Одним из важнейших направлений развития современного производства является создание ресурсосберегающих и безотходных технологий, направленных на выработку конкурентоспособной продукции, в том числе функционального назначения.
В наибольшей степени этим требованиям отвечает производство пектина и пектинопродуктов из вторичных сырьевых ресурсов.
Ежегодно в консервной отрасли России и стран СНГ образуется яблочных выжимок – около 275 тыс. т, из которых используется на промышленную переработку только 37 тыс. т. Следует отметить, что под промышленной переработкой понимается использование выжимок для выработки кормов. На производство пектина выжимки в настоящее время практически не используются [2, с.296].
Пектин из яблочных выжимок составляет 30–35 % мирового объема пектиновых веществ и выпускается в США, Великобритании, Дании, Италии, Германии, Австрии, Болгарии, Польше и Венгрии. В России собственного пектинового производства нет.
Важное место в увеличении выпуска пектиносодержащих пищевых изделий функционального назначения в России принадлежит яблочному пектину.
В России имеется достаточная сырьевая база для организации производства яблочного пектина. Так, общая площадь яблоневых насаждений составляет 147,9 тыс. га, в том числе в Краснодарском крае – 23,7 тыс. га. При этом летние сорта яблок занимают 15 %, осенние – 25 % и зимние – 60 %. Наибольшая коммерческая ценность как товарного продукта принадлежит зимним сортам яблок. Осенние и летние сорта яблок направляются в основном на переработку. При этом летние сорта не рассматриваются в качестве промышленного источника пектиновых веществ; в то время как, потребность России в пектине значительно превышает объемы его закупок за рубежом. Следует отметить, что в настоящее время ежегодная закупка пектина в России составляет в среднем 3,0–3,5 тыс. т, что в 20 раз меньше необходимого объема [1, с. 136–146, 3, с. 219, 4, с. 24, 5, с. 121].
В связи с этим актуальность изучения химического состава отечественного сырья особенно актуально в современных условиях.
Нами впервые были изучены 10 летних (Белый налив, Мантет, Старк Эндрю, Боровинка, Мелба, Суйслепское, Боровинка Сергеева, Ред Мелба, Квинти, Рейнджер) и 11 осенних сортов яблок (Валентин, Память Есаулу, Ренет Ландсбергский, Эрлиблэйз, Голден Граймз, Пармен зимний золотой, Слава Победителям, Грив Руж, Прима, Уэлси).
Промышленную значимость пектиносодержащего сырья оценивают не только по содержанию пектиновых веществ, но и по их аналитическим характеристикам, которые, в свою очередь, определяют целевую направленность выделенных пектинов.
Нами установлено, что практически все изучаемые летние сорта яблок отличаются низким соотношением ПП/РП (4,24) по сравнению с осенними сортами (таблица 1) [6, с. 39-41].
Таблица 1 – Соотношение ПП/РП в исследуемых сортах яблок
|
Группа |
Показатель ПП/РП |
Сорта |
|
I |
> 13 |
Валентин, Пармен зимний золотой, Прима, Ренет Ландсбергский, Уэлси, Эрлиблейз |
|
II |
6 – 13 |
Голден Граймз, Слава Победителям, Мелба, Старк Эндрю |
|
III |
< 6 |
Белый Налив, Боровинка, Боровинка Сергеева, Квинти, Мантет. Ред Мелба, Рейнджер, Суйслепское, Грив Руж, Память Есаулу |
Таким образом, результаты проведенных исследований обусловливают целесообразность необходимость разработки технологии получения пектина и пектиносодержащих продуктов из изучаемых летних сортов яблок.
Известно, что аналитические характеристики обусловливают основные свойства пектиновых веществ – студне- и комплексообразующую способность, которые определяют применение пектинов в пищевой промышленности для производства лечебно-профилактических продуктов питания с различной консистенцией [7, с. 15-18].
Студнеобразование зависит в большей мере от степени этерификации пектиновой молекулы и содержания функциональных групп – метоксильной и ацетильной составляющих.
Степень этерификации пектина определяет вид студней – с побочной и с основной валентностью. Современные исследования подтверждают, что пектины высокой степени этерификации стабилизируются в геле комбинацией гидрофобных взаимодействий и водородных связей.
Метоксильные эфирные группы являются гидрофобными частями пектиновой молекулы. Гидрофобные силы заставляют их сгруппироваться в агрегаты, причем они стремятся иметь как можно меньшую поверхность контакта с водой. В дополнении к этому водородные связи, например, между неэтерифицированными карбоксильными группами образуются тогда, когда значение рН в геле достаточно низкое и диссоциация карбоксильных групп в значительной степени подавлена [3, с. 219, 4, с. 24, 7, с. 15-18].
Содержание метоксильных групп определяет механизм студнеобразования.
Чем выше степень этерификации, тем выше доля гидрофобных сил в студнеобразовании. При этом доля водородных связей, образующихся по свободным, неэтерифицированным карбоксильным группам, уменьшается.
Кроме того, высокая степень этерификации (больше 50 %) обусловливает увеличение значения рН, температуры и содержания сухих веществ в системе пектин–сахар–кислота, при которых начинается студнеобразование. Продолжительность процесса студнеобразования при этом снижается.
Не менее значимым фактором, оказывающим влияние на процесс студнеобразования, является содержание ацетильных групп. При их увеличении в пектиновой молекуле студнеобразование ухудшается.
