Оценка химического состава фруктового сырья по содержанию органических кислот и макроэлементов

В современном обществе все больше людей интересуются здоровым питанием, в соответствии с которым направление изменения структуры и уровня потребления должно идти в сторону увеличения доли мясных и молочных продуктов, фруктов и овощей [1–2]. Кондитерские изделия, пользующиеся значительным спросом у потребителей всех возрастов, имеют высокую энергетическую ценность и несбалансированный химический состав, ввиду чего с целью обеспечения нутриентной адекватности таких изделий используются различные виды сырья, в том числе фруктового и овощного, содержащие необходимые пищевые компоненты в широком диапазоне концентраций [3–8].

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

Содержание фруктовой части используется в качестве идентификационного признака пастильных кондитерских изделий. На данный момент в государственных стандартах регламентируется минимальное содержание фруктового сырья: не менее 11% для пастильных изделий и зефира, 20% для пастилы, 30% для фруктовоягодного мармелада и 25% для фруктовых кондитерских масс.

Так как контроль качества продукции должен осуществляться на стадии обращения продукции, то в настоящее время разрабатывается методическая база определения массовой доли фруктового сырья в кондитерских изделиях по их химическому составу. Одним из способов оценки массовой доли фруктового сырья является соотношение макроэлементов и органических кислот.

В кондитерской промышленности широко применяются различные полуфабрикаты, к примеру, фруктовые и ягодные пюре, подварки, припасы, пульпы разных плодов, плоды в сиропе, в сахаре, в спирте, концентрированное и сухое пюре [9–11]. При изготовлении различных наименований кондитерских изделий наиболее часто используется пюре фруктово-ягодное с массовой долей влаги 81–94%. В качестве консервантов применяются бензоат натрия и сернистый ангидрид, либо используется стерилизованное пюре. Массовая доля фруктов в них относится к идентификационным признакам, которые регламентируются государственными стандартами. Так, согласно ГОСТ Р 54682 – 2011, в наполнителях фруктовых и овощных массовая доля фруктов регламентируется не менее 10%, согласно ГОСТ Р 52467–2005 18, в фруктовом и овощном варенье – не менее 40% и т. д.

Химический состав фруктового и овощного сырья позволяет повысить пищевую ценность кондитерских изделий за счет обогащения витаминами и минеральными веществами [9]. Нелетучие кислоты, содержащиеся во фруктах, такие как яблочная, лимонная, винная и другие, в значительной мере отвечают за вкусовую окраску и аромат кондитерских изделий, изготовленных с использованием фруктового сырья. Органические кислоты, придающие кисловатый привкус фруктовым ингредиентам, способствуют пищеварению и влияют на обмен веществ в организме человека [12–14]. Минеральные вещества (различные макро- и микроэлементы), содержащиеся в больших концентрациях во фруктах, необходимы для здорового и полноценного питания человека и должны поступать в организм в подобающем количестве [15].

Яблочная кислота занимает лидирующее положение в составе семечковых фруктов, вишне, сливе и других; в винограде вместе с яблочной кислотой значительную роль играет винная. В различных тропических фруктах, а также в ягодах (кроме ежевики и винограда) главной является лимонная кислота. Среди остальных кислот особого упоминания заслуживают хинная, фумаровая и щавелевая, содержащиеся практически во всех вышеперечисленных фруктах и ягодах.

За исключением лимонов и черной смородины, содержание органических кислот в которых составляет до 6 и 2,9% соответственно, обычно органические кислоты содержатся во фруктах и ягодах в количестве, не превышающем 1,0–1,5%.

Поскольку фруктовое, ягодное и овощное сырье характеризуется конкретным профилем органических кислот и макроэлементов, анализ их содержания в пищевых продуктах на основе фруктового сырья позволяет определить фальсификацию или доказать его натуральность [13, 16].

Яблочное пюре – один из основных видов фруктового сырья в технологиях производства мармелада и пастильных изделий. Различия химического состава различных партий обусловлены географическим происхождением, сортом, сроком созревания и т. д. Яблочное пюре содержит от 0 до 0,26% щавелевой, от 0,19 до 0,92% яблочной и от 0 до 0,37% лимонной кислот. Содержание калия находится в диапазоне от 101 до 311 мг/100 г, натрия в диапазоне от 3 до 71 мг/100 г, магния в диапазоне от 7 до 25 мг/100 г, кальция в диапазоне от 31 до 144 мг/100 г.

