Иновационная безотходная технология быстрозамороженнного пюре из ягод клюквы повышенной биологической ценности
Автор: Павлюк Р.Ю., Погарська В.В., Стоев С.С., Лосева С.М.
Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu
Рубрика: Техника и технологии
Статья в выпуске: 1 (106), 2015 года.
Бесплатный доступ
Разработана и научно обоснована технология консервированных замороженных витаминных пюре из ягод клюквы. Технология отличается от традиционной использованием криогенного быстрого замораживания и мелкодисперсного измельчения с применением жидкого и газообразного азота. Комплексными исследованиями показано, что новая технология в сравнении с традиционной позволяет получить уникальные продукты, которые обогащены природными биологически активными веществами (БАВ) обладают оздоровительным действием.
Инновации, замораживание, ягоды клюквы, технология, витаминное пюре, биологически активные вещества, низкотемпературное измельчение, деструкция, азот, оздоровительные продукты
Короткий адрес: https://sciup.org/140204776
IDR: 140204776
Текст научной статьи Иновационная безотходная технология быстрозамороженнного пюре из ягод клюквы повышенной биологической ценности
В настоящее время во всех странах мира пользуются популярностью функциональные оздоровительные продукты питания, направленные на повышение иммунитета и укрепление здоровья населения. Такие уникальные продукты в своем составе содержат незаменимые биологически активные вещества (БАВ): витамины, минеральные вещества, фенольные, пектиновые, дубильные вещества, полифенолы и др.
Особое место среди растительного сырья, содержащего значительное количество БАВ, занимают ягоды, к которым относится клюква. Эта ягода представляет собой сбалансированный комплекс биологически активных веществ - витамина С 45...70 мг/100 г, фенольных соединений - 1,2_1,3%, антоцианов 0,7...0,9%, дубильных веществ - 0,3... 0,6%, пектиновых веществ - 1,4...1,8%. Высокое содержание фенольных соединений и антиоксидантные свойства клюквы делают ее похожей по своим свойствам на вино, а количество пектина, который содержится в ягодах, способен легко выводить радионуклиды и ионы тяжелых металлов из организма человека [2].
С каждым годом ассортимент продуктов из клюквы расширяется, особенно это становится очевидным в пищевой промышленности развитых странах ближнего и дальнего зарубежья. Зарубежные источники насчитывают около 1000 разных видов продуктов с использованием ягод клюквы. В кондитерской промышленности используют клюкву для производства рулетов, пряников в качестве начинок. Очень популярна клюква в сахарной, шоколадной глазури, клюква протертая с сахаром. В ликероводочной промышленности клюква является сырьем для изготовления ликеров, настоек, водки, в фармацевтической промышленности из клюквы делают биологически активные добавки (БАД). В консервной промышленности выпускаются такие продукты из клюквы как: джемы, варенья, конфитюры, желе, щербеты, сорбеты, муссы, морсы и многое другое.
Недостатком традиционных технологий переработки ягод является то, что производителями используются технологии с жесткими режимами, при которых количество БАВ теряется от 20 до 80%. Это происходит по причине отсутствия эффективного оборудования и современных технологий, позволяющих получить качественные функциональные продукты с высоким содержанием натуральных витаминов, красящих веществ и других БАВ [1,2].
Объекты и методы исследования
В настоящее время одним из наиболее прогрессивных способов переработки и консервирования растительного сырья в международной практике является «шоковое» замораживание и низкотемпературное измельчение. Низкие температуры обеспечивают наиболее полную сохранность витаминов и других БАВ. Из существующих хладагентов, оптимально подходящих для замораживания, является жидкий азот, достоинствами которого является низкая температура кипения, химическая и биологическая инертность. Жидкий и газообразный азот для замораживания пищевых продуктов применяется в различных странах мира, преимущественно в США, Германии, Швеции, Норвегии, Финляндии и др. Мировая статистика свидетельствует о том, что жидкий азот применяется ведущими фирмами достаточно широко при транспортировке, хранении и переработке сельскохозяйственных продуктов. Появился целый ряд азотных технологий в пищевой промышленности. Но без глубоких знаний биохимических, микробиологических и химических процессов, изменений БАВ, биополимеров, действия ферментов, которые происходят в растительном сырье при криогенном замораживании, невозможно достичь высокой эффективности использования жидкого азота.
