Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Информационно-аналитический обзор литературы 6
1.1. Общие сведения о пищевых красителях, их классификация и характеристика 6
1.2. Факторы, определяющие формирование цвета антоцианов в растениях и натуральных красителях 15
1.3. Характеристика аронии как источника сырья для получения антоцианового красителя 19
1.4. Особенности технологии антоциановых пищевых красителей 22
1.5. Принципы сохранения растительного сырья с использованием холода 28
1.6. Выводы по литературному обзору 33
ГЛАВА 2. Организация экспериментальных исследований 35
2.1. Объекты исследований 35
2.2. Схема проведения экспериментальных исследований 35
2.3. Методы исследований 37
2.3.1. Определение общего содержания фенольных соединений, флавонолов, антоцианов и лейкоантоцианов в ягодах аронии 38
2.3.2. Определение содержания танино-катехинового комплекса (ИСК) 40
2.3.3. Определение активности полифенолоксидазы и пероксидазы... 40
2.3.4. Определение степени повреждения клеток 40
2.3.5. Определение содержания витаминов 40
2.3.6. Определение содержания макроэлементов 41
2.3.7. Математическая обработка результатов экспериментальных исследований 41
ГЛАВА 3. Разработка технологии замораживания и холодильного хранения ягод аронии 42
3.1. Влияние замораживания на химический состав ягод аронии и ее компонентов 42
3.2. Кинетика процесса замораживания аронии черноплодной 47
3.3. Изменение химического состава компонентов ягоды аронии при холодильном хранении 50
ГЛАВА 4. Разработка технологии пищевых красителей из аронии 63
4.1. Влияние методов предварительной обработки сырья на выход сока и содержание в нем красящих веществ 63
4.2. Исследование влияния продолжительности экстракции измельченных ягод аронии на выход красящих веществ 78
4.3. Исследование процесса концентрирования сока аронии путем его вакуумирования . 86
4.4. Технологическая схема получения концентрата пищевого красителя из аронии черноплодной 95
4.5. Изменение химических и микробиологических показателей красителей из аронии в процессе хранения 99
ГЛАВА 5. Применение натуральных красителей для окрашивания продуктов питания 105
5.1. Влияние натуральных и синтетических красителей на органолептические показатели сливочного крема и его стойкость при хранении ,106
5.2. Изменение химического состава напитков из молочной сыворотки при внесении натуральных красителей 111
Выводы 119
Список используемой литературы .121
Приложение
- Характеристика аронии как источника сырья для получения антоцианового красителя
- Определение общего содержания фенольных соединений, флавонолов, антоцианов и лейкоантоцианов в ягодах аронии
- Изменение химического состава компонентов ягоды аронии при холодильном хранении
- Исследование влияния продолжительности экстракции измельченных ягод аронии на выход красящих веществ
Введение к работе
Актуальность проблемы. Качество пищевых продуктов в значительной мере связано с их оценкой по вкусу, запаху и цвету. Для сохранения, улучшения или придания продуктам питания определенного цвета и внешнего вида используют пищевые красители.
Издавна для окрашивания пищевых продуктов применяли натуральные растительные пигменты, но в дальнейшем с развитием органической химии естественные пищевые красители в значительной мере уступили место синтетическим [169]. Это связано с их более высокой красящей способностью и сравнительно низкой стоимостью. Однако уже появились доказательства вредного, канцерогенного влияния некоторых искусственных красителей на организм человека. Список допускаемых к применению в пищевой промышленности синтетических красителей с каждым годом сокращается и в настоящее время намечается тенденция замены синтетических красителей естественными.
Природные красящие вещества плодов, ягод, овощей обладают широким спектром окраски - от оранжевой до синей. Кроме того, натуральные пищевые красители содержат в своем составе целый ряд биологически активных компонентов: витамины, гликозиды, органические кислоты, ароматические вещества, антиоксиданты, микроэлементы. Введение таких компонентов в продукты питания обеспечивает не только необходимую окраску, но и способствует обогащению продуктов важными нутриентами и сохранению их качества. Все вышесказанное свидетельствует в пользу применения натуральных красителей в технологии продуктов питания [178].