В различных справочниках приводятся данные химического состава фруктов, ягод и овощей [17]. Для фруктового, ягодного, а также овощного сырья характерно содержание яблочной кислоты в диапазоне от 0,2 до 1,6%. В цитрусовых видах сырья содержание яблочной кислоты значительно меньше, например, для лимона оно составляет всего 0,05%. Высокое содержание яблочной кислоты по справочным данным характерно для вишни, до 2,2%.

Существует также корреляция по содержанию макроэлементов. Для большинства видов представленного сырья выявлено содержание калия от 100 до 300 мг/100 г, за исключением черники и клюквы.

Исследования химического состава фруктового сырья позволяют дополнить существующие справочные данные либо восполнить отсутствующие данные. В ряде работ приведены результаты исследований определения количественного содержания органических кислот и макроэлементов в разных видах фруктового сырья. Таким образом, в плодах абрикоса содержание лимонной кислоты составило от 0,11 до 1,91%, яблочной от 0,13 до 0,67%, янтарной от 0,001 до 0,01%, а молочной от 0,005 до 0,014%. Содержание макроэлементов составило 18,4–150,3 мг/100 г для калия, 2,6–12,0 мг/100 г для кальция, 0,1–3,4 мг/100 г для магния, 1,4–15,0 мг/100 г для натрия [18].

По результатам исследования груш определено, что содержание яблочной кислоты находится в диапазоне 0,61–4,78%, щавелевой в диапазоне 0,002–0,57%, а лимонной в диапазоне 0,01–5,51% [19]. Ягоды белого тутовника содержат 2,4% органических кислот, в том числе яблочной – 0,62% [20]. В соке из плодов алтайской облепихи определено содержание органических кислот: для яблочной кислоты оно составило 0,929%, для лимонной – 0,009%, а для винной – 0,004% [21]. В ягодах облепихи содержание калия находилось в диапазоне от 117 до 192 мг/100 г, кальция от 5,6 до 7,1 мг/100 г, натрия от 19,6 до 28,5 мг/100 г, магния от 6,4 до 7,6 мг/100 г [7–28].

Таким образом, химический состав фруктов и ягод характеризуется широкими диапазонами и зависит от многих факторов, однако органические кислоты и макроэлементы могут служить показателями идентификации фруктового сырья.

В связи с тем, что неотъемлемая часть любой технологии – это рецептурный состав изделий и химический состав сырья, то целью представленного исследования являлось получение фактических диапазонов химического состава фруктового, ягодного и овощного сырья, используемого для изготовления кондитерских изделий, по содержанию органических кислот и макроэлементов.

Материалы и методы

В качестве объектов использованы разные виды фруктового и ягодного пюре.

Массовая доля влаги определена по ГОСТ 33977–2016 Продукты переработки фруктов и овощей. Методы определения общего содержания сухих веществ (с Поправкой).

Исследования содержания макроэлементов и органических кислот в образцах проведено с использованием системы капиллярного электрофореза РrinСЕ-770 с диодноматричным детектором (Нидерланды).

Результаты и обсуждение

Для обоснования числовых значений идентификационных признаков кондитерских изделий исследован химический состав используемого фруктового сырья. Определяли содержание макроэлементов и органических кислот методом капиллярного электрофореза (рисунок 1, 2, таблица 1).

Сопоставление фактических значений и диапазонов содержания яблочной кислоты и суммы калия и магния по справочным данным химического состава показывают возможность их использования для определения массовой доли фруктового сырья в кондитерских изделий по разработанной методике (рисунок 3, 4).

Таблица 1.

Органические кислоты и макроэлементы во фруктовом пюре

Table 1.

