Научное обоснование отбора сортов смородины красной при формировании качества желе

В последние годы внимание селекционеров во всем мире направлено на получение перспективных сортов плодов и ягод, обладающих ценными хозяйственными признаками, товарными качествами, высоким адаптивным потенциалом, улучшенной пищевой ценностью [1–8]. Существующее разнообразие и создание новых сортов смородины красной требует получения и систематизации базы данных по техническим, технологическим свойствам, химическому составу ягод с целью создания научного унифицированного подхода, позволяющего формировать критерии отбора сырья для производства функциональных продуктов питания с заданными характеристиками. Это позволит установить зависимости между качеством ягод и продуктов переработки на их основе, выработать алгоритм выделения сортов и разработать методологические рекомендации для предприятий сельского хозяйства и пищевой промышленности о целесообразности технологического использования сырья в производстве продуктов целевой направленности.

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

Красная смородина – ягодная культура, характеризующаяся высокими пищевыми свойствами и антиоксидантной активностью входящих в ее состав химических компонентов, способствующих уменьшению окислительных повреждений в клетках за счет нейтрализации активности свободных радикалов. Наличие в ягодах в больших количествах органических кислот, сахаров, витамина С, флавоноидов, пектинов, микро- и макроэлементов обеспечивают полезные свойства продуктов питания на их основе. Аскорбиновая кислота препятствует развитию процессов свободно радикального окисления, участвует в функционировании иммунной системы, способствует усвоению железа и нормальному кроветворению. Р-активные вещества ягод смородины характеризуется противовоспалительными, антимикробными, гепатопротекторными свойствами, предотвращают сердечно-сосудистые заболевания [9–17].

Ценность красной смородины для производства изделий со студнеобразной структурой определяется содержанием в ее плодах высоко-этерифицированных пектиновых веществ и кальция, что позволяет получать высокопрочные золи. К высокоэтерифицированным относят пектины, в которых степень этерификации карбоксильных групп в молекуле полигалакту-роновой кислоты равна или более 50%. Пектины в составе растительного сырья или по отдельности применяются в производстве пищевых продуктов, включая продукты детского питания и функциональные пищевые продукты. Технологические и функциональные свойства пектина определяются его гелеобразующей, загущающей, стабилизирующей и комплексообразующей способностью. Объем данных, имеющихся в научной литературе, свидетельствует о существенном недостатке в исследованиях свойств пектинов смородины и обуславливает привлекательность ягод этой культуры для использования в технологии инновационных пищевых продуктов как нового источника гидроколлоидов [18–22].

Цель работы – формирование критериев отбора сортов смородины красной по технологическим и биохимическим показателям ягод для производства желейных продуктов с прогнозируемо высоким качеством.

Объекты и методы

В качестве объектов исследования были выбраны ягоды смородины красной сортов Виксне, Голландская красная (контроль), Рач-новская в том числе селекции ВНИИСПК: Ася, Баяна, Валентиновка, Вика, Дана, Дар Орла,

Мармеладница, Нива, Орловская звезда, Орлов-чанка, Подарок лета, а также желе на их основе.

Микроструктурные исследования толщины кожицы ягод выполняли на электронном сканирующем микроскопе JEOL 15М 6390 (Япония), измерение средней массы одной ягоды – путем взвешивания 50 ягод на лабораторных весах типа ВЛКТ-500.

Определение пищевой ценности ягод и желе по показателям: сахара; титруемые кислоты (общая кислотность); активная кислотность (рН); аскорбиновая кислота; Р-активные вещества (антоцианы, лейкоантоцианы, катехины); пектиновые веществ; степень этерификации пектиновых веществ; содержание кальция проводили в соответствии с действующей нормативной документацией.

