Изменение окислительно-восстановительных свойств консервной продукции в результате введения лимонной и аскорбиновой кислоты

Качество пищевых продуктов и степень их положительного влияния на организм человека определяются совокупностью большого числа факторов, среди которых немаловажную роль играет компонентный состав и, как следствие, формы отдельных химических составляющих, имеющих нативный функциональный потенциал. При этом в процессе технологической обработки сырья и неизбежного разрушения исходной структуры его тканей закономерно инициируется

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

комплекс химических реакций по принципу «всё со всем», приводящий в итоге к трансформации функциональных свойств получаемого продукта. Одним из ключевых факторов, определяющих, в какую сторону будет происходить данная трансформация, являются окислительновосстановительные свойства продукта: если в среде присутствует некоторое количество минорных компонентов, нативно обладающих восстановительными свойствами, а в среде превалируют окислительные процессы, то такие компоненты неизбежно подвергаются окислению, утрачивая целевые свойства. В среде с превалирующими восстановительными процессами данные компоненты свои свойства сохранят и тем в большей степени, чем более выраженными восстановительными свойствами будет обладать продукт [1-3]. В силу того что большинство активных функциональных компонентов проявляют свои свойства в качестве восстановителей, в работах [1-3] предложено оценивать окислительно-восстановительные свойства анализируемой системы по показателю восстановительной способности (RH), априори полагая задачу превалирования восстановительных свойств как целевую.

При ограниченном нативном потенциале формирования показателя восстановительной способности, но преимущественно с целью коррекции органолептических и / или функциональных свойств продукта, создания условий для повышения его микробиологической безопасности в рецептуру включают минорные компоненты - сопутствующие рецептурные компоненты, задаваемая концентрация которых мала по сравнению с концентрациями основных компонентов. К таковым относятся пряности, пищевые добавки, корректоры кислотности и т. п. Особый интерес представляют органические кислоты - лимонная и аскорбиновая, -способные смещать состояние системы в сторону усиления восстановительных свойств.

Лимонная кислота составляет до 60% от совокупного количества всех органических кислот, используемых при производстве пищевых продуктов [4]. В основном её используют в качестве подкислителя для снижения активной кислотности продукта до рН < 4,2, а также (в комбинации с собственными солями) для стабилизации рН продукта в процессе переработки за счёт придания ему буферных свойств [5]. Она представляет собой трёхосновную карбоновую кислоту: в структуру её молекулы входит три карбоксильные группы и одна гидроксильная.

В водном растворе диссоциирует ступенчато: карбоксильная группа, ближайшая к гидроксильной, диссоциирует первой, за ней следуют карбоксильные группы, располагающиеся на концах углеродного скелета. Последней диссоциирует гидроксильная группа [5]. Как и для всех карбоновых кислот, лимонной кислоте характерна способность в определённых условиях восстанавливаться до спиртов. Таким образом, будучи введена в рецептуру пищевого продукта, как следствие, теоретически может приводить к некоторому изменению его окислительновосстановительных свойств.

Аскорбиновая кислота - один из исключительно высоколабильных компонентов пищевых продуктов, легко подвергающихся окислению (в том числе ферментативному и радикалами), термической деградации [5-7]. Легко вступает в окислительно-восстановительные реакции с кислородом воздуха, металлами с переменной валентностью, свободными радикалами и прочим окислителями [8]. В рецептуру пищевых продуктов аскорбиновую кислоту вводят для предотвращения потемнения фруктов и овощей, стабилизации цвета мяса и мясопродуктов, а также ингибирования окислительных процессов [5]. Аскорбиновая кислота обладает выраженным потенциалом смещения окислительновосстановительного равновесия в системе при введении в состав пищевого продукта в сторону восстановления.

Цель работы - исследовать закономерности влияния лимонной и аскорбиновой кислот на изменение окислительно-восстановительных свойств гомогенной консервной продукции из растительного сырья.

Материалы и методы

В качестве объектов исследований использовали пюреобразные монокомпонентные натуральные консервы (далее - пюре) из фруктового (яблоки, слива) и овощного (тыква, морковь) сырья, изготовленные на технологическом оборудовании Технологического стенда лаборатории технологии консервирования в соответствии с типовой технологической схемой для натуральных пюреобразных продуктов из соответствующего сырья; в качестве минорных компонентов использовали лимонную и аскорбиновую кислоту.

В готовой консервной продукции определяли активную кислотность (рН) по [9], а также - окислительно-восстановительный потенциал (Eh) по [10]. Показатель восстановительной способности (RH) рассчитывали по оригинальной методике [2, 3].

При проведении исследований использовали рН-метры цифровые Эксперт-001-01, укомплектованные комбинированным одноключевым электродом ЭСП 10605/7 и лабораторным комбинированным редокс-электродом ЭРП-105.

Математическую обработку и моделирование проводили с использованием табличного процессора Microsoft Excel 2010 (Microsoft Corporation) с установленными надстройками «Анализ данных», «Поиск решения» и «Подбор параметра», а также специализированного программного обеспечения – TableCurve 2D v. 5.01 (SYSTAT Software Inc.).

Результаты и обсуждение

На основании обработки массива данных, полученных в ходе проведения исследований, определены математические зависимости, адекватно аппроксимирующие экспериментальные данные влияния лимонной кислоты на показатель восстановительной способности фруктовых и овощных пюре:

• •    для пюре из яблок, сливы и тыквы искомые зависимости описывались одним

уравнением

₌ a + c "  ®d tr

1 + b " ®dtr где tocitr - массовая доля лимонной кислоты,%;

• •    для пюре из моркови искомые зависимости описывались одним уравнением

RH = a + 4" b" exp--citr--- x

I d )

® citr ^- c d

Значения констант и коэффициентов полученных зависимостей приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Параметры математического описания влияния лимонной кислоты на пюре из яблок, сливы, моркови и тыквы

Table 1.