Organic acids and macronutrients in fruit puree

Наименование пюре puree type	Массовая доля влаги, % Moisture content, %	Содержание макроэлементов, мг/100 г Macronutrient content, mg/100 g				Массовая доля органических кислот, % Mass fraction of organic acids, %
		K	Na	Mg	Ca	Щавелевая Oxalic	Яблочная Malic	Лимонная Citric
Клубника Strawberry	-	333±17	82±5	17±4	108±19	-	0,09±0,013	0,32±0,045
Черная смородина Black currant	-	141±7	17±1	19±5	249±45	-	0,15±0,021	1,20±0,168
Ежевика Blackberry	-	172±9	19±1	12±3	72±13	0,26±0,036	0,04±0,006	0,08±0,011
Rлюква | Cranberry	-	86±4	16±1	4±1	45±8	-	0,02±0,003	0,03±0,004
Груша | Pear	90,6	173±9	5±0	9±2	84±15	-	0,15±0,021	0,06±0,008
Вишня | Cherry	89,9	129±6	-	10±2	34±6	-	0,69±0,097	0,06±0,008
Абрикос | Apricot	88,0	313±16	54±3	19±5	68±12	0,39±0,055	0,37±0,052	0,25±0,035

Рисунок 1. Пример электрофореграммы при определении макроэлементов в экстракте фруктового пюре (1 – K, 2 – Na, 3 – Mg, 4 – Ca)

Рисунок 2. Пример электрофореграммы при определении органических кислот в экстракте фруктового пюре (1 – яблочная кислота)

• Figure 1.    An example of an electropherogram for the determination of macronutrients in fruit puree extract (1 – K, 2 – Na, 3 – Mg, 4 – Ca)

Среднее значение массовой доли суммы калия и магния составило для представленных видов сырья 212 мг/100 г, в то время для яблочного пюре такая сумма составила 211 мг/100 г.

• Figure 2.    An example of an electropherogram for the determination of organic acids on fruit puree extract (1 – malic acid)

Проведены исследования фруктового сырья, наиболее часто используемого при производстве кондитерских изделий (рисунок 4).

Рисунок 3. Диапазоны содержания суммы калия и магния во фруктовом сырье

Figure 3. Ranges of the content of potassium and magnesium in fruit raw materials

Рисунок 4. Диапазоны содержания яблочной кислоты во фруктовом сырье

• Figure 4.    Ranges of the content of malic acid in fruit raw materials

Массовая доля яблочной кислоты исследованных образцов фруктового сырья превышает уровень 0,3%. Вишня и абрикос характеризуются повышенной массовой долей яблочной кислоты до 1,1–1,4%. Среднее значение массовой доли яблочной кислоты в исследованных видах сырья составило 0,7%, в то время как в яблочном пюре – 0,43% [16].

Поэтому возможно определение и подтверждение заданного содержания такого сырья в кондитерских изделиях, используя в качестве критериев идентификации яблочную кислоту, сумму калия и магния.

Тропические плоды и субтропические культуры часто используются в настоящее время для изготовления кондитерских изделий и позволяют разнообразить пищевой рацион населения нашей страны, но для таких фруктов и ягод справочные данные по содержанию органических кислот и макроэлементов зачастую отсутствуют. Для оценки возможности определения их количественного содержания в кондитерских изделиях исследован химический состав тропических фруктов (таблица 2).

Таблица 2.

Органические кислоты и макроэлементы в пюре из тропических фруктов

Table 2.

Organic acids and macronutrients in tropical fruits puree

Наименование пюре Puree type	Массовая доля влаги, % Moisture content, %	Содержание макроэлементов, мг/100 г Macronutrient content, mg/100 g				Массовая доля органических кислот, % Mass fraction of organic acids, %
		K	Na	Mg	Ca	Щавелевая Oxalic	Яблочная Malic	Лимонная Citric
Банан | Banana	79,6±2,4	259±13	-	21±5	4±1	0,40±0,056	0,10±0,014	0,06±0,008
Манго | Mango	87,2±2,6	170±9	-	12±3	39±7	0,04±0,006	0,30±0,042	1,02±0,143
Киви | Kiwi	86,8±2,6	126±6	11±1	11±3	10±2	0,54±0,076	0,03±0,004	0,18±0,025
Ананас | Pineapple	91,2±3,6	160±8	-	17±4	46±8	-	0,07±0,010	0,40±0,056
Папайя | Papaya	89,0±2,7	133±7	12±1	15±4	17±3	0,65±0,091	0,09±0,013	0,10±0,014
Маракуйя | Passion fruit	87,6±2,6	301±15	21±1	19±5	20±4	0,94±0,132	0,15±0,021	1,70±0,238
Мора | Mora	94,3±3,8	60±3	-	6±1	13±2	-	0,09±0,013	0,62±0,087
Луло | Lulo	91,6±3,7	259±13	-	14±3	16±3	0,40±0,056	-	0,48±0,067
Гуанабана | Guanabana	90,6±3,6	107±5	24±1	8±2	7±1	0,40±0,056	0,23±0,032	0,09±0,013
Куруба | Kuruba	92,0±3,7	262±13	42±3	18±4	34±6	0,08±0,01	0,16±0,022	1,13±0,158

