Изучение свойств пектина, полученного из вторичных сырьевых ресурсов ягодного сырья Алтайского края

Введение. В настоящее время потребность в пектине отраслями пищевой промышленности достигает порядка 10 тыс. тонн в год, а с учетом норм потребления для лечебно-профилактических целей – гораздо больше [1]. Растущий спрос на пектин полностью обеспечивается иностранными производителями: согласно статистической информации, около 80 % импорта пектина в РФ совершалось из стран Евросоюза. В условиях сложившегося экономического кризиса сегодня продолжается рост поставок от компании Yantai Andre Pectin (КНР) – за год рыночная доля этой компании выросла на 3,1 %. Можно предположить, что спрос на пектин из Китая и дальше будет расти – выборочный опрос потребителей выявил их положительное отношение к новому поставщику. На пектин, который традиционно производится из цитрусовых корочек и яблочных выжимок, существует нормативная документация – ГОСТ 29186-91. Пектин. Технические условия [2].

Алтайский край в качестве сырьевой базы плодово-ягодного сырья имеет неоспоримое преимущество, так как обладает высоким потенциалом благодаря неуклонному росту площадей под промышленные сады и валового производства плодов и ягод: так, в 2008 г. собрано 5,2 тыс. т, а в 2013 уже12,5 тыс. т (без учета урожая дикорастущих ягод) [3, 4].

В то же время местные ресурсы плодовоягодного сырья используются недостаточно, со значительными потерями сырья и побочных продуктов (от 8 до 45 %), что в масштабах Алтайского края составляет порядка 867 т [5], которые обусловлены низкой глубиной переработки и т.д. Согласно мировому опыту, основной тенденцией при переработке плодово-ягодной продукции является разработка технологических процессов комплексной конверсии плодо- во-ягодного сырья и вторичных сырьевых ресурсов.

Цель исследований. Изучение физикохимических, структурно-механических свойств и технологических характеристик пектинов разной степени этерификации, полученных из вторичных сырьевых ресурсов ягодного производства, для определения направления их использования.

Задачи исследований: провести сравнительный анализ выхода и качества образцов пектина, полученных из различных источников ягодного сырья Алтайского края.

Объекты и методы исследований. Объектом изучения являлись опытные образцы пектина, полученные из выжимок аронии черноплодной ( Arónia melanocárpa), брусники обыкновенной ( Vaccínium vítis-idaéa ), жимолости обыкновенной ( Lonícera ), рябины обыкновенной ( Sórbus aucupária ), смородины красной ( Ribes rubrum ), высушенные до влажности 5–6 % и ис-

Выход и содержание пектина в пересчёте на пектовую кислоту

Таблица 1

Вид сырья	Выход пектина, %	Содержание пектина в сырье, %	Коэффициент перехода, %
Арония черноплодная	1,35±0,05	2,30±0,05	59
Брусника обыкновенная	1,80±0,05	2,60±0,05	68
Жимолость обыкновенная	1,23±0,05	1,40±0,05	87
Рябина обыкновенная	2,24±0,05	2,40±0,05	93
Смородина красная	0,33±0,01	0,50±0,01	66

Максимальными выходом (2,24%) и коэффициентом перехода (93%) характеризуется пектин, полученный из выжимок красной рябины.

Для пектинов любой природы основной структурной особенностью является наличие мономера D-галактуроновой кислоты. Полига- следованные методами органолептического и физико-химического анализа.

Результаты исследований и их обсуждение. Образцы пектина получены традиционным способом из вторичных сырьевых ресурсов пищевых производств – выжимок аронии черноплодной ( Arónia melanocárpa), брусники обыкновенной ( Vaccínium vítis-idaéa ), жимолости обыкновенной ( Lonícera xylosteum ), рябины обыкновенной ( Sórbus aucupária ), смородины красной ( Ribes rubrum ). Подготовленные выжимки ягод подвергали гидролизу-экстракции 0,5%-м раствором щавелевой кислоты в течение 4 ч при T 65ºС и гидромодуле 1:5, с последующим осаждением гидролизата 96%-м этиловым спиртом. Полученный продукт отделяли центрифугированием и высушивали на воздухе. Выход и содержание пектина в выжимках, на основании которых был рассчитан коэффициент перехода пектиновых веществ из сырья в образец, представлены в таблице 1.