The parameters of the mathematical description for citric acid effect on puree from apples, plums, carrots, pumpkin

Пюре Puree	Константы и коэффициенты Constants and coefficients
	a	b	c	d
Яблоко Apple	8,840	1398,39	12747,46	–
Слива Plum	8,860	5204,52	51274,90	–
Морковь Carrot	9,336	-3,509	-0,0025	0,255
Тыква Pumpkin	10,762	5357,64	73216,95	–

Анализ полученных результатов показал, что общая картина отклика показателя восстановительной способности в результате внесения лимонной кислоты существенно отличается для пюреобразных консервов из фруктового и овощного сырья (рисунок 1). При этом для фруктового сырья целевой показатель не проявил сколько-нибудь статистически существенного отклика на изменение массовой доли лимонной кислоты, тогда как для овощных продуктов данный отклик имел место и был статистически значим. Установленный факт неплохо согласуется с данными о нативной массовой доле органических кислот в составе исходного сырья – для корнеплодов и бахчевых овощей оно минимально, в противоположность косточковым и семечковым фруктам. При этом в целом имеет место различие в динамиках целевого показателя в зависимости от вида сырья.

Массовая доля, % Concentration, %

Яблоко Apple      Слива Plum

Морковь Carrot     Тыква Pumpkin

Рисунок 1. Влияние лимонной кислоты на показатель восстановительной способности фруктовых и овощных пюре

• Figure 1.    Effect of citric acid on the reducing capacity index for fruit and vegetable purees

Для тыквенного пюре констатировали разовое ступенчатое увеличение показателя восстановительной способности уже при массовой доле лимонной кислоты 0,1% с дальнейшей стабилизацией его уровня, тогда как в составе пюре из корнеплодов внесение лимонной кислоты способствует, наоборот, некоторому уменьшению целевого показателя при достижении минимума при массовой доле минорного компонента 0,2% с последующим монотонным возвращением к исходному значению при дальнейшем увеличении массовой доли кислоты. Предположительно, в последнем случае это может быть связано с вовлечением минорного компонента в гидролитический процесс с образованием продуктов, обладающих выраженными окислительными свойствами, накопление которых приводило к уменьшению гидролитической способности (активности карбоксильных групп) лимонной кислоты и дальнейшим изменениям, связанным с инактивацией окислительных свойств.

Анализ результатов определения математической зависимости, адекватно аппроксимирующей экспериментальные данные влияния аскорбиновой кислоты на показатель восстановительной способности фруктовых и овощных пюре, показал единство её математического описания для пюре из сливы, моркови и тыквы

RH = a + b-[1 - exp (-c • toQsc )]

, где toasc - массовая доля аскорбиновой кислоты, мг в 100 г продукта.

Для пюре из яблок искомая зависимость имела вид pjj _ a + С - ®asc

1 + b - ®asc

.

Значения констант и коэффициентов полученных зависимостей приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Параметры математического описания влияния аскорбиновой кислоты на пюре из яблок, сливы, моркови и тыквы

Table 2.

The parameters of the mathematical description for ascorbic acid effect on puree from apples, plums, carrots, pumpkin

Пюре Puree	Константы и коэффициенты Constants and coefficients
	a	b	c
Яблоко Apple	8,833	0,002	0,032
Слива Plum	8,849	6,905	0,039
Морковь Carrot	9,200	5,074	0,160
Тыква Pumpkin	10,760	7,773	0,045

Внесение в исследуемые пищевые системы аскорбиновой кислоты ожидаемо приводило к увеличению показателя их восстановительной способности (рисунок 2). При этом визуально характер зависимости отклика целевого показателя от массовой доли минорного компонента был един для всех исследованных вариантов – при увеличении массовой доли показатель восстановительной способности демонстрировал тенденцию к увеличению до момента перехода в зону плато, при котором дальнейшее увеличение массовой доли эффекта не оказывало.

Массовая доля, мг в 100 г Concentration, mg in 100 g

Яблоко Apple     Слива Plum

Морковь Carrot    Тыква Pumpkin

Рисунок 2. Влияние аскорбиновой кислоты на показатель восстановительной способности фруктовых и овощных пюре

• Figure 2.    Effect of ascorbic acid on the reducing capacity index for fruit and vegetable purees

Для фруктовых и тыквенного пюре это пороговое значение массовой доли отмечено в пределах 70–80 мг на 100 г продукта, тогда как для тыквенного пюре переход в зону плато происходил при массовой доле аскорбиновой кислоты 15–20 мг на 100 г продукта. Примечательна близость конечных значений целевого показателя (в интервале области определения экспериментальных значений независимой переменной) для пюре из яблок и тыквы, а также из сливы и моркови, что плохо коррелирует со значениями показателя у исходных пюре.

Заключение

В результате проведённых исследований были сделаны следующие выводы:

─ установлено наличие статистически значимого влияния массой доли вносимой лимонной кислоты на показатель восстановительной способности пюре из овощей.

При этом положительное влияние отмечено только в варианте с тыквенным пюре, для которого динамика целевого показателя имела место до достижения массовой доли минорного компонента в продукте 0,1%;

─ установлена целесообразность внесения аскорбиновой кислоты в тыквенное и фруктовые пюре с целью положительной коррекции показателя восстановительной способности с массовой долей не более 70–80 мг на 100 г продукта, поскольку при дальнейшем увеличении массовой доли данного компонента зависимость «массовая доля – RH» демонстрирует тенденцию перехода в зону плато. По аналогичной причине максимально эффективная с точки зрения влияния на восстановительные свойства морковного пюре массовая доля аскорбиновой кислоты составляет 15–20 мг на 100 г продукта.