Изменение биологически активной ценности вторичного сырья в процессе СВЧ-нагрева

Введение. Пищевые компоненты определяют биологически активную ценность продуктов питания и оказывают решающее влияние на их структуру, цвет, внешний вид, вкус, аромат, а также полезные свойства. Это определяет необходимость комплексной оценки влияния каждого технологического процесса на отдельные пищевые компоненты. В связи с этой задачей необходимо знать специфическое поведение отдельных пищевых компонентов соответственно факторам, которые влияют на их изменения, а также механизмы этих изменений.

В плодоовощной консервной промышленности одним из технологических процессов является предварительная тепловая обработка сырья, в т.ч. бланширование, под которой понимается кратковременное (5–15 мин) воздействие на сырье горячей водой (температура 80...100 °С) или паром [4].

В процессе бланширования растительного сырья происходят потери питательных веществ, растворимых в воде, что является существенным недостатком. Диффузионный процесс, который происходит при бланшировании, является основной причиной потерь растворимых питательных веществ растительного сырья. Количество потерь питательных веществ зависит от вида и сорта растительного сырья, а также от его физического состояния (в целом или измельченном виде), в котором оно поступает на бланширование.

В настоящее время в современном оборудовании, как отечественного, так и иностранного производства, применяемом для предварительной термической обработки, используется микроволновая энергия. Данное оборудование позволяет рационально перерабатывать фрукты и овощи при непрерывном способе производства.

По сравнению с традиционными способами термической обработки для СВЧ-нагрева характерен ряд преимуществ:

• -    в результате «объемной» подачи тепла обеспечивается высокая скорость и равномерный нагрев;

• -    высокая сохранность витаминов и других биологически активных веществ;

• -    возможность мягкого режима термообработки

и подачи тепла импульсами (ступенчатый нагрев);

• -    экономическая эффективность процесса, обусловленная тем, что отсутствует контакт с теплоносителем, а также генерацией тепла в самом продукте, все это приводит к минимизации потерь тепла на нагрев оборудования и в окружающую среду;

• -    СВЧ-генераторы характеризуются меньшим потреблением электроэнергии по сравнению с электролитами и другими нагревательными приборами;

• -    из-за сокращения выделения тепла, газообразных веществ и пара во внешнюю среду улучшаются условия труда [3].

Однако еще недостаточно информации о влиянии токов сверхвысокой частоты (СВЧ-нагрева) на изменение биохимического состава перерабатываемого растительного сырья, в т.ч. вторичного.

Применение СВЧ-нагрева для предварительной обработки вторичного сырья является актуальным, так как в настоящее время приоритетным направлением развития пищевой и перерабатывающей промышленности является переход к технологиям, обеспечивающим комплексную переработку местного растительного сырья с максимальным сохранением биологически активных веществ.

Цель исследования . Изучение изменения биохимического состава выжимок от производства свекольного сока прямого отжима в результате их СВЧ-нагрева.

Задачи исследования: определить зависимость температуры нагрева свекольных выжимок от времени СВЧ-нагрева; зависимость содержания сухих веществ, водорастворимых антиоксидантов в свекольных выжимках от удельной работы СВЧ-нагрева; содержание пектиновых веществ в свекольных выжимках в свежем виде и после СВЧ-нагрева.

Объекты и методы исследования. Опытными образцами служили свекольные выжимки после СВЧ-нагрева до температуры от 50 до 96 °С при мощности 800 Вт. Контролем являлись свежие свекольные выжимки, которые не подвергались СВЧ-нагреву.

Изменение биохимического состава свекольных выжимок после СВЧ-нагрева по сравнению с контролем определяли по содержанию сухих веществ, антиоксидантов и пектиновых веществ в лаборатории продуктов функционального питания Мичуринского государственного аграрного университета Тамбовской области.

Содержание водорастворимых антиоксидантов в свекольных выжимках определяли на приборе «Цвет Яуза 01-АА» амперометрическим методом. Данный метод основывается на измерении силы электрического тока, который возникает на поверхности рабочего электрода в результате окисления молекул антиоксиданта при определенном потенциале, далее после усиления электрический ток преобразуется в цифровой сигнал. На значение электрического тока влияют природа и концентрация анализируемых веществ, тип и материал рабочего электрода, а также потенциал, приложенный к электроду [5].

Массовая доля сухих веществ в свекольных выжимках определялась по ГОСТ 28561-90 методом высушивания навески при температуре 105 °С до постоянного веса.

Содержание пектиновых веществ (водорастворимых и протопектина) определялось объемным методом по С.Я. Райк.

Результаты исследования и их обсуждение. Известно, что температура, мощность и время СВЧ-нагрева являются основными параметрами, от значений которых будет зависеть биохимический состав свекольных выжимок.

На рисунке 1 показана зависимость температуры нагрева свекольных выжимок от времени СВЧ-нагрева при постоянной мощности 800 Вт.

Время, с

Рис.1. Зависимость температуры нагрева свекольных выжимок от времени СВЧ-нагрева при постоянной мощности 800 Вт

На рисунке 1 видно, что температура нагрева свекольных выжимок находится в прямой зависимости от времени СВЧ-нагрева при постоянной мощности 800 Вт. Установлено, что свекольные выжимки нагреваются до температуры 50 °С за 60 с, а максимальная температура 96 °С достигается за 200 с СВЧ-нагрева.