В Украине применение жидкого азота при замораживании пищевых продуктов находится на стадии экспериментальных разработок. Поэтому разработка научных основ криогенных технологий получения замороженных ягод и мелкодисперсного замороженного пюре является актуальной задачей.
В настоящей работе исследования были проведены в лаборатории «Инновационных нано- и криотехнологий растительных добавок и оздоровительных продуктов» кафедры технологий переработки плодов, овощей и молока Харьковского государственного университета питания и торговли с использованием современного оборудования и компьютерного обеспечения. На стадиях переработки ягод использовали жидкий и газообразный азот, ягоды перерабатывали вместе с кожицей и семенами, сохраняя безотходность производства. В работе использовались современные методы исследования: общепринятые и специальные физико-химические, химические, математические методы обработки экспери- ментальных данных с использованием компьютерных технологий.
Целью исследований является изучение закономерностей и механизмов влияния замораживания и низкотемпературного измельчения на БАВ, биополимеры ягод клюквы при разработке научно-обоснованной технологии замороженного пюре, которое бы отличалось повышенной биологической ценностью по сравнению с аналогами.
Главной задачей в данной работе было не только сохранение, но и более полное извлечение фенольных соединений, красящих веществ фенольной природы – антоцианов и L-аскорбиновой кислоты, полифенолов – дубильных веществ из свежего сырья.
Комплексными исследованиями впервые показано, что чем выше скорость замораживания до более низких температур (по сравнению с традиционными режимами замораживания) до минус 35...40°С продукта, тем лучше сохраняется качество ягод (рис. 1)

s J
4 о
s
s
4 о « s R
s
R
U
У
в" s s u s s
«


Рисунок 1 - Влияние замораживания и низкотемпературного измельчения на содержание основных БАВ в ягодах клюквы: 1 – свежие ягоды клюквы; 2 – ягоды замороженные при температуре -18° С; 3 – ягоды быстрозамороженные до температуры -35...-40° С; 4 – ягоды быстрозамороженные и тонкоизмельченные

Полученные данные свидетельствуют о том, что после быстрого замораживания и низкотемпературного измельчения идет увеличение высвобождения из связанного состояния биологически активных веществ: витамина С в 2,1..2,2 раза, фенольных соединений в 1,8…1,9 раза, антоциановых
Поглощение, % веществ в 1,3…1,6 раза, дубильных веществ в 1,5…1,7 раза.
Повышенное извлечение антоцианово-фенольного комплекса и других БАВ из клюквы при быстром замораживании и мелкодисперсном измельчении было подтверждено на молекулярном уровне при изучении ИК-спектров (рис 2.)

Рисунок 2 - ИК-спектры ягод клюквы свежих, замороженных и измельченных: 1 – ягоды клюквы свежие; 2 – ягоды клюквы замороженные; 3 – ягоды клюквы быстрозамороженные и тонкоизмельченные
Показано, что ИК-спектры гомогенных замороженных пюре из ягод клюквы имеют более деструктурированный вид по сравнению со свежими ягодами. При мелкодисперсном измельчении замороженных ягод происходит значительное уменьшение количества водородных связей, а также уменьшение количества ОН- групп (в области частот при ν = 3610…3645 см-1, ν = 3450…3600 см-1, ν = 3200…3550 см-1, ν = 3590…3650 см-1, ν = 3200…3400 см-1), что свидетельствует о высвобождении низкомолекулярных БАВ и красящих веществ из связанного с биополимерами состояния. Кроме того, наблюдается увеличение интенсивности спектров в области частот ν = 2900…2000 см-1, ν = 1700…1100 см-1, характерных для валентних коливань -CH3, -NH2, CO-, а также ненасыщенных двойных связей. Это свидетельствует об увеличении после быстрого замораживания и низкотемпературного измельчения низкомолекулярных БАВ (витаминов, фенольных соединений) из связанного с биополимерами состояния в свободное, а также трансформацию биополимеров (пектиновых веществ, целлюлозы, белка). Полученные методом ИК-спектроско-пии данные свидетельствуют об увеличении массовой доли фенольных соединений, антоциановых красящих веществ, ненасыщенных веществ после замораживания и механического воздействия, которые подтвердили данные, полученные химическими методами исследований.