Органолептическая оценка ягод проводилась по разработанной 5-ти балльной эталонной шкале по показателям: внешний вид, цвет, вкус, запах, консистенция. Изучение прочности студня желе по усилию нагружения проводилось на приборах «Структурометр» согласно стандартной методике «Bloom Strength», а также «Реотест-2» фундаментальным методом ротационной вискозиметрии. Расчет коэффициентов корреляции (r), многофакторный эксперимент для выбора критериев отбора сортов по технологическим и биохимическим показателям и их дальнейшей оптимизации для производства желе выполнялся с применением современных методов анализа, статистической, математической и графической обработкой данных результатов эксперимента с использованием пакета компьютерных программ приложения Excel MS Office и Statistica 6.0.

Результаты и их обсуждение

Большое разнообразие существующих сортов смородины и селекция новых, требует их разделения по физиологическим, техническим и технологическим признакам для практического приложения к современным технологиям. Это указывает на необходимость разработки методологических подходов, которые бы связали качество исходного сырья – ягод смородины красной с конечным результатом – качеством желирующих продуктов. Научное обоснование отбора ягод сортов смородины по биохимическому и технологическому потенциалу при формировании качества желейных продуктов базируется на систематизации критериев отбора сырья, выделяемых в результате комплексной оценки ягод смородины красной (рисунок 1).

Технологические свойства желейных продуктов Technological properties of jelly products	Органолептические свойства; сахар/ кислота; выход сока; масса ягод / величина съедобной части; толщина кожицы ягод; количество и качество пектинов; содержание кальция Organoleptic properties; sugar/acid; juice yield; weight of berries / size of edible part; thickness of berry skin; quantity and quality of pectins; calcium content
Пищевая ценность желейных продуктов Nutritional value of jelly products	Органические кислоты; сахара, аскорбиновая кислота, Р-активные вещества; пектины; минеральные вещества Organic acids; sugars, ascorbic acid, P-active substances; pectins; minerals
Структурно механические свойства желейных продуктов Structural and mechanical properties of jelly products	Сахар / кислота; количество и качество пектинов; рН Sugars/acids; quantity and quality of pectins; pH
Выделение лучших сортообразцов Selection of the best variety	Выявление корреляций; обоснование значимых критериев Detection of correlations; substantiation of significant criteria

Рисунок 1. Систематизация критериев отбора ягод смородины красной и черной при формировании качества желейной продукции

Figure 1. Systematization of criteria for the selection of red and black currant berries in the formation of the quality of jelly products

Методы отбора сырья базируются на комплексной оценке его качества посредством выявления закономерностей изменения биохимических и технологических свойств ягод смородины красной. В основе комплексной оценки сырья лежит выявление корреляций между биохимическими и технологическими свойствами ягод и студнеобразными изделиями на их основе, установление критериев отбора сырья по биохимическим и технологическим свойствам для производства желейной продукции прогнозируемого высокого качества.

Систематизация и формирование критериев отбора сортов основано на комплексном подходе к всестороннему анализу сырья по технико-технологическим, органолептическим, желирующим свойствам ягод с последующим принятием решения о целесообразности их использования в технологии желейных продуктов.

Органолептические свойства сырья находятся в прямой зависимости с потребительские характеристики готового желе. Изучая внешний вид, цвет, вкус, запах ягод смородины красной исследуемых сортов, выявлено высокое качество образцов, превосходящее контрольные варианты (таблица 1). Отмечено, что ягоды сортов смородины красной, получившие при органолептической оценке 4,5 балла и выше, наиболее ценны для переработки. Соки из них имеют возможность купажирования в качестве полуфабрикатов с менее ценными образцами.

Выход сока из ягод смородины красной зависит как от химических, так и техникотехнологическими показателей сырья: величина съедобной части и масса ягод, соответственно, толщина кожицы ягод, содержание в них пектиновых веществ – растворимого пектина и протопектина. Минимальным значением выхода сока характеризовались ягоды смородины красной сорта Мармеладница – 68,7 (%) при наибольшем значении толщины кожицы ягод (151,6 мкм), максимальным – Подарок лета 81,2 (%), имевшем наименьшее значение толщины кожицы ягод (103,5 мкм). Значения выхода сока выше среднего (75,9%) отмены в ягодах смородины красной сортов – Ася (77,3%), Баяна (76%), Вика (77,4%), Дана (77,2%), Дар Орла (80,0%), Нива (76,4%), Орловская звезда (78,7%). Отмечено, что ягоды данных сортов имели толщину кожицы ниже среднего значения – 130,9 (мкм). Это выгодно характеризует их для переработки.