Проблема изучения и получения новых пищевых красителей весьма актуальна. Тем не менее, выработка натуральных красителей ограничена как в масштабах, так и в ассортименте, и потребность в них до настоящего времени покрывается за счет синтетических красителей. Информационные изыскания позволили сделать вывод, что разработанные технологии
5 натуральных пищевых красителей из отходов виноделия, сокового и
консервного производств (выжимок) характеризуются трудоемкостью,
использованием дефицитных экстрагентов, длительностью процесса. В
связи с этим, на данный момент существует необходимость в разработке
научно-обоснованной эффективной технологии натуральных пищевых
красителей из растительного сырья.
Анализ рынка растительного антоциансодержащего сырья показал,
что на Северо-западе достаточно дешевой и урожайной культурой является
арония, которая и была выбрана в данной работе в качестве объекта
исследования и научно-технологической разработки.
Характеристика аронии как источника сырья для получения антоцианового красителя
Арония черноплодная (Aronia melanocarpa), известная в популярной литературе под названием рябина черноплодная, в последнее время получила довольно широкое распространение. Арония ценится в первую очередь как плодово-лекарственное растение. Черноплодная рябина - выходец из восточной части Северной Америки. В СССР введена в культуру И,В. Мичуриным, который рекомендовал это растение для северного садоводства [146].
Рябина черноплодная за последние десять лет получила большое распространение в Российской Федерации и районирована в 13 краях и областях [110].
Столь серьезное внимание к этой культуре обусловлено ее ценными пищевыми и лечебными свойствами. Наряду с этим, она легко размножается семенами, отличается ежегодными высокими урожаями, высокой экономической рентабельностью. Арония обладает большой экологической приспособляемостью и произрастает в самых разнообразных условиях [39, 41, 42,43,20, 118, 145,162].
В Ленинградской области под посадками черноплодной рябины занято 79 га, а урожайность составляет 2,5...10 кг с куста [113, 162]. Плоды черноплодной рябины используются при производстве варенья, сока и ягод, протертых с сахаром [108, 153]. Плоды аронии богаты биологически активными веществами [146, 73, 163, 171]. Среди них особо следует отметить природные Р-активные витаминные вещества - флавоноиды (катехины, антоцианы, лейкоантоцианы, флавонолы и другие полифенольные соединения). Основными источниками витаминов группы Р в питании человека являются черника, смородина, вишня, клюква, рябина, арония и др. По содержанию Р-активных веществ арония превосходит не только большинство видов, форм и сортов рябины, но и большинство ягод дикорастущих растений. Количество красящих веществ в ее зрелых плодах достигает 3,5...5$%. В них накапливается также до 0,4...2% катехинов, придающих плодам терпкость. Из группы полифенолов арония содержит флавонолы (0,15...0,3%) и их производные (эриодиктиол, рутин, кверцетин) хлорогеновую и другие оксикоричные кислоты (0,2...0,25%) [136, 138, 166]. Антоцианы плодов аронии, в основном, представлены цианидином -(З З -пентаоксифлавилием и его гликозидированными формами -цианидин-3 -глюкозидом и цианидин-3 -диглюкозидом. Имеются также данные о наличии в плодах цианидин-З -галактозида и следов дельфинидина. Из лейкоантоцианов в плодах аронии находится главным образом лейкоцианидин. Из катехинов - (-) - эпикатехин, (+) - катехин и в небольших количествах галлокатехин. Флавонолы плодов аронии представлены кверцетином и отчасти кемпферолом и изорамнетином, а также их гликозидированными формами, главным образом