Выбор способа концентрирования сброженных основ в технологии функциональных напитков с использованием чая Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 663.45; 663.953

Выбор способа концентрирования сброженных основ

в технологии функциональных напитков с использованием чая

М. В. Гернет,

д-р техн. наук, профессор; Б. Р. Хашукаева; И. Н. Грибкова,

канд. техн. наук;

К. В. Кобелев,

канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности

М.Д. Клейменов; А.М. Чуйкина

Московский государственный университет пищевых производств

А. О. Кречетова

АО «АС Рус Медиа»

ВВНИИПБиВП продолжается работа по созданию технологии функциональных напитков брожения на основе экстрактов из чая. Ранее были подобраны микроорганизмы, состав среды и определены оптимальные технологические параметры ведения процесса [1].

С целью интенсификации брожения были отобраны аминокислотно-витаминные активаторы, позволившие значительно сократить длительность процесса [2].

Исследовано влияние температуры, количества аэрированного кислорода, величины рН среды на процессы образования вторичных и побочных продуктов брожения. Были выявлены (или не выявлены) корреляционные зависимости вышеперечисленных факторов на процесс образования основных и побочных продуктов брожения при использовании низовых и верховых пивоваренных дрожжей и молочнокислых бактерий при разных температурах [3].

Заключительным этапом разрабатываемой технологии должна стать стадия технологического процесса концентрирования или пастеризации сброженных основ. Полученные результаты по разработке данной стадии легли в описание представленной статьи.

Критерием отбора схем концентрирования и пастеризации служили такие показатели, как сохранение состава ингредиентов, полезных для восприятия организмом, и, по возможности, ликвидация или ослабление негативных факторов.

Известно, что безалкогольные напитки, например квас, готовят из

концентрата квасного сусла (ККС), который получают путем затирания с водой ферментированного ржаного солода (основной компонент), ржаной муки и других зернопродуктов; затор после осветления подвергают упариванию в вакуум-аппарате с последующей тепловой обработкой полученного продукта [4]. Разработка способа получения ККС и ее промышленное освоение в 60-х годах прошлого столетия резко упростили технологию квасоварения, позволили сократить потери экстрактивных веществ в производстве и гарантировать потребителю и производителю относительную стабильность качества выпускаемого напитка [5].

Однако, качество концентратов, получаемых разными производителями, сильно отличается, так как заводы используют различное сырье, режимы и способы производства и оборудование.

Поскольку конечный этап исследований заключался в разработке промышленной технологии функциональных безалкогольных напитков, было сделано предположение о целесообразности получения концентратов сброженных основ.

Проанализировав источники литературы и патенты, мы смогли сделать следующие выводы. Помимо классического вакуум-выпаривания, концентрирование напитков можно проводить в пульсационном выпарном аппарате при частоте пульсаций 0,08-8 Гц и температуре 50...60 °С [6]; в трехступенчатой вакуум-выпарной установке с применением ультрафильтрации [7]; с использованием принудительной фильтрации с продуктом

ПИВО и НАПИТКИ

4•2017

'ТЕХНОЛОГИЯ

при температуре 10...20 °С (внутри емкости аппарата), в контуре которой применяется конденсатор пара, охлаждаемый хладоносителем [8]; с использованием метода криоконцен-трации (вымораживания) [9].

Следует отметить, что метод вымораживания впервые был предложен А. И. Веселовым в 1968 г. для концентрирования ферментных растворов и нашел широкое применение во многих отраслях: соко-морсовой, виноделии, пивоварении, для получения экстрактов чая, кофе, ароматических трав и т. д. Применение вымораживания позволяет снизить потери биологически активных веществ, которые неизбежны при использовании высоких температур [10].

В своих исследованиях мы сочли целесообразным проводить концентрирование на испарителе ротационном ИИ-1 -ЛТ, Labtex при температуре 70 °С (применение более низких температур приводило к значительному увеличению процесса выпаривания на лабораторных установках).

2-,

Выпаривание проводили в 2 и 4 раза. В исходном и полученных образцах определяли по методикам: высшие спирты [11]; органические кислоты [12]; аминокислоты [13] и сахара [14]. Полученные данные представлены на рис. 1 и 2.

