Влияние способов СВЧ- и ИК-сушки на микробиологические показатели чайных напитков из облепихового сырья

Российская Федерация занимает лидирующие позиции по потреблению чая в мире после Индии, Китая и Турции. Собственный чай в стране выращивается только в Краснодарском крае и является самым «северным» чаем в мире. Более 95 % потребляемого в России чая покупается на чайных аукционах по месту выращивания (в Шри-Ланке, Индии, Китае, Вьетнаме, Индонезии, Кении) и импортируется в виде промышленного сырья, которое обрабатывается и фасуется для розничной торговли на российских производственных предприятиях [1, 2]. Ры- нок классических сортов чая насыщен и практически полностью сложился. Однако в последнее время наблюдается некоторый рост чайного рынка благодаря изменениям в образе жизни потребителей и зарождению новой культуры потребления напитков. Доля продаж в крупнейших розничных сетях РФ ежегодно растет за счет интереса к чайной продукции миллениалов, которые являются основными драйверами развития чайного рынка и предпочитают выбирать премиум-чай, но по доступной цене, ориентируясь на «полезность» составляющих. Также набирает популярность включение в состав различных добавок в виде трав, что обусловлено трендом заботы о здоровье у людей разных возрастных групп, который заметно усилился во время пандемии.

В последнее время часто звучит термин «чайный напиток». Следует различать понятия «чай» и «чайный напиток». Согласно ГОСТ 32593 чай – это пищевой продукт, изготовленный из чайного листа и не содержащий других компонентов. С 1 марта 2023 г. вступил в силу ГОСТ 34856, который распространяется на чайные напитки, изготовленные из растительного сырья с возможным добавлением чая и других компонентов. Таким образом, традиционный чай производят на основе растения рода Camellia семейства Theaceae, а чайные напитки представляют собой, как правило, сочетание чая с какими-либо травами, фруктами, ягодами, также к ним относят и сами смеси листьев, цветов, фруктов без чая.

Качество чайной продукции имеет большое значение, так как определяет продовольственную безопасность для потребителя. Однако исследования, проведенные по изучению загрязненности чайной продукции, показали, что в травяных чаях выявлены высокие уровни микробного загрязнения: 55 % образцов не соответствовали установленному нормативу и содержали более 10^4–6 КОЕ/г плесневых грибов, 72,2 % этих образцов содержали более 10^5–8 КОЕ/г бактерий, а также в 62,5 % травяных чаев, соответствующих нормативу, образцов обнаружено большое количество бактерий: 8 x 10 5 - 2 х 10⁸ КОЕ/г. В микофлоре травяных чаев обнаружены Aspergillus, Penicillium, Alternaria, Fusarium – продуценты опасных микотоксинов, в том числе эмерджентных, что потенциально обусловливает загрязнение микотоксинами травяных чаев [3].

Дальнейший рост рынка чайной продукции, в том числе чайных напитков, возможен за счет производства продукции высокого качества, чего можно достичь, используя при переработке современные технологические приемы и передовые технологии, позволяющие улучшить показатели качества получаемой продукции и сохранить все полезные компоненты исходного растительного сырья.

В Байкальском регионе произрастает значительное количество видов растительного сырья, из которого можно получать широкий ассортимент чайных напитков, в частности, в Pеcпублике Буpятия пеpcпективной культуpой для промышленной переработки являетcя об-лепиxа крушиновидная, имеющая уникальный химический cоcтав и обладающая противовоспалительными, бактерицидными и иммуностимулирующими свойствами [4–8]. При переработке облепихи образуется побочный продукт в виде листьев и побегов, представляющих собой перспективное сырье для производства полезных для здоровья продуктов, в том числе чайных напитков [9–11].

В связи с вышесказанным целью настоящего исследования являетcя изучение влияния способов сушки листьев и побегов облепихи на микробиологические показатели качества чайных напитков.

Для доcтижения цели были поставлены задачи:

• –    провести анализ перспективных способов переработки облепихового сырья для получения чайных напитков;

• –    найти оптимальные технологические параметры процесса получения чайных напитков из побочных продуктов переработки облепихи;

• –    разработать технологию получения чайных напитков из побочных продуктов переработки облепихи;

• –    исследовать микробиологические показатели полученных чайных напитков.

