Подходы к оценке характеристик цвета фитомеланина для использования в качестве альтернативы какао-порошка

Введение. Какао-порошок является основным сырьем для производства шоколада и других кондитерских изделий, а также полуфабрикатов для их производства. Как показывает практика получения какао-порошка, для достижения оптимальных цветовых показателей сырье подвергают алкализации, в результате которой цвет его становится более темным и насыщенным, привычным для потребителя, и повышается значение рН. Вместе с тем имеются сведения, что при подщелачивании происходит частичное сни- жение усвояемости и пищевой ценности (потенциальной антимутагенной, иммуномодулирующей и антиоксидантной активности за счет раз-рушения/деградации полифенольных соединений, незаменимых свободных аминокислот, пирона, фуранеола и других соединений) [1] и изменение ароматических свойств конечного продукта, что является важным фактором в сохранении качества какао-порошка [2].

Кроме того, современные реалии рынка какао-порошка свидетельствуют о нестабильности производства и колебаниях цен на этот важный ингредиент [3], таким образом, исследования, направленные на поиск новых видов сырья и изучение комплекса его свойств, позволяющего частично сократить расход какао-порошка в рецептурах, являются актуальными и значимыми.

Цель работы – сравнительное исследование цветовых характеристик какао-порошка и образцов фитомеланина для использования последнего в качестве возможной замены части какао-порошка при изготовлении кондитерских глазурей и других полуфабрикатов.

Задачи: изучение интенсивности и оттенка цвета растворов какао-порошка и образцов фитомеланина из лузги гречихи, исследование хроматической структуры цвета исследуемых образцов и определение цветовых различий между образцами по методике CIE L*a*b* в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по освещению 1950 г.

Объекты и методы. Для проведения исследований были выбраны образцы: какао-порошок натуральный без сахара Natural Premium Cocoa, используемый в том числе для приготовления глазури («Lebbeke-Wieze», Belgium); контрольный образец (к) меланин – экстракт тонких структур гречихи (ООО «Русские корни», Россия); опытный образец (о) фитомеланин, полученный путем щелочного гидролиза лузги гречихи с последующим осаждением в кислой среде, промыванием и высушиванием при температуре 60±5 °С [4].

Определение интенсивности и оттенка цвета образцов какао-порошка, контрольного и опытного меланина проводили в этанольных экстрактах. Этанольные экстракты получали экстракцией по следующей схеме: 1 г образца суспендировали в 100 см3 50 %-го водного раствора этанола в конических колбах и перемешивали на орбитальном шейкере (150 об/мин) в течение 30 мин при T=50 °С. Полученные экстракты отфильтровывали через фильтровальную бумагу, полученные фильтраты доводили до объема 500 см3 в мерных колбах тем же раствором, что был использован для экстракции окрашенных соединений. Оптическую плотность полученных экстрактов измеряли при 420, 520 и 620 нм с использованием сканирующего UV/VIS спектрофотометра Shimadzu UV1800 относительно экстрагента. Результаты выражали в единицах оптической плотности (е.о.п.). Интенсивность (I) цвета образцов определяли путем сложения полученных значений оптических плотностей, оттенок цвета (T) определяли путем отношения значений оптической плотности при 420 и 520 нм [5].

Вклады желтого (420 нм), красного (520 нм) и синего (620 нм) пигмента определяли согласно методике [5, 6], позволяющей определять хроматическую структуру цвета с использованием следующих соотношений:

D 420 (%) = 100 ∙ D 420 /I ;

D 520 (%) = 1 00 ∙ D 520 /I ;

D 620 (%) = 100 ∙ D 620 /I ;

Исследование трихроматических характеристик проводили в системе CIE 1931 XYZ, вмещающей в себя все воспринимаемые человеком цвета и позволяющей получить необходимый цвет путем смешивания трех основных цветов, по методикам, изложенным в [7], с последующим определением координат цветности ( х и у ) по следующим формулам:

X x =;

X+Y+Z

Y

У =,

X+ Y+Z где Х, У и Z – относительные цветовые координаты, определяемые как

X = 0,42 ∙ T625 + 0,35 ∙ T550 + 0,21 ∙ T445

Y = 0,20 ∙ T625 + 0,63 ∙ T450 + 0,17 ∙ T495

Z = 0,20 ∙ T 495 + 0,94 ∙ T 445 .

Цветовые различия (цветовую разницу ΔE ) между образцами какао-порошка и меланином оценивали с использованием системы CIE L*a*b* [8] по формуле

где ΔL* – разница между светлотой образцов; Δа* – разница между значениями координат цвета двух образцов по зелено-красной хроматической оси; Δb* – разница между значениями координат цвета двух образцов по желто-синей хроматической оси.

Координаты цветности для расчета значений L *, a * и b * рассчитывали оптимизированным способом [9]:

Х=19,717∙    +1,884∙    +42,539∙    +32,474∙    -1,841,

=7,950∙    +34,764∙    +42,736∙    +15,759∙    -1,180,

Z = 103,518 • т450 + 4,190 • т520 + 0,251 • т570 - 1,831 • т630 + 0,818, где , , и – величина коэффициента пропускания при соответствующей длине волны.

Определение расчетных координат L*, а* и b* осуществляется согласно рекомендациям, приведенным в [10].