При выпаривании даже в 2 раза происходит значительная потеря всех составляющих исходной сброженной основы. Содержание высших спиртов снижается в 40 раз; эфиров — в 124; карбонильных соединений — в 4,5; аминокислот и сахаров — в 2 раза. Изменения в содержании органических кислот практически не происходят.

В настоящих исследованиях особое внимание уделяли содержанию ингредиентов, входящих в основные категории функционального питания. По данным авторов, в состав продуктов функционального питания могут входить сотни нутриентов, относящихся как минимум к 14 основным категориям [15]. Анализ знаний о действующем начале продуктов функционального питания, механиз-

1,5-

1-

0,5-

Сброженная основа

Высшие спирты

Концентрирование Концентрирование

в 2 раза в 4 раза

Эфиры Карбонильные соединения

Рис. 1. Изменение содержания высших спиртов, эфиров и карбонильных соединений

(пересчитанных на 1% сухих веществ) при концентрировании сброженной основы

8-1

6-

4-

2-

Сброженная основа

Концентрирование в 2 раза

Органические кислоты Сахара

Концентрирование в 4 раза

Аминокислоты*0,1

Рис. 2. Изменение содержания органических и аминокислот, а также сахаров

(пересчитанных на 1% сухих веществ) при концентрировании сброженной основы

ме их благоприятного воздействия на организм позволяет рассматривать подавляющее большинство категорий функционального питания как своеобразную форму пробиотиков. Как формулируют авторы работы, функциональное питание — это продукты специального назначения естественного или искусственного происхождения, которые предназначены для систематического ежедневного потребления и направлены на восполнение недостатка в организме энергетических, пластических или регуляторных пищевых субстанций. Оказывая регулирующее воздействие на физиологические функции, биохимические реакции и психосоциальное поведение человека, подобные продукты поддерживают физическое и духовное состояние здоровья и снижают риск возникновения заболеваний [15].

Для нормального функционирования организма человека требуется постоянное его снабжение определенными аминокислотами, особенно незаменимыми.

В группу незаменимых аминокислот (Branched chain amino acids, ВСАА — аминокислоты с разветвленной молекулярной цепью) входят лейцин, изолейцин, валин. Аминокислоты относятся к природным соединениям, участвующим в синтезе протеинов (всего их 9), они не синтезируются в организме, в связи с чем их необходимо обязательно получать с пищей. Было установлено, что мышечные белки почти на треть состоят из аминокислот группы ВСАА, и если не будет происходить поступление необходимых количеств этих аминокислот с пищей, то в организме человека может начаться разрушение уже существующих видов белков. В природном протеине животного происхождения между лейцином, изо-лейцином и валином соотношение составляет 2 : 1 : 1 [16].

Помимо перечисленных аминокислот, в состав незаменимых входят: лизин (включен в состав всех белков животного и растительного происхождения) — рекомендуется людям, потребляющим малокалорийную или обедненную белками пищу; ме-тионин (участвует в синтезе многих биологически активных соединений, активизирует действие ферментов, витаминов) — стимулирует действие иммунной системы, обеспечивает обезвреживание токсичных метал-

0

0

4•2017

ПИВО и НАПИТКИ 37

ТЕХНОЛОГИЯ'

лов; треонин (содержится в незначительных количествах в зерновыгх продуктах) — важная составляющая коллагена, эластана и протеина зубной эмали; триптофан — участвует в синтезе белков и биологически ак-тивныгх веществ, связанный с работой головного мозга; фенилаланин (стимулирует психическую и физическую активность, улучшает память) — основа синтеза соединений эндорфинов («гормонов счастья»); гистидин (ранее был включен в группу незаменимы^ в настоящее время относится к группе частично заменимыгх) — регулирует иммунную защиту, в организме синтезируется очень медленно и в количествах, недостаточный для его функционирования.

Как следует из рис. 2, количество аминокислот в концентрированных основах снижается почти в 2 раза. Как же изменяются незаменимые аминокислоты?