Известно, что при переработке ягод большая часть БАВ разрушается из-за действия окислительных ферментов. В данной работе показано, что замораживание ягод до температуры -18°С приводит к потере БАВ ягод клюквы на 20…40%. Это связано с тем, что часть окислительных ферментов при замораживании с такими режимами не инактивируется. Установлено, что при медленных скоростях замораживания до температуры -18°С активность ферментов (пероксидазы и полифенолоксидазы) после размораживания увеличивается на 49…50%, а при получении пюре из таких ягод на 350…410% по сравнению с исходными ягодами. В результате шокового замораживания до температуры -35°С активность ферментов снижается до 0,1%, а в криопюре из плодов «шокового» замораживания пероксидаза и полифенолоксидаза полностью инактивируются (табл.1).
Таблица 1 - Влияние «шокового» замораживания и низкотемпературного измельчения на активность окислительных ферментов при переработке ягод клюквы
Продукт |
Активность пероксидазы |
Активность полифенолоксидазы |
||
мл. 0,001N йода к СВ |
% к исходному |
мл. 0,001N йода к СВ |
% к исходному |
|
Свежие ягоды клюквы |
149,3 |
100,0 |
74,6 |
100,0 |
Замороженные ягоды до -18°С |
223,5 |
149,3 |
111,9 |
150,0 |
Криопюре из ягод, замороженных до -18°С |
521,5 |
350,2 |
305,9 |
410,0 |
«Шоковое» замораживание плодов до -35°С |
0 |
0 |
1,2 |
0,1 |
Криопюре из плодов «шокового» замораживания |
0 |
0 |
0 |
0 |
Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что при медленной скорости замораживания и последующем низкотемпературном измельчении происходит существенная потеря природных БАВ ягод клюквы и ухудшение качества готовых пюре. При «шоковом» замораживании и последующем низкотемпературном измельчении окислительные ферменты инактивируются, а также не наблюдаются потери клеточного сока в отличие от традиционного замораживания.
Установлено также, что при замораживании и измельчении (то есть использовании процессов криомеханодеструкции) ягод клюквы наблюдается существенная деградация и деструкция биополимеров – пектиновых веществ, целю-лозы и белка. Показано, что при криогенном замораживании и низкотемпературном измельчении увеличивается общее количество пектиновых веществ в 3,0…4,6 раза, а количество протопектина в 5,5…6 раз (рис.3).

Рисунок 3 - Влияние замораживания и низкотемпературного мелкодисперсного измельчения на трансформацию пектиновых веществ клюквы, где А – общий пектин; Б – протопектин; В – водорастворимый пектин; 1 – свежие ягоды; 2 – замороженные ягоды; 3 – замороженные и мелкоизмельченные ягоды
Это можно объяснить тем, что в растительной клетке большая часть пектиновых веществ находится в связанном состоянии в комплексе с другими полимерными молеку- лами: арабанами, галактанами и мономерными молекулами углеводов, а также лигнином и белковыми веществами, и при традиционных методах определения пектиновых веществ они полностью не извлекаются. При использовании процессов активирования пектиновых веществ с помощью замораживания и низкотемпературного мелкодисперсного измельчения (процессов криомеханоактивации и криомеханодеструкции) происходит значительная трансформация пектиновых веществ из связанного состояния в свободное за счет неферментативного разрушения водородных и ионных связей в комплексах.