Важным технологическим параметром при оценке пригодности плодов к использованию в производстве продуктов с желейной структурой является сахаро-кислотный коэффициент (СКК). Важно установить оптимальное соотношение значений сахара и кислоты в сырье для выработки желе, обеспечивающее его высокие вкусовые качества и прочную консистенцию (таблица 1). Установлено, что для формирования ценных потребительских характеристик продукта этот показатель не должен быть ниже 2,6 при среднесортовом значении 3,6.

Таблица 1. Технологические и биохимические показатели ягод смородины красной

Table 1.

Technological and biochemical parameters of red currant berries

Показатель	Indicator	Среднее значение по сортам Average value by variety
Органолептическая оценка, баллы	Organoleptic evaluation, points	4,50
Выход сока, %	Juice yield, %	76,0
СКК	SCC	3,60
Пектин, %	Pectin, %	3,30
Сумма ПВ, %	Value of PV, %	8,34
Степень этерификации ПВ, %	Degree of esterification of PV, %	57,0
Кальций, мг/100 г.	Calcium, mg/100 g.	55,6

Желирующие свойства плодов зависит не только от абсолютного содержания пектиновых веществ, но и в значительной степени от их фракционного состава и способности переходить в раствор, что в свою очередь определяет сокоотдачу ягод. Следовательно, высокими студнеобразующими свойствами обладают плоды, содержащие достаточное количество пектиновых веществ (в том числе протопектина), легко переходящего в раствор и не разрушающихся при термическом воздействии.

Количество пектиновых веществ (ПВ) – это основной критерий отбора плодово-ягодного сырья для технологии производства желейных продуктов с прочным студнем. Значение этих высокомолекулярных соединений заключается в способности образовывать гель в присутствии определенных количеств сахара и кислоты. Студнеобразующие свойства плодов зависят не только от количества общего пектина, но и от соотношения растворимого пектина и протопектина. Температурный режим и продолжительность технологического воздействия способствуют переходу протопектина в растворимую форму, что положительно сказывается на студнеобразующих свойствах продукта. Среднее содержание пектиновых веществ в свежих ягодах смородины красной изучаемых сортов составило 8,3% на сухую массу, при этом минимальное значение данного показателя отмечено в ягодах сорта Виксне (6,8%), максимальное – Орловчанка (11,0%). Значение пектиновых веществ выше или на уровне среднего имели ягоды сортов Голландская красная (9,3%), Баяна (8,3%), Валентиновка (9,3%), Орловская звезда (8,5%), Подарок лета (10,0%). Выявлено, что содержания в ягодах сортов смородины красной пектина 2,5 (%) и суммы ПВ 7,0 (%) и более обеспечивают получение продукта с прогнозируемо высокими желейными характеристиками и позволяют применять их в технологии совместно с менее ценными сортами по этим показателям.

Установлено, что свежие ягоды смородины красной изучаемых сортов характеризуются высокой степенью метоксилированности пектинов (выше 50%), за исключением сорта Виксне, ягоды которого характеризовались минимальным значением этого показателя – 39,4%. Максимальное значение степени этерификации отмечено в свежих ягодах смородины красной сорта Мармеладница (66,7%), значения выше среднего (57%) имели свежие ягоды смородины красной сортов Баяна (63,8%),

Вика (58,0%), Дар Орла (57,3%), Нива (60,5%), Орловская звезда (62,7%), Орловчанка (64,9%).

Cтуднеобразующая способность ПВ зависит от степени этерификации остатков галактуроновой кислоты метоксильными группами ОСН 3 . В ягодах смородины красной степень этерификации пектинов в среднем по сорта составила 57 (%). При этом установлено, что значение этого показателя 50 (%) обеспечивает высокопрочную желейную структуру.