Cветостойкость растворов какао-порошка, контрольного и опытного меланина определяли путем экспозиции растворов образцов (концентрация 5 мг/мл) при естественном освещении, в темном месте и под ультрафиолетовым светом (254 нм) на расстоянии 30 см в течение 72 ч, каждые 12 ч измеряли максимальное поглоще- ние при 220 нм на спектрофотометре Shimadzu UV1800 по [11].

Результаты и их обсуждение. Результаты определения интенсивности и оттенка цвета исследуемых образцов представлены на рисунке 1. Можно видеть, что интенсивность цвета образцов меланина превышает аналогичный показатель какао-порошка в 1,8–2,0 раза, что говорит о более высокой красящей способности меланина. Значение оттенка цвета для меланинов также выше по сравнению с образцом какао-порошка (на 16 %), таким образом, можно свидетельствовать о большей интенсивности желто-коричневых тонов в цвете меланина.

Рис. 1. Оптическая плотность образцов какао-порошка, опытного и контрольного меланина из лузги гречихи (M, n = 3)

При определении соотношений пигментов, образцы имеют схожую хроматическую структу-формирующих цвет какао-порошка и образцов ру цвета (рис. 2).

меланина, было установлено, что исследуемые

какао-порошок

меланин (к)

в Желтый пигмент

□ Красный пигмент

■ Синий пигмент меланин (о)

Рис. 2. Хроматическая структура цвета образцов какао-порошка, опытного и контрольного меланина из лузги гречихи (M, n = 3)

Свидетельством наличия коричневых оттенков в цвете может являться угловой оттенок цвета (α), рассчитываемый как тангенс разницы оптической плотности при длинах волн 520 и 420 нм [12, 13]. Значение углового оттенка цвета для образца какао-порошка составило -7,01°, для контрольного и опытного образцов мелани- на: -20,27° и -18,19° соответственно. Отрицательные значения указывают на коричневый оттенок цвета.

В таблице представлены значения относительных цветовых координат исследуемых образцов, а также рассчитанные координаты цветности.

Значения относительных цветовых координат и координаты цветности в системе CIE 1931 XYZ

Образец	Относительные цветовые координаты			Координаты цветности
	Х	У	Z	x	y
Какао-порошок	21,61	15,66	8,04	0,4769	0,3456
Меланин (к)	14,51	9,79	6,22	0,4754	0,3208
Меланин (о)	13,21	10,13	6,43	0,4618	0,3292

Полученные результаты свидетельствуют о близости координат цветности изучаемых образцов, соответственно визуальные различия между цветом какао-порошка и меланинов незначительны, поэтому потенциально меланин может рассматриваться как частичная замена какао-порошка в рецептурах кондитерских изделий. На основании рассчитанных цветовых координат с использованием цветового конвертера [14] была осуществлена визуализация цвета какао-порошка, контрольного и опытного меланинов в системе цвета Adobe RGB(1998) (рис. 3).

Более достоверно и объективно цветовые различия между двумя образцами можно оценить с использованием методологии CIE L*a*b* 1950 г. Как показали результаты проведенных расчетов для пар «какао-порошок – контрольный образец меланина» и «какао-порошок – опытный образец меланина», цветовые различия в этих парах составляют соответственно 0,2907±0,0364 и 0,2251±0,0213, при этом цветовые различия второй пары менее существенны.

Результаты определения светостойкости представлены на рисунке 4.

Какао-порошок

Меланин (к)

Меланин (о)

Рис. 3. Визуализация цвета опытных образцов в системе цвета Adobe RGB (1998)

Длительность экспозиции, ч

(к): естественное освещение

(к): UV-облучение

(о): естественное освещение

(о): UV-облучение

б

Естественное освещение

UV-облучение

а

Рис. 4. Динамика светостойкости растворов какао-порошка (а), контрольного и опытного растворов меланина (б) под действием естественного освещения и ультрафиолетового облучения

Как показали полученные результаты, наибольшие изменения были отмечены для образцов, подвергнутых ультрафиолетовому облучению. При этом светостойкость образца какао-порошка оказалась практически в 2 раза ниже по сравнению образцами меланина. Таким образом, в составе пищевых систем меланин показывает более высокую стабильность к воздействию света, соответственно цвет шоколадных глазурей, полученных с добавлением меланина, будет сохраняться даже при длительной экспозиции готового продукта.

Заключение. Таким образом, показана возможность использования спектрофотометрических методов для оценки цветовых характеристик меланина, что в перспективе позволит разработать оценочную шкалу для разработки более простых и воспроизводимых методов оценки цвета меланина, например, методов визуального сравнения с эталонами. Результаты исследования показали, что применение меланина из лузги гречихи в качестве частичной замены какао-порошка в рецептурах кондитерских шоколадных глазурей весьма перспективно.

Оценка цветовых характеристик меланина и какао-порошка позволила установить, что интенсивность коричневого цвета для образцов меланина значительно выше, что позволяет использовать в шоколадных глазурях неалкали-зированный какао-порошок, обладающий более выраженным флевором, а интенсивность цвета какаосодержащей глазури можно компенсировать добавлением порошка меланина из лузги гречихи в качестве натурального красителя.