Широкие диапазоны содержания органических кислот и макроэлементов пока не позволяют разработать универсальный метод определения количества тропических фруктов в кондитерских изделиях.

Для подтверждения сохранности органических кислот и макроэлементов в яблочном пюре проведены исследования асептически упакованного образца в условиях традиционного хранения (температура 20 ºС, равновесная относительная влажность 50%) (рисунок 5).

Результаты исследований свидетельствуют об отсутствии потерь органических кислот и макроэлементов в процессе хранения. Таким образом, при определении массовой доли фруктового сырья в кондитерских изделиях, изготовленных на его основе, обеспечивается надежность получения достоверных результатов.

Массовая доля макроэлементов, мг/100 г Massfraction of macronutrients, mg/100 g

Массов а я доля яблочной кислоты, %

Mass fraction of apple acid, %

—♦—Массовая доля яблочной кислоты, % | Mass fraction of apple acid, %

-■-Калий, мг/100г | Potassium, mg/100g

—*— Натрий, мг/100 г | Sodium, mg/100 g

—■—Магний, мг/100 г | Magnesium, mg/100 g

___________ —•—Кальций, мг/100 г | Calcium, mg/100g ______________________________________

Рисунок 5. Органические кислоты и макроэлементы в процессе хранения яблочного пюре

• Figure 5.    Organic acids and macronutrients during storage of apple puree

  Руденко О.С. и др. Вестник ВГУИТ, 2020, Т. 82, №. 2, С. Заключение

Химический состав фруктового сырья отличается вариабельностью и зависит от географических и климатических факторов.

Определено фактическое содержание органических кислот и макроэлементов в образцах пюре клубники, черной смородины, ежевики, клюквы, груши, вишни, абрикоса. Среднее значение массовой доли яблочной кислоты в исследованных видах сырья составило 0,7%, в то время как в яблочном пюре – 0,43%. Среднее значение массовой доли суммы калия и магния составило для представленных видов сырья 212 мг/100 г, в то время как ранее определенное значение для яблочного пюре составило 211 мг/100 г.

Сопоставление фактических значений и справочных данных диапазонов содержания яблочной кислоты и суммы калия и магния показывают возможность определения содержания фруктового сырья в различных наименованиях кондитерских изделий. Доказано, что органические кислоты и макроэлементы могут служить показателями идентификации для многих групп фруктового сырья.

Получены фактические данные по содержанию органических кислот и макроэлементов в некоторых видах фруктового пюре из тропических фруктов, которые характеризуются очень широкими диапазонами. Массовая доля яблочной кислоты исследованных образцов находится в диапазоне от 0,03 до 0,30%. Содержание калия находится в диапазоне от 60 мг до 301 мг на 100 г продукта. Содержание магния – от 6 мг до 21 мг на 100 г продукта.

Подтверждена сохранность органических кислот и макроэлементов в яблочном пюре в процессе хранения, что свидетельствует о возможности их использования в качестве надежных критериев идентификации фруктового сырья в кондитерских изделиях.

Дальнейшие исследования направлены на уточнение химического состава различных видов фруктового сырья для их последующего использования при идентификации фруктового сырья в кондитерских изделиях.

Авторы выражают признательность коллегам: Петровой Н.А. и Казанцеву Е.В. за консультации и помощь в выполнении исследований.