Было проанализировано содержание всех аминокислот (табл. 1). Отдельно представлены незаменимые аминокислоты (табл. 2), где рассчитан процент их потерь.

Потери незаменимы« аминокислот составляют от 40 до 60%. На наш взгляд, это чрезвычайно расточительно и неаргументировано. Кроме того, органолептический анализ полученных концентратов показал, что в образцах появились неприятные уваренные тона, и общая оценка напитков, полученных на их основе, со-

Таблица 1

Содержание аминокислот в образцах, мг/дм3

Компонент напитка Сброженная основа Основа,упаренная в 2 раза Основа, упаренная в 4 раза

факт. на 1% СВ факт. на 1% СВ факт. на 1% СВ

Аспарагиновая кислота 27,2 2,9 45,2 1,4 20,1 0,9

Глютаминовая кислота 29,4 3,2 52,5 1,6 22,9 1,0

Аспарагин 36,9 4,0 74,6 2,3 34,4 1,5

Гистидин 20,4 2,2 39,9 1,2 17,6 0,8

Серин 48,9 5,3 116,6 3,6 62,4 2,8

Глютамин 22,3 2,4 47,9 1,5 24,4 1,1

Аргинин 17,6 1,9 43,2 1,3 21,0 0,9

Глицин 40,9 4,4 83,4 2,6 37,0 1,8

Треонин 126,8 13,6 306,2 9,4 141,4 6,3

Аланин 22,6 2,4 46,3 1,4 20,9 0,9

Тирозин 16,9 1,8 33,2 1,0 15,5 0,7

Валин 41,0 4,4 75,4 2,3 32,2 1,4

Метионин 49,4 5,3 97,2 3,0 47,8 2,1

Триптофан 25,6 2,8 45,2 1,4 22,3 1,0

Изолейцин 36,3 3,9 66,7 2,0 31,3 1,4

Фенилаланин 17,6 1,9 35,1 1,1 16,5 0,7

Лейцин 65,2 7,0 134,3 4,1 61,6 2,8

Лизин 5,0 0,5 7,6 0,23 3,3 0,15

Сумма 650,1 70,0 1350,4 41,3 632,6 28,4

Таблица 2

Компонент напитка Сброженная основа Содержание аминокислот, мг/дм3, на 1% СВ Основа, упаренная в 2 раза Основа, упаренная в 4 раза факт. % потерь факт. % потерь

Гистидин 2,2 1,2 45,5 0,8 63,6

Аргинин 1,9 1,3 31,6 0,9 52,6

Треонин 13,6 9,4 30,9 6,3 53,7

Валин 4,4 2,3 47,7 1,4 68,2

Метионин 5,3 3,0 43,4 2,1 60,4

Триптофан 2,8 1,4 50,0 1,0 64,3

Изолейцин 3,9 2,0 48,7 1,4 64,1

Фенилаланин 1,9 1,1 42,1 0,7 63,2

Лейцин 7,0 4,1 41,4 2,8 60,0

Лизин 0,5 0,23 53,9 0,15 70,0

Сумма 43,5 26,03 40,2 17,35 60,1

ставила 10-11 баллов против 18-19 баллов в исходном образце (образцы оценивали по 19-бальной системе — без содержания СО2).

Так как напиток должен оставаться качественным, по крайней мере, до конца срока годности, все попавшие в него микроорганизмы должны быпъ удалены. Это обеспечивается методом пастеризации. Для каждого напитка должна быть установлена минимальная температура пастеризации с целью сохранения его потребительских свойств.

В дальнейших исследованиях проводили опыты по получению напитков из исходных сброженных основ (минуя стадию концентрирования) с последующей пастеризацией.

Режимы пастеризации были следующие [17]:

1) нагрев до 40 °С — выщержка 7 мин;

2) нагрев до 60 °С — выщержка 7 мин;

3) нагрев до 65 °С — выщержка 15 мин;

4) нагрев до 70 °С — выщержка 15 мин;

5) нагрев до 75 °С — выщержка 14 мин;

6) охлаждение до 60 °С — выдержка 7 мин;

7) охлаждение до 40 °С — выдержка 7 мин;

8) охлаждение до 30 °С — выдержка 7 мин;

9) охлаждение до 20 °С — выдержка 6 мин.