Матеpиалы и методы иccледования

Матеpиалами иccледований в экcпеpименте cлужили образцы рассыпного (сухого) и заваренного (настоя) чайных напитков из листьев и побегов облепихи, полученных методами СВЧ- и ИК-сушки в производственных условиях ООО «МИП “БайкалЭкоПродукт”». Технологический процесс осуществляли как на серийно выпускаемом пищевом оборудовании и устройствах, так и с использованием специального оборудования.

Исследование проводилось в научно-исследовательских лабораториях кафедр «Технологические машины и оборудование. Агроинженерия» и «Биотехнология» Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления, аккредитованной лаборатории ФБУ «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Республике Бурятия».

Микробиологические исследования проводили согласно ГОСТ 10444.12, ГОСТ 31747 и ГОСТ 1044.15. Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) определяли посевом на плотную питательную среду МПА в чашке Петри поверхностным методом Дригальского с 3-го разведения. Культивирование проводили при температуре 30 ° С в течение 72 ч. Для выявления плесневых грибов и дрожжей использовали плотную среду Сабуро, посев проводили без разведения и инкубировали при 25 ° С в течение 5 сут. Для выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (БГКП) использовали селективную питательную среду Кесслер и культивировали при 37 ° С в течение 24 ч.

Экcпеpиментальные иccледования и опыты пpоводили в 5-кpатной повтоpноcти, полученные pезультаты обpабатывали c помощью пpогpамм Statistica и Excel.

Pезультаты иccледований и иx обcуждение

На первом этапе исследований были изучены современные методы получения чайных напитков. Вопросам переработки чайного сырья посвящены труды многих исследователей [12– 16]. Анализ литературных данных показал, что при производстве чайных напитков из растительного сырья применяются следующие технологические операции: сушка, пропаривание, ферментация, вяление, размягчение, скручивание, экстракция и др. Способы и оборудование, применяемые для проведения указанных процессов, имеют ряд недостатков, основными из которых являются продолжительность технологического процесса и в некоторых случаях применение высоких температур, что приводит к потере ценных биологических веществ. Литературный обзор показал, что технологии получения чайной продукции достигли своего технологического предела и не всегда обеспечивают необходимую микробиологическую стабильность.

В последнее время в пищевой промышленности на различных этапах переработки все чаще используют технологии с применением СВЧ- и ИК-оборудования. Например, для проведения процесса сушки и обезвоживания применяют установки с ЭМП СВЧ, которые позволяют проводить тепло-массообменный процесс в щадящих условиях и сохранить нативные свойства исходного сырья. ИК-сушка позволяет сохранить биологически активные вещества в растительном сырье. Учитывая ряд важных отличий от классических методов нагрева, весьма перспективно использовать ИК- и СВЧ-сушку при производстве чайных напитков [17–19]. В связи с чем были проведены исследования по возможности переработки листьев и побегов облепихи по указанным выше технологиям.

Для проведения эксперимента использовали смесь листьев и побегов, являющихся побочными продуктами первичной переработки облепихи, которые накапливаются в результате инспекции и сортировки поступившего сырья на участке первичной обработки. Технологическая схема получения образцов чайных напитков из побочных продуктов переработки облепихи представлена на рисунке.

Рисунок – Технологическая схема получения чайных напитков из побочных продуктов переработки облепихи

Согласно представленной на рисунке схеме свежие плоды облепихи после приемки направляют в отделение подготовки, где их инспектируют на наличие посторонних и растительных примесей. Посторонние примеси удаляют и отправляют на утилизацию, а растительные примеси в виде побегов и листьев облепихи направляют на мойку, которую проводят в моечных ваннах с использованием сит или лотков под проточной водой при температуре воды 8-10 ° С в течение 10–12 мин.

Поскольку побеги и листья облепихи являются ценным фитосырьем [9–11], предлагается использовать их для получения чайных напитков. Для этого побеги и листья облепихи перерабатывают по одному из способов.