лактуроновая (пектовая) кислота составляет основу пектиновых веществ, и от ее содержания в образце зависит желирующая способность пектина. В таблице 2 представлены значения массовой доли пектовой кислоты и рН водных растворов образцов пектина.

Таблица 2

Вид сырья	М.д. пектовой кислоты, П к , %	рН
Арония черноплодная	36,80±0,05	2,0±0,1
Брусника обыкновенная	27,60±0,05	3,2±0,1
Жимолость обыкновенная	62,30±0,05	2,3±0,1
Рябина обыкновенная	56,58±0,05	2,4±0,1
Смородина красная	26,04±0,05	3,1±0,1

Массовая доля пектовой кислоты и значение рН в образцах пектина

Из полученных данных видно, что высокой массовой долей пектовой кислоты обладает пектин из выжимок жимолости обыкновенной и рябины обыкновенной – 62,30 и 56,58 % соответственно, из чего можно судить об их выраженной детоксицирующей активности; значение рН водных растворов полученных образцов варьируется в узком интервале – от 2,0 до 3,2.

Метоксильное число имеет большое значение для желирующих свойств пектина. Чем меньше метоксилированных групп в пектине, тем слабее его желирующая способность, поэтому для желеобразующего пектина установлена норма метоксильных групп не ниже 7 %.

Чем больше свободных карбоксильных групп в пектине, тем выше его связывающая способность.

В меньшем количестве содержатся в пектине ацетильные группы. Обычно ацетильное число колеблется в широких пределах: от сотых долей процента до 2,5 %. Присутствие большого количества ацетильных групп влияет на снижение желирующей способности пектина, которая является основным показателем для пектинов, применяемых в пищевой промышленности, поэтому установлены допустимые пределы содержания ацетильных групп для студнеобразующего пектина – не более 1 % (табл. 3).

Таблица 3

Вид сырья	М.д. карбоксильных групп, %			М.д. ацетильных групп, %
	Свободные	Связанные	Метоксилированные
Арония черноплодная	4,30±0,1	10,10±0,1	8,014±0,002	0,086±0,002
Брусника обыкновенная	8,45±0,1	17,51±0,1	13,486±0,002	0,024±0,002
Жимолость обыкновенная	7,30±0,1	11,03±0,1	10,999±0,002	0,031±0,002
Рябина обыкн.	7,43±0,1	8,73±0,1	8,687±0,002	0,043±0,002
Смородина красная	11,07±0,1	6,57±0,1	6,484±0,002	0,086±0,002

Массовая доля карбоксильных и ацетильных групп в образцах пектина

Согласно данным таблицы 3, максимальным количеством ацетильных групп обладают образцы пектина, полученные из аронии черноплодной и смородины красной, однако массовая доля ацетильных групп не выходит за норму 1 %.

Содержание метоксилированных групп в большинстве образцов превышает установленное для желеобразующего пектина значение 7 %, наибольшее количество метоксилирован-ных карбоксильных групп содержится в пектине брусники обыкновенной. Наибольшее количество свободных карбоксильных групп содержится в пектине из выжимок смородины красной, что обуславливает высокие ионообменные свойства данного пектина.

На основании полученных результатов по определению массовой доли карбоксильных групп была рассчитана степень этерификации образцов пектина, которая является одним из важнейших показателей их технологических свойств. Диаграмма зависимости степени этерификации от вида сырья представлена на рисунке 1.