В полученных пастеризованных основах были определены все исследуемые показатели (табл. 3), а также проведена их органолептическая оценка.

Содержание аминокислот, включая незаменимые, после пастеризации в образцах практически не изменилось, как и их дегустационная оценка.

Таким образом, на основании проведенных исследований, следует сделать вывод о нецелесообразности стадии концентрирования сброженных основ методом вакуум-выпаривания, поскольку это приводит к значительным потерям основных ингредиентов, входящих в состав функционального напитка, приготовленного на чайной основе.

Вероятно, для концентрирования основ может подойти метод ультрафильтрации, но подобных экспериментов в лаборатории не проводили.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гернет, М.В. Разработка технологии функциональных напитков брожения с использованием чая. Часть I. Подбор питательной среды для культивирования микро-

Таблица 3

Компонент напитка Содержание, мг/дм3 Сброженная основа Пастеризованная основа

Высшие спирты 1

Изобутанол 2,2 2,0

1-Пропанол 0,8 0,7

Изоамилол 6,6 6,3

Эфиры

Этилацетат 16,5 16,3

Этиллактат 0,7 0,5

Карбонильные соединения

Ацетальдегид 2,2 1,9

Фенилэтиловый спирт 4,9 4,7

Органические кислоты

Щавелевая 0,06 0,06

Винная 0,09 0,09

Муравьиная - -

Яблочная 0,1 0,1

Молочная 7,5 7,5

Лимонная 0,8 0,8

Янтарная 0,3 0,2

Сахара

Фруктоза 8,3 8,3

Глюкоза 8,1 8,1

Сахароза - -

Мальтоза 3,1 3,1

Мальтотриоза 1,8 1,8

Аминокислоты

Аспарагиновая кислота 27,0 27,0

Глютаминовая кислота 27,4 27,4

Аспарагин 35,9 35,9

Гистидин 20,0 20,0

Серин 48,0 48,0

Глютамин 20,3 20,3

Аргинин 17,5 17,5

Глицин 40,0 40,0

Треонин 130,8 130,8

Аланин 22,5 22,5

Тирозин 16,7 16,7

Валин 40,0 40,0

Метионин 49,0 49,0

Триптофан 25,5 25,5

Изолейцин 36,0 36,0

Фенилаланин 17,5 17,5

Лейцин 64,8 64,8

Лизин 5,2 5,2

организмов/ М. В. Гернет, И. Н. Грибкова, К. В. Кобелев [и др.] // Пиво и напитки. — 2016. — № 1. — С. 30-34.

2. Гернет, М.В. Разработка технологии функциональных напитков брожения с использованием чая. Часть II. Образование основных и побочных продуктов брожения при культивировании микроорганизмов/ М. В. Гернет, К. В. Кобелев, И. Н. Грибкова, Б. Р. Хашукаева // Пиво и напитки. — 2016. — № 2. — С. 12-16.

3. Гернет, М.В. Влияние температуры, рН и

кислорода на образование вторичных продуктов брожения при получения напитков на основе чая / М. В. Гернет, Б. Р. Хашукаева, И. Н. Грибкова, К. В. Кобелев // Пиво и напитки. — 2017. — № 2. — С. 10-13.

4. Помозова, В.А. Производство концентрата квасного сусла и концентратов квасов / В. А. Помозова // Индустрия напитков. — 2005. — № 6. — С. 46-50.

5. Исаева, В. С. Современные аспекты производства кваса (теория, исследования, практика) / В. С. Исаева, Т. В. Иванова,

■ ггуипппгма

Н. М. Степанова [и др.]. — М.: Московская типография № 6, 2009. — 304 с.

6. Патент 2215452 РФ, МПК А 23 L 2/385. Способ получения концентрированного напитка / Евсеев Н. Н., Еганян А. Г., Жульков Ю.С., Василенко Т. И.; заявитель и патентообладатель ОАО «Московский винно-коньячный завод «КиН». — № 2001128703/13; заявл. 25.10.2001, опубл. 10.12.2013, Бюл. № 19.