Стабильности сетки способствуют ионы поливалентных металлов, в частности Са, связывающих между собой молекулы пектина через карбоксильные группы. Для желирования пектинов с низкой степенью этерификации необходимым является присутствие кальция в определенном количестве, которое может вноситься с фруктово-ягодным сырьем, с водой или его необходимо добавлять в процессе производства в виде солей кальция. Оптимальное содержание кальция имеет определяющее значение. При более низкой его концентрации получается непрочный студень. Высокое содержание увеличивает ломкость геля и способствует синерезису.

Наименьшее содержание кальция выявлено в ягодах смородины красной сорта Дана (39,20 мг/100 г.), наибольшее (75,20 мг/100 г.) – Нива. Ягоды сортов Баяна, Валентиновка, Вика, Мармеладница, Орловская звезда имели значение этого показателя выше среднего – 55,61 мг/100 г., что выгодно характеризует их для производства желейных продуктов. Данные эксперимента указывают, что содержание кальция 39,0 (мг/100г) в ягодах красной смородины является достаточным для получения желе с прочным студнем. Значение этого показателя в ягодах 55,0 (мг/100 г.) и выше дает возможность их совместного технологического использования с менее пригодными для производства желе сортами.

Выделение критериев отбора сортов смородины красной при формировании качества желейной продукции базируется на выявлении корреляций между показателями качества ягод с целью их рекомендаций для дальнейшей переработки.

Значимым технологическим параметром пригодности ягод для производства желе является выход сока. В связи с этим интерес представляло выделение технологических и биохимических показателей качества сырья, влияющих на его сокоотдачу, а также установление критериев отбора сортов, наиболее ценных по выходу сока (таблица 2).

Таблица 2.

Корреляция между технологическими и биохимическими показателями качества ягод смородины красной

Table 2.

Correlation between technological and biochemical indicators of the quality of red currant berries

Сопрягаемые показатели	Related Indicators	Выход сока, % Juice yield, %	Содержание кальция, мг/100 г. Calcium content, mg/100 g.
Толщина кожицы ягоды, мкм	Berry skin thickness, microns	-0,861	–
Величина съедобной части, %	Value of edible part, %	-0,236	–
Масса ягоды, г	Weight of berry, g	+0,487	–
Содержание протопектина, %	Protopectin content, %	-0,169	+0,117
Содержание пектина, %	Pectin content, %	-0,091	-0,229
Сумма ПВ, %	Sum of PV, %	-0,137	-0,094
СЭ пектинов, %	PE of pectins, %	-0,260	+0,532

Выявлена высокая отрицательная корреляция (-0,861) между толщиной кожицы ягоды и выходом сока, а также средняя положительная корреляция (+0,487) между массой ягоды сырья и его сокоотдачей. При этом определена низкая отрицательная зависимость между выходом сока и содержанием протопектина (-0,169), пектина (-0,091), суммой пектиновых веществ (-0,137), степенью их этерификации (-0,260). Таким образом научно доказано, что сортооб-разцы сырья, имеющие толщину кожицы ягод ниже среднесортового значения и массу ягоды выше среднесортового значения, характеризуются лучшей сокоотдачей.

Между количеством пектиновых веществ и кальция в ягодах смородины красной корреляции не установлено. При этом содержание кальция находится в прямой зависимости со степенью этерификации пектинов (+0,532). На основании этого можно предположить, что ягоды, характеризующиеся высокими значениями кальция, обладают хорошей желирующей способностью.

Одним из важных критериев отбора ягод сортов смородины для производства желейных изделий является их способность сохранять ценные пищевые свойства при переработке. На основании экспериментальных данных по пищевой ценности опытных образцов были рассчитаны коэффициенты парной корреляции, которые указывают на положительную зависимость между содержанием биологически активных веществ в ягодах смородины красной и желе на их основе (таблица 3).

Таблица 3.