кверцетин-3-глюкозидом [199]. Для плодов аронии характерно довольно высокое содержание хлорогеновых и других фенолкарбоновых кислот. Эти кислоты начали привлекать к себе особое внимание, так как в последнее время стало известно о том, что им свойственно желчегонное, мочегонное и отчасти капилляроукрепляющее действие. Арония накапливает в плодах довольно значительные количества каротиноидов, среди которых идентифицированы а-каротин, р-каротин, ксантофилл и тараксантин [151, 153,154]. Благодаря высокому содержанию Р-активных полифенолов консервы и другие пищевые продукты, приготовленные из плодов аронии, представляют большую ценность в лечебном питании и профилактике гипертонической болезни, атеросклероза, геморрагических диатезов, капилляротоксикозов, лучевой болезни и ряда других патологических состояний, сопровождающихся повышенной проницаемостью и хрупкостью капилляров. Оксикоричные кислоты, содержащиеся в аронии в значительных количествах, обладают положительно направленным действием на функцию печени, желчных путей и почек [22, 112,136, 153]. В табл. 1.3. представлены данные содержания биологически активных веществ некоторых сортов красной рябины и аронии. Как видно из таблицы 1.З., по содержанию ряда витаминов можно найти сорта рябин, превосходящих аронию. Аскорбиновой кислоты в ягодах аронии разных сортов немного и составляет от 10 до 28 мг на 100 г сырой массы плодов. У ряда рябин содержание аскорбиновой кислоты может достигать 80... 120 мг%. Однако по количественному содержанию Р-активных веществ арония существенно превосходит указанные сорта рябин [2, 137]. В плодах аронии накапливается значительное количество сахара - до 8...10% от сырой массы. Сахара в основном представлены фруктозой и глюкозой. Из органических кислот присутствуют лимонная, яблочная, янтарная, хинная и хлорогеновая. Общая кислотность составляет 0,70 ...1,87% [41, 43]. 22 Важную роль в организме человека играют микроэлементы, выполняющие ферментативные, лечебные и профилактические функции. Плоды аронии черноплодной содержат в мг/100 г на сухое вещество: фосфора 77,9...93,1; железа - 4,08...7,58; меди - 0,81.-2,97; магния - 3,56; марганца 1,87...9,68; кобальта - 0,06...0,11; молибдена - 0,32...1,88, бора - 0,15... 0,71, отмечено также наличие кобальта [2, 144, 146]. Установлено, что лишь Лгопга melanokarpa способна накапливать значительные количества йода, составляющее от 20 до 40 мкг на 100 г сухой массы плодов, в то время, как в плодах рябины лесной, гранатной и моравской содержание йода не превышало 10...16 мкг. По содержанию йода арония близка к плодам фейхоа, произрастающим на Черноморском побережье и знаменитым как концентрат йода. Плоды фейхоа из Батумского ботанического сада содержат от 30 до 36 мкг% йода на сухую мякоть [145]. Как следует из вышесказанного, арония является не только источником антоцианов - растительных пигментов, но и целого ряда веществ, обладающих лечебным и профилактическим эффектом - витаминов, Р-активных полифенолов, микро- и макроэлементов, органических кислот и пектиновых веществ. Существующие технологии получения антоциановых красителей основаны на свойствах антоцианов: хорошая растворимость в воде, спирте и спиртовых растворах, взаимодействие с металлами, способность к метилированию и др. В современных технологиях в основном красители получают из отходов сокового производства, путем экстракции жома различными растворителями (подкисленная вода, спиртовые растворы) и затем полученный экстракт вакуумируют [88]. Второй способ получения концентрата красителя без применения тепловой обработки - использование комплексообразования антоцианов с металлами.