7. Патент 23001784 РФ, МПК А 23 L 2/385. Способ получения концентрата напитка / Шин З.А.; заявитель и патентообладатель Шин З.А.; заявл. 25.03.2016, электронный бюл. № 15.

8. Патент 2500449 РФ, МПК В 01 D 1/22. Способ получения концентрированного напитка/ Макаренко В. Г., заявитель и патентообладатель Макаренко В. Г. — № 2012124885/05; заявл. 14.06.2012, опубл. 10.12.2013, Бюл. № 34. — 21 с.

9. Патент 2313569 РФ, МПК С 12 С 12/00. Способ производства пива специального / Погосян А. С.; заявитель и патентообладатель Погосян А. С. — № 2007108879/13; заявл. 12.03.2007, опубл. 27.12.2007, Бюл. № 36. — 15 с.

10. Грачева, И. М. Технология ферментных препаратов / И. М. Грачева. — М.: Пищевая промышленность, 1975. — 392 с.

11. ФР. 1.31.2011.10467. Методика измерений массовой концентрации летучих компонентов в продуктах брожения методом газовой хроматографии. Свидетельство об аттестации методики измерений № 01.00225/205-45-11, 28.06.2011.

12. ФР. 1.31.2012.13427. Методика измерений массовой концентрации органических кислот в продуктах брожения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Свидетельство об аттестации методики измерений №01.00225/205-49-12, 03.10.2012.

13. ФР. 1.31.2012.13428. Методика измерений свободных аминокислот в напитках алкогольных и безалкогольных методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (свидетельство об аттестации методики измерений № 01.00225/205-48-12.

14. ФР. 1.31.2012.13426. Методика измерений массовой концентрации сахаров и глицерина в алкогольных и безалкогольных напитках методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Свидетельство об аттестации методики измерений № 01.00225/205-54-12.

15. Доронин, А. Ф. Функциональное питание/ А. Ф. Доронин, Б. А. Шендеров. — М.: ГРАНТЪ, 2002. — 296 с.

16. Штерман, С.В. Продукты спортивного питания / С. В. Штерман. — М.: АП «Столица», 2017. — 482 с.

17. Тихомиров, В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств / В. Г. Тихомиров. — М.: Колос, 1999. — С. 366. &9

4•2017 ПИВО и НАПИТКИ 39

ТЕХНОЛОГИЯ

Выбор способа концентрирования сброженных основ в технологии функциональных напитков с использованием чая

Ключевые слова

аминокислоты; вторичные продукты брожения; концентрирование; органические кислоты; пастеризация; сахара; функциональные напитки; чай.

Реферат

В статье рассмотрена проблема создания технологии функциональных напитков брожения на основе экстрактов из чая. Перечислены решенные этапы технологии - подбор микроорганизмов, активаторов роста микроорганизмов, состава среды и оптимальные технологические параметры ведения процесса - температура брожения, количество аэрированного кислорода, величины рН среды, влияющие на процессы образования вторичных и побочных продуктов брожения. Исследована стадия концентрирования или пастеризации сброженных основ для получения функционального напитка стабильного качества, для чего применяли испаритель ротационный ИИ-1-ЛТ ^а^ех) при температуре 70 °С. Процесс концентрирования проводили в 2 и 4 раза, в полученных образцах определяли высшие спирты, органические кислоты, аминокислоты и сахара. По результатам анализов установлено, что происходит значительная потеря всех составляющих исходной сброженной основы при концентрации ее в 2 раза. Однако, изменения в содержании органических кислот практически не происходит. Количество всех аминокислот в концентрированных основах снижается почти в 2 раза, а процент потерь незаменимых аминокислот составляет от 40 до 60%. На наш взгляд, это чрезвычайно расточительно и неаргумен-тировано. Кроме того, органолептический анализ полученных концентратов показал, что в образцах появились неприятные уваренные тона, и общая оценка напитков снизилась. Поскольку напиток должен оставаться безупречным, по крайней мере, до конца его срока годности, все попавшие в него микроорганизмы должны быть удалены, для этого применяют метод пастеризации. Следовательно, в настоящей работе были проведены опыты по получению напитков из исходных сброженных основ с последующей пастеризацией. Содержание аминокислот, включая незаменимые, в образцах после пастеризации практически не изменилось, также как и их дегустационная оценка. Таким образом, на основании проведенных исследований, следует сделать вывод о нецелесообразности стадии концентрирования сброженных основ методом вакуум-выпаривания, так как это приводит к значительным потерям основных ингредиентов, входящих в состав функционального напитка, приготовленного на чайной основе.