Арония    Брусника обыкн. Жимолость    Рябина обыкн.   Смородина черноплодная                     обыкн.                        красная

Рис. 1. Диаграмма зависимости степени этерификации образцов пектина от вида сырья

Согласно ГОСТ 29186-91 [2], пектины со степенью этерификации более 50 % относятся к высокоэтерефицированным и делятся на типы. К типу А со степенью этерификации не менее 70 % относится пектин из аронии черноплодной; к типу Б (67–69 %) – пектин из брусники обыкновенной; типу В (60–66 %) – пектин из жимолости обыкновенной. Следовательно, данные пектины, обладая высокой степенью этерификации, способны образовывать стойкие гели. А образцы пектина из рябины обыкновенной и смородины красной, имея низкую степень этерификации, являются хорошими детоксикантами.

Вкус, цвет и запах определяли органолептическими методами Установлено, что каждый образец порошка пектина обладает индивидуальными характеристиками: так, пектин из аронии черноплодной имеет темно-красный цвет, горьковатый вкус и терпкий запах; из брусники обыкновенной – темно-оранжевый цвет и кислосладкий вкус, слабовыраженный характерный запах; из жимолости обыкновенной – темнокрасный цвет, терпкий вкус, сладковатый запах; из рябины обыкновенной – насыщенный оранжевый цвет, кисловато-горький вкус и слабовы-раженный запах ягод рябины; пектин из смородины красной обладает розовым цветом, слад- коватым вкусом, слабовыраженным, характерным запахом.

Важными свойствами, характеризующими органолептические показатели пищевых продуктов, полученных с применением гелеобразо-вателей, являются упругость и плотность гелей. Упругость определяют с помощью прибора пластометра, плотность гелей пектина – пикнометрически. Результаты исследований представлены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Наилучшие показатели плотности и упругости имеет гель пектина из аронии черноплодной, что подтверждает его высокую желирующую способность. Средними результатами обладает гель пектина, полученного из выжимок рябины обыкновенной.

Желирующая способность – один из важнейших показателей пектинов, используемых в пищевой промышленности, определяет устойчивость геля пектина. Соответственно, и готовый продукт будет иметь более устойчивую форму, структуру и консистенцию, что в конечном итоге выгодно не только для изготовителей кондитерских изделий, но и для торговых организаций и потребителей. Фотографии образцов желе пектина представлены на рисунке 4.

Арония    Брусника обыкн. Жимолость Рябина обыкн. Смородина черноплодная                     обыкн.                        красная

Рис. 2. Диаграмма зависимости упругости гелей пектина от вида сырья

Арония     Брусника обыкн. Жимолость    Рябина обыкн.      Красная черноплодная                     обыкн.                       смородина

Рис. 3. Диаграмма зависимости плотности гелей пектина от вида сырья

Арония           Брусника черноплодная обыкновенная

Жимолость обыкновенная

Рябина обыкновенная

Смородина красная

Рис. 4. Образцы желе пектина

Из рисунка 4 видно, что наилучшей желирующей способностью обладают образцы гелей из аронии черноплодной и брусники обыкновенной. Данные образцы имеют кубическую форму с четким контуром, сохраняют постоянную форму и объем; желе из красной рябины обладает хорошей желирующей способностью, но уже не имеет по сравнению с предыдущими образцами кубической формы, однако обладает четким контуром. Остальные образцы гелей из жимо- пилляр вискозиметра Оствальда. По рассчитан-лости обыкновенной и смородины красной не ным показателям вязкости растворов была построена диаграмма, изображенная на рисунке 5.

Рис. 5. Диаграмма зависимости вязкости растворов от концентрации пектина

Согласно результатам, представленным на диаграмме рисунка 5, наилучший показатель вязкости – у образца, полученного из аронии черноплодной, что хорошо согласуется с экспериментальными данными по определению степени этерификации.

Относительную вязкость растворов пектина ηотн. определяют путем измерения времени протекания такого же объема воды через тот же капилляр вискозиметра Оствальда. По рассчи- имеют постоянной формы, контур расплывчатый.

