Сравнительный анализ пенообразующих свойств модельных систем пен на основе пектиносодержащего растительного сырья, произрастающего на территории Орловской области

Введение. Развитие современных биотехнологий ставит перед учеными задачу поиска альтернативных подходов к созданию пенообразующих систем. Одним из перспективных направлений является использование доступного и экологически чистого растительного сырья. Тыква, морковь и яблоки отличаются богатым составом полезных веществ, таких как витамины, антиоксиданты и пищевые волокна, что потенциально повышает привлекательность их применения в продуктах питания и косметической отрасли [1].

Многие региональные и федеральные программы, направленные на улучшение питания россиян, ставят своей главной задачей разработку доступных и высококачественных продуктов, обладающих определенными полезными качествами. Важно учитывать современные научные знания о правильном питании, национальные кулинарные традиции и индивидуальные предпочтения потребителей при создании таких продуктов.

Среди большого разнообразия существующих сырьевых ресурсов наибольшую перспективу представляет использование местных природных ресурсов. Применение Орловского растительного сырья в производстве пищевых продуктов позволяет существенно снизить себестоимость готовой продукции. Поэтому создание качественной и натуральной пищевой продукции становится особо актуальным и экономически выгодным решением в текущих условиях.

Одними из наиболее часто выращиваемыми сельскохозяйственными культурами в Орловской области выступают тыква, морковь, свекла и яблони. Так, тыквенная мякоть богата витаминами, минералами, пищевыми волокнами и микроэлементами, необходимыми человеку для нормального функционирования организма. Она также отличается высоким содержанием пектина, способствующего выведению токсинов, вредных веществ и холестерина. По уровню каротина тыква превосходит морковь примерно в пять раз. Морковь же ценится благодаря высокому содержанию клетчатки, важной для правильной работы желудочно-кишечного тракта. Яблоки активно применяются в пищевой индустрии, причем именно яблочный пектин служит основой производства воздушных кондитерских изделий. Корнеплоды свеклы характеризуются высоким содержанием растворимых волокон и пектинов, а также широким спектром витаминов и минеральных компонентов. Исходя из этого, целесообразным представляется изучение пенообразующих свойств указанного растительного сырья [5, 6].

Специфичность воздействия фруктовых и овощных пюре на структуру продуктов непосредственно обусловлена их химическим составом и технологическими параметрами, приведёнными в таблице 1.

Таблица 1 – Физико-химические показатели овощных и фруктовых пюре

ф Q. 2 с 2 л Z о о S 2 л о ч о с с	Z S h 1 о 2 о £ z § ° ч 2 к >s 00 5 S с;	I о.	о о к к о Ф 2 си ф Z ^	О' s' га с к с о ч к га о га	CD и О. X S £ О 2 ф с	О' s" С Ф ш	О' О. S £	Содержание углеводов, %
								га га X га и	га га	га X 1га н ф
Тыквенное	10	5,2	1,25	90,0	2,6-14	1	0,1	2,2	0,2	2
Морковное	15	6,3	1,28	88,1	2,4-4,8	1,3	0,1	6,2	0,2	0,8
Свекольное	30	6,6	2,18	86,5	4,8-7,2	1,5	0,1	6,2	0,1	2,5
Яблочное	5	3,9	2,11	86,5	1,6-5,6	0,4	0,4	7,2	0,8	1,8

* При варке на пару и измельчении сырья 1×1см

Условия использования плодовых и овощных пюре в составе продуктов питания моделировали, основываясь на методе серийных разведений приготовленных овощных и фруктовых пюре. Целью исследований является изучение показателей качества модельных систем пен на основе тыквенного, морковного, свекольного и яблочного пюре и установление их взаимосвязи с их химическим составом [7].

Материалы и методы исследований. Исследование зависимости процесса пенообразования от количества плодоовощных пюре обладает существенным прикладным значением. Для этого были проведены эксперименты методом последовательных разбавлений в диапазоне от 1:0 до 1:6. Предварительно сырье подвергалось тепловой обработке и превращалось в пюре. Затем полученные образцы искусственно насыщались воздухом механически посредством миксера в течение пяти минут, начиная с низкой скорости вращения (300 об/мин), переходя далее на повышенную скорость (400 об/мин).

Показатели качества пенистых структур, включая кратность и устойчивость, определялись согласно стандартному методу, описанному в документе ГОСТ Р 521752003 «Мороженое молочное, сливочное и пломбир». Кинематическую вязкость измеряли с использованием капиллярного вискозиметра модели ВПЖ-2. Итоги проведенных исследований визуализированы в графиках.

Результаты и обсуждение. На основании результатов исследований плодовых и овощных пюре, состоящих преимущество из простых и сложных углеводов, установлена взаимосвязь их пенообразующих свойств с результатами электростатического взаимодействия, входящих в их состав веществ. Качество созданных моделей пен на основе популярных фруктово-овощных пюре значительно зависит от состава и концентрации пектиновых соединений в исходном растительном материале. Установление наилучших пропорций и режимов применения пюре в рецептуре готовых аэрированных продуктов дает возможность контролировать их сенсорные свойства [7].

На рисунке 1 отображены графики зависимостей ключевых характеристик пенообразующих свойств фруктовых и овощных пюре от величины гидромодуля, полученные при равных температурных условиях окружающей среды (t=20 °C).

Помимо оценки базовых качеств пен, исследовалась также кинематическая вязкость, играющая ключевую роль в формировании желирующих свойств пектина. Важнейшими факторами, влияющими на качество пектина, являются взаимозависимости между величиной вязкости и концентрацией сахара в изучаемых моделях систем.

Кратность пен, ед.