Первый способ предусматривает сушку в установке «Муссон-2», конструкция которой позволяет проводить процесс в условиях вакуума при низкой температуре, что обеспечивает максимальное сохранение витаминов и полезных веществ в конечном продукте. Технологические параметры подбирались исходя из ранее проведенных авторами исследований по переработке плодов облепихи на данной установке [20–23]. Оптимальные параметры процесса сушки были установлены экспериментальным путем методом подбора. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Определение оптимальных параметров процесса СВЧ-сушки

Параметры	№ опыта
	1	2	3	4	5
Температура, ° С	20	25	30	35	40
Давление, кПа	16,5	17,0	17,5	18,0	18,5
Удельная СВЧ-мощность, Вт/кг	200	300	400	500	600
Продолжительность обезвоживания, мин	18	15	12	9	6
Влажность продукта (конечная), %	16	14	12	10	8

Полученные данные свидетельствуют о том, что наилучшие результаты для получения сушеных листьев и побегов с влажностью 12 - 14 % находятся в опытах № 2 и № 3. При температуре ниже 25 ° С и удельной СВЧ-мощности менее 300 Вт/кг продолжительность сушки увеличивается до 18 мин, что повышает энергозатраты процесса. Повышение температуры более 30 ° С ведет к необходимости повышения СВЧ-мощности на более чем 400 Вт/кг и применению давления более 17,5 кПа, что приводит к нежелательным нарушениям структурно-механических характеристик, неравномерности сушки и отрицательно сказывается на показателях качества конечного продукта. Оптимальная продолжительность процесса СВЧ-сушки составляет 12-15 мин, что позволяет при температуре 25-30 ° С, давлении 17,0-17,5 кПа и удельной СВЧ-мощности 300–400 Вт/кг получить сушеные листья и побеги облепихи с влажностью 12– 14 % и клеточный сок.

Согласно второму способу, листья и побеги облепихи после мойки направляли в ИК– сушилку, позволяющую проводить процесс путем воздействия ИК-нагрева в условиях конвекции. Интеpвалы значений технологических параметров подбирались на основе ранее проведенных лабораторных исследований по влиянию ИК-сушки на растительное сырье и анализа литеpатуpныx данныx [13, 16, 18, 19], а также были направлены на микробиологическую стабильность и cоxpанноcть нативных свойств и ценных компонентов листьев облепихи. Pезуль-таты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2 Определение оптимальных паpаметpов процесса ИК-сушки

Паpаметpы	№ опыта
	1	2	3	4	5
Температура, ° С	18	22	26	28	32
Пpодолжительноcть пpоцеccа, мин	120	150	180	210	240
Влажность продукта (конечная), %	18	16	14	12	10

Данные таблицы 2 cвидетельcтвуют о том, что повышение темпеpатуpы ИК-сушки листьев и побегов облепихи более 28 ° С увеличивает продолжительность процесса до 240 мин, что повышает энергозатраты и экономически не выгодно. При сушке при температуре ниже 26 ° С в течение 120-150 мин влажность продукта составляет 16-18 %, что выше норматива для чайных напитков. Таким обpазом, исследования показали, что ИК-сушку целесообразно проводить при температуре 26-28 ° С в течение 180-210 мин, что позволяет получить листья и побеги облепихи с влажностью 12–14 %.

Первый способ позволяет получить смесь сушеных листьев и побегов и клеточный сок, второй – смесь сушеных листьев и побегов. Из сушеных листьев и побегов получают чайные напитки. Клеточный сок можно использовать в пищевой, парфюмерно-косметической и фармацевтической промышленности.

Исследования способов сушки показали, что наиболее перспективной для получения сухих листьев и побегов облепихи является СВЧ-сушка, так как данный способ, во-первых, позволяет в 14–15 раз быстрее получить сушеный продукт по сравнению с ИК-сушкой, что положительно сказывается на энергоэффективности процесса, во-вторых, позволяет получить наряду с сушеными листьями и побегами клеточный сок, являющийся функциональным ингредиентом.

Согласно разработанной технологической схеме при оптимальных условиях были получены образцы чайного напитка: образец № 1 – листья и побеги после СВЧ-сушки, образец № 2 – листья и побеги после ИК-сушки. По органолептическим показателям существенных различий в качестве образцов не выявлено. Полученные образцы имели приятный травяной, свойственный свежим листьям и побегам облепихи, аромат и вкус настоя, серо-зеленый цвет листьев. Результаты микробиологических исследований рассыпных образцов и оценка безопасности чайных напитков в готовом к употреблению виде после термической обработки (заваривания) представлены в таблице 3.