Авторы

Гернет Марина Васильевна,

д-р техн. наук, профессор;

Хашукаева Бэла Руслановна, аспирантка;

Грибкова Ирина Николаевна, канд. техн. наук;

Кобелев Константин Викторович, канд. техн. наук

ВНИИ пивоваренной, безалкогольной

и винодельческой промышленности,

119021, Россия, г. Москва, ул. Россолимо, д. 7,

[email protected], [email protected]

Клейменов Михаил Дмитриевич, студент;

Чуйкина Анастасия Михайловна, студентка

Московский государственный университет пищевых производств,

125080, Россия, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11

[email protected], [email protected]

Кречетова Ангелина Олеговна

АО «АС Рус Медиа»,

123022, Россия, г. Москва, Столярный пер., д. 3, стр. 6, [email protected]

The Choice of Concentrating Method in Tea-based Fermented Beverages Production

Key words

amino acids; secondary fermentation products; concentration; organic acids; pasteurization; sugars content; functional beverages; tea.

Abstract

The problem functional fermented beverages based on tea extracts creation technologies is considered in the article. The solved technology stages are lists - microorganisms selection, growth activators of microorganisms, medium composition and optimal technological parameters of the process - fermentation temperature, the amount of aerated oxygen, pH of the medium, which influence on formation of secondary and by-products of fermentation processes. The authors investigated the phase concentration or pasteurization of the fermentation basics to obtain a consistent quality functional beverage, using a rotary evaporator AI-1-LT, Labtex at a temperature of 70 °C. The concentration process was carried out in 2 and 4 times, and the obtained samples were determined higher alcohols, organic acids, amino acids and sugars. The test results show that there is a significant loss of all components in the original fermented bases at a concentration in 2 times in samples. However, changes in the content of organic acids, practically, does not occur. The number of amino acids decreases almost in 2 times in concentrated bases, and the percentage of losses of essential amino acids is 40 to 60%. In our view, this is extremely wasteful and unreasonable. In addition, the organoleptic analysis of the obtained concentrates showed that the samples has an unpleasant boiled tone and overall rating of the drink decreased. Because the drink must be perfect for a long time, at least during it shelf life, all microorganisms must be removed, then why use pasteurization method. Therefore, the authors conducted experiments on fermented beverages production from the original foundations, with subsequent pasteurization. The content of amino acids, including essential, in the samples after pasteurisation, has not changed, as well as their tasting score. Thus, on the basis of the conducted research the authors conclude that concentration of the fermentation basics by the vacuum-evaporation is inappropriate, as it leads to significant losses of the major ingredients included in the composition of the functional beverage, prepared on base of tea.

Authors

Gernet Marina Vasilevna,

Doctor of Technical Science, Associated Professor; Khashukaeva Bela Ruslanovna, Post-graduate Student; Gribkova Irina Nikolaevna, Candidate of Technical Science; KobelevKonstantin Viktorovich, Candidate of Technical Science All-Russian Research Institute of the Brewing, Soft Drinks and Wine Industry, 7 Rossolimo str., Moscow, 119021, Russia, [email protected], [email protected] Klemenov Michail Dmitrievich, Student; Chuikina Anastasija Mihailovna, Student Moscow state university of food productions, 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russia, [email protected], [email protected] Krechetova Angelina Olegovna JSC «AC Rus Media»,

3 Stoliarnyi lane, building 6, Moscow, 123022, Russia, [email protected]