Определение общего содержания фенольных соединений, флавонолов, антоцианов и лейкоантоцианов в ягодах аронии
Для длительного сохранения качества растительной продукции применяют различные способы холодильной обработки: - быстрое замораживание до температуры -18...-25вС и хранение при этой температуре; - хранение при низких положительных температурах (от 0 до 4...6С); - хранение при близкриоскопических температурах [46, 47, 123, 142]. Для создания условий бесперебойного снабжения сырьем предприятий, производящих натуральные красители на основе антоциансодержащего сырья, была разработана технология холодильного хранения аронии черноплодной в зависимости от сроков ее реализации: с сентября по январь ягоды аронии следует хранить в нативном состоянии при температуре 2...4С и относительной влажности воздуха 85...90%, а с января по сентябрь - в замороженном состоянии при температуре -18С. Рядом исследователей отмечено, что при быстром замораживании ягод аронии и непродолжительном хранении (несколько дней) в них происходят значительные потери веществ фенольной природы (антоцианов, катехинов, лейкоантоцианов), что приводит к существенному снижению красящих веществ [48, 138]. Вместе с тем, в литературных источниках отсутствуют рекомендации по технологическим режимам замораживания ягод, снижающим влияние этих факторов на выход красящих веществ [53]. В данной работе проведены исследования по замораживанию ягод аронии с различной скоростью до конечной среднеобъемной температуры - 18С и хранению в замороженном состоянии в течение 7 месяцев при указанной температуре с целью получения из них сока и определения в нем содержания красящих веществ. Первую партию ягод (образец 1) замораживали в скороморозильном аппарате с направленным псевдоожиженным слоем (СМАНПС) при температуре -32...-35С и скорости движения воздуха 2...4 м/с (быстрый способ замораживания). Вторую партию ягод (образец 2) замораживали в морозильном шкафу с естественной циркуляцией воздуха при температуре - 18С (медленный способ замораживания). После замораживания ягоды упаковывали в пакеты по 1 кг и хранили при температуре - 18С. Результаты исследований показали, что сразу после замораживания происходило значительное снижение содержания антоцианов в 1 и 2 образцах ягод соответственно на 15,4 и 22,8% по сравнению с содержанием их в свежих ягодах. Через 3 месяца хранения снижение содержания антоцианов составило для образца 1 - 15%, а для образца 2 - 35,5%. К концу срока хранения потери красящих веществ составили для быстро замороженной ягоды 43%, а для медленно замороженной - 89,3% (рис.3.1). Изменение содержания флавонолов, лейкоантоцианов, танино катехинового комплекса в замороженных ягодах аронии в процессе хранения представлено в табл.3.1. Снижение содержания фенольных веществ в замороженной ягоде можно объяснить тем, что после замораживания происходит окисление и конденсация антоцианов, флавонолов, танинов и катехинов неферментативным путем, а также под действием ряда окислительных ферментов (полифенолоксидазы, пероксидаз, антоцианазы и др.) [6, 46, 142]. Вероятные пути окисления фенольных веществ представлены на схемах 1, 2, 3. Количество лейкоантоцианов в быстрозамороженных ягодах аронии (образец 1) в процессе хранения снизилось на 15%, а в медленно замороженных ягодах (образец 2) - на 40%; количество флавонолов в образцах 1 и 2 уменьшилось на 16% и 35% соответственно. Наибольшие изменения произошли в содержании танино-катехинового комплекса: его количество снизилось на 22% и 48% в образцах ягод 1 и 2. Анализ данных табл. 3.1 и рис. 3.1 позволил сделать вывод, что после 7 месяцев холодильного хранения содержание фенольных соединений в быстрозамороженных ягодах аронии снизилось в 2...2,5 раза меньше, чем в ягодах, замороженных медленным способом. С технологической точки зрения целесообразно было определить изменение титруемой кислотности и содержания моно- и дисахаридов в процессе хранения замороженной ягоды аронии, так как от количества Сахаров зависит сохранность красителя, а от значения титруемой кислотности сока — количество добавляемой в краситель лимонной кислоты. Сравнительные результаты проведенных исследований приведены в табл.3.2. В замороженной ягоде аронии в процессе хранения титруемая кислотность увеличилась в среднем на 0,07% для обоих образцов ягод. Увеличение количества органических кислот связано, по всей вероятности, с распадом моносахаридов [17,56,63]. Результаты, приведенные в таблице 3.2, позволили заключить, что чем выше скорость замораживания ягод аронии, тем меньше потери моносахаридов (10% в первом случае и 19% - во втором). Такое различие в снижении количества моносахаридов в образцах ягод 1 и 2 можно, по-видимому, объяснить действием