Таблица 3

Микробиологические показатели чайных напитков

Наименование показателя	Допустимый уровень (в соответствии с прил. 2, п. 1.7 ТР ТС 021/2011)	Образец № 1 чайный напиток после СВЧ-сушки		Образец № 2 чайный напиток после ИК-сушки
		рассыпной	настой после заваривания	рассыпной	настой после заваривания
Количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, КОЕ/г (см3), не более	5×105	1×103	38	2,5×103	425
Бактерии группы кишечных палочек (коли-формы), не допускаются в массе продукта, г /см3	1	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены
Плесени, КОЕ/г, не более	100	не обнаружены	не обнаружены	15	2
Дрожжи, КОЕ/г, не более	100	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены	не обнаружены

Результаты микробиологического исследования показали, что образцы рассыпных чайных напитков соответствуют допустимым уровням, предусмотренным ТР ТС 021/2011 (прил. 2. п. 1.7).

При сравнении образцов № 1 и № 2 обнаружено в 2,5 раза меньшее количество мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, отсутствие плесеней у образца № 1 и их наличие у образца № 2, что позволяет сделать вывод о большей эффективности СВЧ-обработки по сравнению с ИК-обработкой.

Для микробиологического анализа настоев использовали охлажденные образцы. Результаты исследований показали, что образцы соответствуют требованиям, предъявляемым к чайным напиткам по микробиологическим показателям, при этом у образца № 1 микробиологические показатели ниже, чем у образца № 2.

Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности использования физических методов обработки сырья в виде СВЧ- и ИК-воздействий для получения чайных напитков с низкой микробной контаминацией. Наилучший результат показало использование обработки сырья способом СВЧ-сушки. Также установлено, что дополнительная термическая обработка чайных напитков во время приготовления настоя уменьшает количество микроорганизмов на 2 порядка.

Проведенные исследования подтвердили возможность использования побочных продуктов облепихи – листьев и побегов для получения чайных напитков, органолептические и микробиологические показатели которых соответствуют допустимым уровням для продукции данной группы. В дальнейшем планируется исследовать гигиенические показатели и биологическую ценность полученных чайных напитков.

На основании проведенных исследований был разработан проект технологической инструкции по производству чайных напитков из листьев и побегов облепихи в соответствии с требованиями ГОСТ 34856 и ТР ТС 021/2011.

Результаты исследований СВЧ- и ИК-сушки облепихового сырья могут применяться на предприятиях по переработке облепихи для повышения энерго- и ресурсосбережения .

Заключение

Проведен литературный обзор методов получения чая и чайных напитков, который показал, что технологии получения чайной продукции достигли своего технологического максимума. Установлено, что наиболее перспективными для переработки растительного сырья являются способы СВЧ- и ИК-сушки, применяющиеся в пищевой промышленности.

Опытным путем установлены оптимальные паpаметpы СВЧ- и ИК-сушки листьев и побегов облепихи. Доказано, что для получения листьев и побегов с влажностью 12–14 % СВЧ-сушку целесообразно проводить при температуре 25-30 ° С, удельной СВЧ-мощности 300400 Вт/кг, давлении 17,0–17,5 кПа в течение 12–15 мин; ИК-сушку проводить при температуре 26-28 ° С в условиях конвекции в течение 180-210 мин.

Установлено, что после СВЧ-сушки получаются два продукта: листья и побеги облепихи с влажностью 12–14 % и клеточный сок, после ИК-сушки – листья и побеги облепихи с влажностью 12–14 %. Из листьев и побегов облепихи получают чайные напитки. Клеточный сок планируется исследовать как функциональный ингредиент и на основании полученных данных выработать рекомендации к его применению.

Разработана технологическая схема и произведен подбор оборудования для получения чайных напитков из побочных продуктов переработки облепихи. Подготовлена и утверждена технологическая инструкция по производству чайных напитков из листьев и побегов облепихи.

Изучены показатели качеcтва чайных напитков из листьев и побегов облепихи. Установлено, что по органолептическим и микробиологическим показателям продукция соответствует требованиям ГОСТ 34856 и ТР ТС 021/2011, предъявляемым к продукции данной группы.

Установлено, что для получения чайных напитков из листьев и побегов облепихи более эффективной является СВЧ-сушка, так как ее продолжительность по сравнению с ИК-сушкой в 14–15 раз меньше, кроме того, СВЧ-сушка обладает большим стерилизующим эффектом в отношении микрофлоры облепихового сырья.

Таким образом, исследовано влияние способов СВЧ- и ИК-сушки на показатели качества чайных напитков, полученных из побочных продуктов переработки облепихи. Установлено положительное влияние СВЧ- и ИК-сушки на органолептические и микробиологические показатели сухих листьев и побегов облепихи.