С учетом данных закономерностей нами проведены исследования по определению содержания метоксильной (-ОСН3) и ацетильной (СН3СО-) составляющих в исследуемых сортах яблок – летних и осенних. В качестве основного метода определения данных аналитических характеристик пектина нами выбран метод кондуктометрического титрования (метод титрования при котором точку эквивалентности фиксируют по резкому изменению электропроводности исследуемого раствора).
Анализ полученных данных показал, что наибольшее содержание метоксильной составляющей наблюдается у летних сортов яблок – сорта Суйслепское (13,8 %), осенних – сорта Эрлиблэйз (7,7 %). Наименьшее – у сортов Мелба (5 %) и Валентин (1,1 %). По содержанию ацетильной составляющей изучаемые сорта яблок практически не отличаются. Численное значение количества ацетильных групп колеблется для обеих групп в пределах 0,30 до 0,61 %. При этом пектиновые вещества изучаемых летних сортов яблок содержат данных групп больше, чем осенние. Такое содержание ацетильной составляющей приводит к снижению прочности студня. Это, в свою очередь, позволяет сделать вывод о более низкой студнеобразующей способности пектиновых веществ летних сортов яблок в сравнении с осенними, что согласуется с литературными данными. Однако, экспериментальные данные доказывают возможность применения пектинов летних сортов в качестве студнеобразователя, поскольку по численному значению студнеобразующая способность соответствует установленным требованиям [3, с. 219, 4, с. 24, 5, с. 121].
Одним из важнейших свойств пектиновых веществ является их комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов. Это свойство дает основание рекомендовать пектин для включения в рацион питания лиц, находящихся в среде, загрязненной радионуклидами и имеющих контакт с тяжелыми металлами.
Комплексообразующие свойства пектиновых веществ зависят от содержания свободных карбоксильных групп, т. е. степени этерификации карбоксильных групп метанолом.
Анализ экспериментальных данных о содержании свободных карбоксильных групп и степени этерификации для исследуемых сортов яблок показал, что содержание свободных карбоксильных групп выше в пектинах осенних сортов яблок. При этом наибольшее количество – в сортах Валентин и Голден Граймз (4 %), наименьшее – Пармен зимний золотой, Прима, Ренет Ландсбергский и Эрлиблэйз (2 %). В остальных сортах содержание свободных карбоксильных групп составляет около 3 % [2, с. 296, 3, с. 119].
Пектины летних сортов яблок имеют практически одинаковое содержание свободных карбоксильных групп (1 %). Исключение составляет Мелба, что, вероятно, связано с биохимическими особенностями данного сорта. По степени этерификации практически все пектины изучаемых сортов следует отнести к высокоэтерифицированным (рисунок 1, 2).
Рисунок 1 – Степень этерификации пектиновых веществ
исследуемых летних сортов яблок, %
Рисунок 2 – Степень этерификации пектиновых веществ
исследуемых осенних сортов яблок, %
Из данных видно, что степень этерификации пектиновых веществ летних сортов яблок выше, чем осенних. Это согласуется с данными о содержании свободных карбоксильных групп.
Полученные экспериментальные данные об аналитических характеристиках исследуемых пектинов позволяют охарактеризовать их как пектиновые вещества с показателями, соответствующими требованиям пищевой промышленности.
Для организации производства функциональных пектиносодержащих продуктов питания не менее важным является такой показатель, как содержание чистого пектина в товарном порошке.
Нами проведены дополнительные исследования по определению количественного значения данного показателя в пектинах исследуемых сортов яблок
Содержание чистого пектина в выжимках летних сортов яблок колеблется в пределах 39–59 %. Высокое содержание чистого пектина наблюдается в выжимках яблок Ред Мелба, что, вероятно, следует объяснить биохимическими особенностями данного сорта.
Содержание чистого пектина в выжимках осенних сортов яблок изменяется от 45 до 65 %, что несколько выше в сравнении с летними.
Однако, существенных отличий не наблюдается. Это дает основание для вывода о том, что выжимки летних сортов яблок по содержанию и аналитическим характеристикам пектиновых веществ практически не уступают осенним сортам.
Таким образом, результаты проведенных нами исследований дают основание для вывода о том, что изученное отечественное яблочное сырье, а именно, выжимки летних и осенних сортов яблок, следует рекомендовать в качестве промышленного источника пектиновых веществ.
Литература:
1. Влащик Л.Г. Пектиносодержащее сырье для функциональных напитков / Политематический сетевой электронный журнал Кубанского ГАУ. 2007. № 32 С. 136–146.
2. Донченко Л.В. Надыкта В.Д. Продукты питания в отечественной и зарубежной истории: учебное пособие – М.: ДеЛи принт, 2006. – 296 с.
3. Красноселова Е.А. Разработка технологии комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения // дис…канд. техн. наук. – Краснодар, 2007. – 119 с.
4. Красноселова Е.А. Разработка технологии комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения // автореферат дис…канд. техн. наук. по специальности 05.18.01 – Краснодар, 2007. – 24 с.
5. Красноселова Е.А. Технология комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением продуктов функционального назначения: монография. – Краснодар: КубГАУ, 2010. – 121 с.
6. Красноселова Е.А., Донченко Л.В. Изучение фракционного состава пектиновых веществ яблочного сырья / Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 4-2 (23). С. 39–41.
7. Свойства и строение галактуроновой кислоты в технологии производства пектинов / Дегтярев Л.С., Купчик М.П., Донченко Л.В., Богданова О.В. // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2002. № 4. С. 15–18.
8. Способ получения пищевого пектинового экстракта. // Родионова Л.Я., Степовой А.В., Соболь И.В., Белогорец А.Н. – патент на изобретение RUS 2471367 25.05.2011