Корреляция между содержанием биологически активных веществ в ягодах смородины красной и в желе на их основе

Table 3.

Correlation between the content of biologically active substances in red currant berries and in jelly based on them

Содержание в ягодах Content in berries	Содержание в желе Content in jelly
	a g о s g й 5 ч -2 л о й ^ S Й u о	л     bi 1 § ^' i^ < <	CO	8 4 и я g Щ H и V Q Д
Органические кислоты, % Organic acids, %	+0,185
Аскорбиновая кислота, мг/100 г. Ascorbic acid, mg/100 g.		+0,443
Р-активные вещества, мг/100 г. P-active substances, mg/100 g			+0,936
Пектиновые вещества, % Pectin substances, %				+0,538

Высокие и средние положительные коэффициенты корреляции по количеству Р-актив-ных веществ (+0,936), аскорбиновой кислоты (+0,443) и пектинов (+0,443) указывают на целесообразность использования ягод смородины красной для производства студнеобразных продуктов функциональной направленности.

При систематизации критериев отбора ягод сортов смородины красной для получения желейных продуктов с прогнозируемо высоким качеством и рекомендации их производству важным этапом являлось установление влияния биохимических значимых показателей сырья на структурно-механические свойства студня, оптимизация полученных данных и формирование оптимальных параметров.

Для этого была измерена прочность студня опытных образцов и проведен многофакторный эксперимент с применением системы для статистического анализа данных Statistica 6.1.478, учитывая экспериментальные данные по химическому составу ягод.

Данные рисунка 2 указывают, что наилучшая прочность студня по предельному напряжению сдвига отмечена в области значения сахаров в ягодах от 6,5 до 9,5 (%).

При этом для обеспечения наилучшей желирующей способности продукта количество пектинов в сырье должно быть не ниже 6,5 (%), кислот – находится в пределах от 1,8 до 3 (%) (рисунок 3).

Областью значений рН для оптимального желирования являлся интервал от 2,6 до 3,3, СКК – от 2,4 (рисунок 4).

Экспериментально установлено и графически подтверждено, что для производства продуктов с прогнозируемо высоко прочным студнем по усилию нагружения степень этерификации пектинов ягод смородины красной должна составлять не ниже 50%, при этом количество сахаров и органических кислот должно удовлетворять установленным значениям (рисунок 5).

Таким образом были научно и практически выделены и оптимизированы значимые технологические и биохимические показатели ягод смородины красной для производства желе (таблица 4).

Рисунок 2. Зависимость прочности студня (сдвиг) желе от содержания сахаров и кислот в ягодах смородины

Figure 2. The dependence of the strength of the jelly (shear) of the jelly on the content of sugars and acids in currant berries

ОСГОТ*

Рисунок 4. Зависимость прочности студня желе от суммы пектинов и содержания кислот в ягодах смородины

Figure 4. The dependence of the strength of the jelly jelly on the amount of pectins and acid content in currant berries

Рисунок 3. Зависимость прочности студня желе от рН и СКК ягод смородины

Figure 3. The dependence of the strength of the jelly jelly on pH and sugar-acid coefficient of currant berries

Рисунок 5. Зависимость прочности студня (усилие) желе от степени этерификации пектинов и содержания кислот в ягодах смородины

Figure 5. The dependence of the strength of the jelly (effort) of the jelly on the degree of esterification of pectins and the acid content in currant berries

Таблица 4.

Критерии отбора ягод смородины красной при формировании качества желейных продуктов

Table 4.