Показано также, что значительная часть протопектина (50...70%) трансформируется в растворимый пектин (его количество увеличивается в 2...4 раза по отношению к исходному растворимому пектину) и галактуроновую кислоту за счет неферментативного разрушения водородных и ионных связей в протопектине. Об этом свидетельствует также и существенное увеличение органических кислот на 25…30%. Известно, что галактуроновая кислота – мономер, из которой состоят пектиновые вещества, относится к органическим кислотам, которые в своей молекуле содержат свободные карбоксильные группы, которые имеют кислую реакцию. Известно, что хорошо растворимые пектины более высокометоксилированы и очевидно повышают степень его этерификации и количество водородных и ионных связей. В связи с этим можно предположить, что увеличиваются и желирующие свойства пюре из ягод, которые обрабатываются путем замораживания и с использованием процессов механоактивации и механодеструкции. Установлено, что параллельно происходит деструкция и деградация целлюлозы, о чем свидетельствует уменьшение ее количества на 8…13%, увеличение общего количества сахаров на 9…12% и увеличение желирующей способности на 25…40%.
Полученные результаты стали основой для разработки новой технологии получения замороженного мелкодисперсного пюре из ягод клюквы повышенной биологической ценности. Инновационная технология получения пюре полностью исключает тепловую обработку и основывается на использовании жидкого, а также газообразного азота в качестве источника низких температур и инертной среды на стадиях переработки ягод. Новая технология витаминного замороженного пюре имеет три основных отличия от традиционных техноло- гий: полностью исключает тепловую обработку продукта; в качестве хладагента применяется жидкий и газообразный азот; а также применяется мелкодисперсное низкотемпературное измельчение.
Заключение и выводы
Таким образом, новая технология позволяет получить наноструктурированный продукт с высоким содержанием природных БАВ, высокой усвояемостью живыми организмами, высокой растворимостью. Замороженные пюре по качеству и содержанию натуральных БАВ в 2-3 раза превосходят свежее сырье и известные аналоги французской фирмы «Ravifruit». Кроме того, новые витаминые пюре из ягод клюквы имеют высокие технологические свойства. Их можно использовать для обогащения различных функциональных пищевых продуктов и в качестве полуфабрикатов при получении из них в дальнейшем соков, соковых напитков, пастообразных наполнителей с использованием пастеризации, вакуумирования, асептического консервирования и др. На замороженное витаминное пюре из клюквы утверждена нормативная документация (ТУ У 10.301566330-284:2013), также проведены производственные испытания на НПП «Криас плюс», НПФ «Фипар», ЗАО «Фитория».
Список литературы Иновационная безотходная технология быстрозамороженнного пюре из ягод клюквы повышенной биологической ценности
- Павлюк Р.Ю. Новые технологии витаминных углеводсодержащих фитодобавок и их использование в продуктах профилактического действия: монография/Р.Ю.Павлюк, А.И. Черевко, И.С. Гулий; Харьк. гос. академия технологии и организации питания, Укр. гос. ун-т пищ. техн. -Харьков; Киев, 1997. -285 с.
- Р.Ю. Павлюк., В.В. Погарская, В.В.Яницкий и др.; Товароведение и инновационные технологии переработки лекарственно-технического растительного сырья: Учебное пособие. Харьк. гос. ун-т питания и торговли; Харьк. торг.-эконом. инст-т; Киевск. нац. торг.-эконом.ун-та. -Харьков, 2013. -429 с.
- Погарская В. В. Активация гидрофильных свойств каротиноидов растительного сырья. Серия: новое в технологии переработки растительного сы-рья: моногр./В. В. Погарская, Р. Ю. Павлюк и др. -Харьк. гос. ун-т пит. и торговли. -Х., 2013. -345 с.
- Гамуля Г.Д., Павлюк Р.Ю., Крячко Т.В., Стоєв С.С. Новое в технологии замораживания ягод с применением газообразного азота в скоромо-розильном туннельном аппарате//Науковi працi ОНАХТ. Випуск №33 -Одеса: ОНАХТ.-2008.