидантных свойств высушиваемого сырья. Наиболее приемлемая технология сушки, сохраняющая антиоксидантные свойства выжимок, - традиционная конвективная сушка. ИК-сушка может использоваться для интенсификации процесса.
Авторы
Быкова Татьяна Олеговна, аспирант, Макарова Надежда Викторовна, д-р хим. наук, профессор, Шевченко Александр Федосеевич, канд. техн. наук, доцент, Самарский государственный технический университет, 443100, г. Самара, ул. Молодогвадейская, д. 244, [email protected]
The impact of drying technology on chemical composition and antioxidant properties of fruit pomace
Key words
pomace; apple; grape; chemical composition; antioxidant; convective drying; IR-drying
Abstracts
Apple and grape are the most popular culture for the food production of raw material. That is a lot of waste of products with good properties such as a pomace. The pomace contents a lot of useful matters but it is rot quickly. The drying is one of the way to save good properties of pomace. Fruit powder may be used for production of functional products with antioxidant properties. The aim of the study is studying of impact the technology of drying apple and grape pomaces on their chemical composition and antioxidant properties. The pomace of apple «Sinap» and blend of dark grape sorts was a raw material. Apple and grape were grown in Samara Region. The equipment are electric oven PE-4610 andinfrared oven Universal-UnIR-1. The methods are content of organic acids and sugar by GOST's 25555.0-82 and 8756.13-78, photocolorimetric methods of determination antioxidant properties and content of phenols, flavonoids, anthocianins. Anthocianins of apple not determine. The methods of drying are convective and infra-red. It was detected that time of drying is reduce for IR-drying. Color of apple pomace is lighter then it is for convective one. Grape pomaces of different drying methods have equal color. For both methods the content of sugars, organic acids, phenols, flavonoids and anthocianins are increase. The content of organic acids is higher for convective drying. The content of sugars is higher for IR-drying. The rate of ferric reduce antioxidant power, antioxidant activity and inhibition of oxidation of linoleic acid are increase for convective drying. The inhibition of oxidation of linoleic acid is reduce for IR-drying and the rate of ferric reduce antioxidant power and antioxidant activity are lower than convective drying. IR-dried grape pomace wasn't inhibit oxidation of linoleic acid. Authors means that is inactivation of antioxidant properties of matter for IR-drying. The traditional convective drying is more reasonable for saving antioxidant properties of pomaces. IR-drying is allowed to intensification of drying process.
Authors
Bykova Tatyana Olegovna, Graduate Student, Makarova Nadezhda Viktorovna, Doctor of Chemical Science, Professor, Shevchenko Alexandr Fedoseevich, Candidate of Technical Science, Docent,
Samara State Technical University, 244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, [email protected]