Рисунок 1 – Зависимость основных показателей качества пен на основе овощных и фруктовых пюре от гидромодуля

На рисунке 2 представлена зависимость реологического показателя (вязкость) в зависимости от гидромодуля.

Рисунок 2 – Зависимость вязкости плодовых и фруктовых пюре от гидромодуля

Изучив пенообразующие способности отобранных видов овощных и фруктовых пюре, мы выяснили, что пена, изготовленная на основе свекольного пюре, демонстрирует самые высокие значения кратности и стабильности. Эти результаты обусловлены преимущественно высоким уровнем содержания сапонинов, обладающих поверхностно-активными свойствами. Пектин играет важную роль в процессе формирования пены, увеличивая вязкость среды путём адсорбции на поверхности воздушных пузырьков и укрепления плёнок. Сами пектиновые соединения не участвуют активно в создании пены, однако при аэрации замедляют вытекание жидкости из системы, делая среду плотнее. Поверхностно-активные вещества взаимодействуют с прочими элементами среды, обеспечивая интенсивное пенообразование [3, 4].

Пена, созданная на основе яблочного пюре, характеризуется относительно высокой степенью вязкости (уступающей лишь образцам на основе свеклы, но превосходящей остальные варианты). Это связано с особенностями химической структуры яблочного пектина, имеющего большую молекулярную массу и пространственное строение, обеспечивающее быстрое поглощение влаги и последующее растворение в водной среде. Стоит отметить, что значительная доля пектина в яблоках представлена растворимым компонентом (до 60%), который легко образует гелеобразную структуру при взаимодействии с водой.

По сравнению с пеной на тыквенной основе, структура, содержащая морковное пюре, показывает более высокую стабильность. Объясняется это большим содержанием пектина, удерживающего влагу и повышающего устойчивость пенистой массы. Кратность пен на основе морковного пюре уступает показателям пен из тыквенного пюре. Причина заключается в высоком содержании клетчатки в моркови по сравнению с тыквой, поскольку твердые частицы ухудшают формирование пены. Хотя морковное пюре содержит большее количество пектина, оно оказывает влияние исключительно на стабилизацию структуры, не улучшая образование самой пены.

Диапазон использования овощных и фруктовых пюре в технологии приготовления продуктов питания достаточно широк. Их польза особенно актуальна для людей, предпочитающих диетическое питание. Пюре, полученное из качественного и безопасного сырья, имеет приятную и нежную консистенцию, содержит много витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, легко усваивается организмом человека.

Клетчатка – это важная составляющая овощных и фруктовых пюре. Ее содержание обычно не превышает 8 % от массы сырья, но оказывает значительное влияние на функционирование и жизнедеятельность организма человека. Содержание пищевых волокон (клетчатки) в распространенных овощных и фруктовых пюре, которые повсеместно используют в качестве рецептурных компонентов варьируется. Массовая доля пищевых волокон в рассмотренных пюре принадлежит интервалу от 1,7 до 3,2 % от массы сырья.

Максимальное содержание клетчатки наблюдается в составе тыквенного пюре. Такие данные подтверждаются органолептическим анализом доведенных до кулинарной готовности пюре. Влияние клетчатки в составе овощных и фруктовых пюре на процесс пеногенерирования имеет важное практическое значение. Испытания проводили, основываясь на методе серийных разведений от 1:0 до 1:6. Полученные модельные системы аэрировали механическим путем при помощи миксера в течение 5 мин, сначала при малом (300 об/мин), а затем при большем (400 об/мин) количестве оборотов.

При увеличении степени разведения плодово-овощных пюре водой в указанном диапазоне кратность пены первоначально возрастает, достигая своего максимального значения при гидромодуле 1:6, после чего начинается её снижение. Пищевые волокна не являются структурообразователями пенной структуры, но оказывают немаловажное влияние на ее показатели качества.

Полученные модельные системы пен являются полидисперсными, т.к. при механическом измельчении доведенного до кулинарной готовности сырья образовались взвешенные частицы различных размеров. Грубые взвешенные частицы быстро разрушают образовавшийся столб пены, оказывая давление на пенные пленки. Мелкие твердые взвешенные частицы интенсифицируют вспенивание и стабилизируют возникшую пену, так как они образуют в поверхностном слое жесткий каркас, повышающий механическую прочность слоя, и, кроме того, препятствуют сращиванию пузырьков. Такого рода способность твердых частиц зависит от условий смачиваемости последних водой [1, 2].

Твердые частицы, которые хорошо смачиваются, не могут проникнуть в поверхностный слой жидкости и постоянно находятся в объеме жидкости. Такие частицы не прилипают к пузырькам пара, не проникают вместе с ними в поверхностный слой и потому не участвуют в пенообразовании. Поэтому, важно качественное измельчение сырья перед его использованием в рецептуре взбивных изделий.

Рассмотренные овощные и фруктовые пюре содержат сравнительно сходное содержание клетчатки, но процесс их доведения до гомогенного состояния различался по продолжительности. Таким образом, банановое пюре характеризуется наличием более крупных взвешенных частиц (т.к. его механическая прочность невелика), а пюре из тыквы - более мелких.

Клетчатка в составе рассмотренных овощных и фруктовых пюре оказывает влияние на качество модельных систем пен на их основе, хотя и не принимает активного участия в пенообразовании [1, 2, 3]. Поэтому, в современных условиях производства продуктов питания с данными рецептурными компонентами необходимо регулировать и учитывать данный фактор, основываясь на научно-обоснованных результатах исследований.

Таким образом, исследованные фруктовые и овощные пюре проявляют не только структурообразующие, но и функциональные технологические свойства. Наличие в их составе пектиновых веществ, сахаров и небольшого количества белков способствует формированию структуры продукта, особенно в продуктах с низким содержанием жиров, таких как аэрированные изделия [7].