гликолитических ферментов, которые в процессе медленного замораживания не сразу теряют свою активность [56, 117, 138]. Сразу после замораживания в образцах ягод 1 и 2 влагоотдача увеличилась на 12 и 18% соответственно, по сравнению с таковой у свежей ягоды. Следовательно, медленное замораживание ягод аронии приводило к существенному увеличению выхода сока (на 6% по сравнению с быстрозамороженным объектом). К концу хранения влагоотдача у замороженных разными способами ягод увеличивалась в среднем на 5...6% по « сравнению с первоначальным значением. Механизм повреждающего действия быстрого и медленного замораживании на клетки растительных объектов подробно рассмотрен в главе 1. Однако, как уже было отмечено выше (согласно данным рис. 3.1), содержание антоцианов в соке сразу после замораживания в быстрозамороженной ягоде было на 12..15% выше, чем в ягоде, замороженной медленно, в связи с чем коэффициент выхода антоцианов из быстрозамороженной ягоды на 8..10% превысил этот показатель, полученный для медленно замороженной ягоды. Таким, образом для повышения выхода сока и красящих веществ, а также для обеспечения длительного хранения ягод аронии без значительных потерь фенольных веществ необходимо использовать быстрое замораживание ягод аронии.
С целью получения качественного замороженного продукта необходимо знать продолжительность его замораживания, которое различно для разных продуктов. Знание времени замораживания позволяет избежать лишних производственных затрат, повысить производительность скороморозильного аппарата и, следовательно, снизить себестоимость продукции.
Для определения продолжительности замораживания объекта какой-либо формы в холодильной технологии наибольшее распространение получила классическая формула Стефана, используемая для тел простой формы (шар, бесконечный цилиндр, бесконечная пластина) [83, 84]. Ягоды аронии имеют форму шара, поэтому расчет был произволен по формулам для сферических тел.
Изменение химического состава компонентов ягоды аронии при холодильном хранении
Одной из основных задач при получении пищевых красителей из антоциансодержащего сырья является повышение сокоотдачи и извлечение максимального количества красящих веществ. Решение этой проблемы связано с эффективностью технологического воздействия на растительную ткань с целью повреждения цитоплазменных оболочек клеток. Для этого применяют следующие методы предварительной обработки растительного сырья: механическое воздействие, замораживание, ферментативную и тепловую обработку и др.
Механическое воздействие. В соответствии с биомембранной теорией сокоотдачи, предложенной Б.Л. Флауменбаумом [141], способность плодовой ткани к выделению сока (сокоотдача) зависит от устойчивости цитоплазматических мембран к механическим воздействиям, их вязкости и эластичности. Следует учитывать также и цитолого-анатомические особенности структуры растительной ткани. К ним относятся: доля цитоплазмы в клетках, толщина клеточных стенок и количество так называемых проводящих пучков. Они влияют на способность плодовых клеток поддаваться механическому измельчению.
Для оценки степени повреждения цитоплазматических мембран клеток используют показатель ионной клеточной проницаемости — К„ — величину, обратную электрическому сопротивлению и равную 1/RX 107, и показатель клеточной проницаемости для не электролитов - d3o, представляющий собой отношение содержания сухих веществ в водном настое навески сырья к тому содержанию сухих веществ, которое должно наступить при полном диффузионном равновесии. По показателям клеточной проницаемости Кп и d3o растительное сырье можно распределить на три группы (табл. 4.1)
Исследования Т.В. Качуровской и Л.В. Никитенко [141], показали, что более высокой устойчивостью к механическому воздействию обладают плоды и ткани, имеющие более толстые клеточные стенки, большую долю цитоплазмы в клетке и большее количество проводящих пучков (сосудистых элементов). Эти элементы растительной ткани утолщены и лигнифицированы, что снижает технологический эффект механического воздействия. Некоторое влияние на устойчивость цитоплазмы к механическим воздействиям оказывают также массовые доли пектиновых веществ и кальция в составе растительного сырья. Так, в зольных элементах пектиновых веществ трудно прессуемого сырья кальция в 1,5 - 2,5 раза больше, чем в плодах, легко отдающих сок после механического измельчения. Кальций, по-видимому, придает прочность молекуле пектина и устойчивость плодовой ткани к внешним воздействиям повышается. Ягоды черноплодной рябины относятся к трудно прессуемому сырью, так как помимо значительного содержания пектинов (от 0,5 до 2,5%) и кальция, растительные клетки черноплодной рябины имеют толстые клеточные стенки [76].