Для исследуемых образцов пектина определены реологические показатели – вязкость, упругость и плотность. Определение проводили вискозиметрическим методом, сущность которого заключается в измерении продолжительности прохождения определенного объема каждого из приготовленных растворов пектина через ка- танным значениям относительной вязкости раствора определяют его удельную вязкость ηуд. , показывающую прирост вязкости раствора по отношению к растворителю. Приведенную вязкость η рассчитывают как отношение удельной вязкости к концентрации раствора (С, %). Результаты реологических исследований представлены в таблице 4.

Таблица 4

Номер опыта	С, %	τ, с	η отн .	η уд.	η прив.
Н 2 О (контроль)	–	31,9	–	–	–
Арония черноплодная
1	0,1	54,65	1,71	0,71	7,10
2	0,5	91,61	2,87	1,87	3,74
3	1,0	128,27	4,02	3,02	3,02
Брусника
1	0,1	62,65	1,96	0,96	9,60
2	0,5	67,32	2,11	1,11	2,22
3	1,0	68,04	2,13	1,13	1,13
Жимолость
1	0,1	50,48	1,58	0,58	5,80
2	0,5	58,63	1,84	0,84	1,68
3	1,0	81,64	2,56	1,56	1,56
1	2	3	4	5	6
Красная рябина
1	0,1	51,28	1,60	0,60	6,00
2	0,5	54,16	1,70	0,70	1,40
3	1,0	67,00	2,10	1,10	1,10
Красная смородина
1	0,1	50,73	1,59	0,59	5,90
2	0,5	57,18	1,79	0,79	1,58
3	1,0	117,5	3,68	2,68	2,68

Реологические показатели растворов пектина

Графическим способом определена характе-  разбавлении раствора, что показано в виде ристическая вязкость, представляющая собой графиков на рисунках 6–10.

приведенную вязкость при бесконечно большом

Рис. 6. График зависимости приведенной вяз-   Рис. 7. График зависимости приведенной вязко- кости от концентрации растворов образцов     сти от концентрации растворов образцов пектина из аронии черноплодной              пектина из брусники обыкновенной

Рис. 8. График зависимости приведенной вязкости от концентрации растворов образцов пектина из жимолости обыкновенной

Рис. 9. График зависимости приведенной вязкости от концентрации растворов образцов пектина из рябины обыкновенной

Рис. 10. График зависимости приведенной вязкости от концентрации растворов образцов пектина смородины красной

Молекулярную массу и степень полимеризации определяют косвенными методами. Молекулярную массу рассчитывают по уравнению Марка-Хаувинка-Куна. Степень полимеризации

представляет собой отношение молекулярной массы образца пектина к молекулярной массе его мономера – галактуроновой кислоте. Результаты расчетов представлены в таблице 5.

Таблица 5

Образец пектина	Характеристическая вязкость [η] , Па∙с 10-3	Молярная масса М, г/моль	Средняя степень полимеризации
Арония черноплодная	7,60	61151,99	347
Брусника обыкновенная	10,54	79951,42	454
Жимолость обыкновенная	6,27	52231,22	297
Рябина обыкновенная	6,26	54067,78	307
Смородина красная	6,54	52162,87	296

Реологические свойства образцов пектина

Выводы. Установлено, что наибольшее количество пектовой кислоты содержится в пектине из выжимок жимолости обыкновенной

(62,30 %) и рябины обыкновенной (56,58 %). По содержанию карбоксильных групп определено, что четыре образца являются высокоэтерифици- рованными пектинами, из них наилучшей желирующей способностью обладают образцы гелей из аронии черноплодной и брусники обыкновенной.

Реологические показатели гелей пектина (вязкость, упругость и плотность) подтвердили приемлемые технологические свойства исследуемых образцов пектинов, способных заменить дорогостоящий импортный пектин, произведенный из цитрусовых корочек и яблочных выжимок.

Опытные образцы пектина, полученные из вторичных сырьевых ресурсов ягодного сырья Алтая, можно рекомендовать к внедрению в пищевое производство для получения качественных пищевых продуктов, отвечающих требованиям нормативной документации.