Criteria for the selection of red currant berries in the formation of the quality of jelly products

Показатель Index	Рекомендуемое значение Recommended value	Характеристика, рекомендации к производству Characteristics, recommendations for production
Органолептическая оценка, баллы Organoleptic assessment, points	≥ 4,5	Наиболее ценные органолептические свойства: внешний вид, цвет, вкус, запах. Возможность купажирования с менее ценными сортами. Высокая сокоотдача ягод. Высокая пищевая ценность ягод и желе на их основе. Ценные студнеобразующие свойства ягод. Высокая прочность желе, отсутствие синерезиса. Наибольшая ценность для технологии производства желе. The most valuable organoleptic properties: appearance, color, taste, smell. Possibility of blending with less valuable varieties. High yield of berries. High nutritional value of berries and jelly based on them. Valuable jelly-forming properties of berries. High jelly strength, no syneresis. Highest value for jelly production technology.
Масса ягоды, г | Berry weight, g	≥0,39
Толщина кожицы ягоды, мкм Berry skin thickness, microns	≤151,6
Сумма сахаров, % The amount of sugars,%	6,5 – 9,5
Органические кислоты, % Organic acids,%	1,8 – 3,0
СКК | CCM	≥ 2,4
Аскорбиновая кислота, мг/100 г. Ascorbic acid, mg/100 g.	≥50,0
Сумма Р-активных веществ, мг/100 г. The amount of P-active substances, mg/100 g.	≥365,0
Пектин, % | Pectin,%	≥2,5
Сумма ПВ, % | PV amount,%	≥6,5
Степень этерификации ПВ, % Esterification degree of PV,%	≥50
Кальций, мг/100 г. Calcium, mg/100 g.	≥39,0
рН	2,6 – 3,3

Заключение

Научное обоснование отбора сортов ягод смородины красной при разработке качества желейных продуктов основано на выявлении и систематизации данных о технико-технологических свойствах, химическом составе, структурно-механических показателях опытных образцов, последующем определении корреляций между значимыми критериями и получении закономерностей формирования ценных характеристик целевого продукта.

На основании полученной информации принимается решение и делается заключение о технологической пригодности сортов для приготовления желейных изделий или отказе от сырья, разрабатываются оценочные критерии для получения продуктов высокого качества, выделяются наиболее ценные сортообразцы, даются рекомендации для дальнейшего использования ягод этих сортов в качестве функциональных ингредиентов при производстве желейных продуктов с прогнозируемыми свойствами.

Выявление оценочных критериев отбора ягод сортов смородины позволило установить закономерности формирования качества желейных продуктов.

Среднее содержание РСВ в свежих ягодах смородины красной изучаемых сортов составило 11,8%, органических кислот – 2,3%, сахаров –

8,19%, аскорбиновой кислоты – 50,6 мг/100 г., Р-активных веществ – 365,4 мг/100 г., пектинов – 8,3%. Определено, что пектины ягод смородины красной являлись высокоэтерифициро-ванными, так как степень их метоксилирования у большинства сортов превышала 50%. Выявлена высокая отрицательная корреляция (-0,861) между толщиной кожицы ягоды смородины красной и выходом сока, а также средняя положительная корреляция (+0,487) между массой ягоды сырья и его сокоотдачей. Установлено, что сорта, имеющие толщину кожицы ягод ниже среднесортового значения (131 мкм) и массу ягоды выше среднесортового значения (0,53 г.), характеризуются лучшей сокоотдачей: Ася, Дана, Дар Орла, Нива, Орловская звезда, Подарок лета. При этом отмечено, что количество пектиновых веществ в ягодах, как протопектина, так и растворимого пектина, не оказывает существенного влияния на выход сока – корреляции между этими показателями не установлено.

Полученные экспериментальные данные указывают, что ягоды смородины красной исследуемых сортов целесообразно использовать в качестве сырья для производства желейных продуктов со студнеобразной структурой прогнозируемо высокого качества.

Использование в технологии желе ягод сортов смородины Баяна, Валентиновка, Вика,

Дар Орла, Мармеладница, Нива, Орловская звезда, Орловчанка, Подарок лета, удовлетворяющим по технико-технологическим свойствам и показателям химического состава установленным значениям, позволит получить целевой продукт с заданными потребительскими характеристиками.

post@vestnik-vsuet.ru

Автор выражает особую благодарность доктору сельскохозяйственных наук, заведующему лабораторией биохимической и технологической оценки сортов и хранения ВНИИСПК Макаркиной М.А. за помощь в проведении лабораторных исследований.