Одним из важнейших показателей, по которому судят о качестве перерабатываемого растительного сырья, является содержание в нем сухих веществ и антиоксидантов.

Содержание антиоксидантов влияет на функ- циональную ценность растительного сырья. Антиоксиданты блокируют свободные радикалы, которые оказывают вредное воздействие на человеческий организм, и тем самым могут защищать его от заболеваний и старения. Наряду с белками, углеводами и жирами антиоксиданты признаются незаменимой частью функционального, профилактического и здорового питания.

Зависимости содержания сухих веществ и антиоксидантов в свекольных выжимках от удельной работы СВЧ-нагрева представлены на рисунках 2 и 3.

Удельная работа, Вт/г - с

Рис. 2. Зависимость содержания сухих веществ от удельной работы СВЧ-нагрева свекольных выжимок

Удельная работа, Вт/г - с

Рис. 3. Зависимость содержания антиоксидантов (по кверцетину) от удельной работы СВЧ-нагрева свекольных выжимок

В результате исследований выявлено, что в контрольном образце свекольных выжимок с массовой долей сухих веществ 18,8 % содержание антиоксидантов в пересчете на сухое вещество составило 281,4 мг/100 г с.в. После СВЧ-нагрева свекольных выжимок до 50 °С (удельная работа – 240 Вт/г⋅с) содержание антиоксидантов составило 386,3 мг/100 г с.в. при массовой доле сухих веществ 20,4 %. Максимальное содержание антиоксидантов в свекольных выжимках 691,0 мг/100 г с.в. было выявлено в образцах после СВЧ-нагрева при следующем режиме: температура 92 °С, время 160 секунд, мощность 800 Вт (удельная работа – 640 Вт/г⋅с), при этом массовая доля сухих веществ составила 22,3 %. При дальнейшем увеличении удельной работы СВЧ-нагрева до 720– 800 Вт/г⋅с температура свекольных выжимок повышалась незначительно – на 3–4 °С. При данных режимах СВЧ-нагрева свекольных выжимок массовая доля сухих веществ составила соответ- ственно 23,4 и 23,8 %, а содержание антиоксидантов снизилось соответственно до 552,1 и 375,2 мг/100 г с.в.

Состояние пектиновых веществ в растительном сырье играет важную роль в технологии, оказывает влияние на многие технологические параметры и качественные характеристики готового продукта. Пектиновые вещества относятся к полисахаридам несахаристого типа. Они содержатся в растительном сырье (фрукты и овощи) как в виде протопектина, который не растворяется в воде, так и в виде водорастворимого пектина. Пектиновые вещества растворяются в воде, ус- ваиваются в кишечнике, образуют гели и имеют значительную водоудерживающую способность, связывают катионы и органические вещества, холестерин и желчные кислоты, токсичные и лекарственные вещества [1, 2].

Сравнительная оценка содержания пектиновых веществ в свекольных выжимках в свежем виде и после СВЧ-нагрева при режиме, при котором обеспечивается максимальное содержание антиоксидантов (температура – 92 °С, мощность – 800 Вт, время нагрева – 160 секунд), представлена в виде диаграммы на рисунке 4.

■ Массовая доля пектиновых веществ, г/100 г с.в.

■ Массовая доля протопектина, г/100 г с.в.

■ Массовая доля водорастворимого пектина, г/100 г с.в.

Рис. 4. Содержание пектиновых веществ в свекольных выжимках

Установлено, что при СВЧ-нагреве свекольных выжимок количественных изменений в содержании пектиновых веществ не установлено, однако меняется их качественный состав. Так, в свекольных выжимках, как в свежем виде, так и после СВЧ-нагрева, содержание пектиновых веществ в среднем составило 14,3 г/100 г с.в. Содержание водорастворимых пектиновых веществ в свекольных выжимках после СВЧ-нагрева по сравнению со свежими выжимками повышается с 7 до 19 % в результате гидролиза протопектина.

При СВЧ-нагреве свекольных выжимок происходит гидролиз протопектина в растворимый пектин, коагулируются белки протоплазмы, цитоплазменная оболочка повреждается, осмотическое давление уменьшается и выжимки размягчаются, а также увеличивается их клеточная проницаемость, что и может обуславливать факт увеличения содержания водорастворимых антиоксидантов в опытных образцах.

В технологическом аспекте предварительную термическую обработку свекольных выжимок СВЧ-нагревом следует применять с целью ускорения процесса сушки или протирания.

Выводы. В результате исследования установлено, что при использовании СВЧ-нагрева свекольных выжимок происходят следующие изменения:

• -    нагрев от 50 до 96 °С при мощности 800 Вт приводит к увеличению содержания сухих веществ в опытных образцах на 1,6–5 % по сравнению с контролем;

• -    при режиме нагрева: температура – 92 °С, мощность – 800 Вт, время 160 секунд (удельная работа – 640 Вт/г ⋅ с) – в опытном образце по сравнению с контролем отмечено максимальное увеличение содержания антиоксидантов (в 2,5 раза), что может быть обусловлено процессом гидролиза протопектина в пектин, повышающим клеточную проницаемость для водорастворимых антиоксидантов.

Свекольные выжимки после СВЧ-нагрева рекомендуется перерабатывать в порошок и пасту, которые можно использовать в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий для здорового питания.