Замораживание. Известно, что при замораживании растительной ткани цитоплазматические мембраны клеток разрушаются. Образующийся при замораживании лед повреждает не только мембрану, но и разрывает клеточные оболочки, обусловливающие форму клетки. Пока сырье находится в замерзшем, твердом состоянии, этого не видно. Но после оттаивания, особенно нежных видов растительного сырья, они теряют форму, размягчаются и из них самопроизвольно вытекает большое количество сока. Особенно резкие изменения в структуре растительной ткани происходят при медленном замораживании, при котором в тканях образуется относительно небольшое количество крупных кристаллов льда, повреждающих своими острыми гранями клеточную оболочку. При быстром замораживании образуется множество мелких кристаллов льда, и клеточная оболочка повреждается ими значительно меньше. Изменение структуры клеток под воздействием медленного замораживания может быть связано также с токсическим действием сгущающихся растворов (клеточной влаги). Концентрация находящихся в диссоциированном состоянии солей и кислот вызывает коагуляцию или денатурирование белков [6]. При отогревании замерзшей ткани показатели клеточной проницаемости КП и с-зо резко возрастают и быстро достигают высоких значений, что способствует интенсификации диффузионных процессов при выщелачивании сырья холодной водой. Коэффициент эффективности замораживания - Кэ.з (отношение d3o замороженного сырья к d3o свежего сырья) - находится в пределах 2...3 [141].
Ферментативная обработка. Наличие пектиновых соединений препятствует отделению сока из плодов. Положительный технологический эффект пектолитических ферментных препаратов основан» с одной стороны, на наличии в этих препаратах токсичных веществ нефементативной природы, с другой стороны, эти ферменты, расщепляя протопектин, ослабляют защитное действие клеток на цитоплазменные оболочки.
Выпускаемые в настоящее время пектолитические препараты обычно являются полиферментами и их ферментный состав в количественном и качественном отношении зависит от продуцента (микроорганизма) и условий получения. По этой причине для каждого препарата необходимо предварительно установить оптимальные условия его использования для данного сырья. Перед обработкой ферментами рекомендуется бланшировать темноокрашенные плоды и ягоды. Фермент добавляют сразу после измельчения сырья [141]. Ферментация обычно проходит эффективнее при температуре 35...45С в течение 1-3 часов.
Установлено также, что ткань различных плодов неодинаково поддается воздействию ферментных вытяжек. Менее устойчивой является ткань моркови и абрикосов, более устойчивой — яблок и слив.
Поскольку ферментные препараты имеют довольно высокую стоимость, в данной работе они не были использованы. Кроме того, использование некоторых пектолитических ферментов приводит к разрушению антоцианов [3, 119]. Это связано с тем, что дубильные вещества плодов и ягод отрицательно влияют на пекто лити чески е ферменты и сами изменяются под их действием [141]. Ингибируюший эффект на них оказывают лимонная кислота и окисленные лейкоантоцианы и катехины, которые образуются в большом количестве при механическом измельчении ягод аронии.
Тепловая обработка. Предварительной тепловой обработкой сырья принято называть кратковременное (5-15 мин) воздействие на сырье горячей воды (80...100вС), пара или горячего растительного масла. Обработку сырья горячей водой или паром называют бланшированием [119, 141].
В различных технологических процессах предварительная тепловая обработка сырья преследует следующие цели: изменить объем сырья, размягчить его, увеличить показатель клеточной проницаемости, инактивировать ферменты, гидролизовать протопектин, удалить из растительной ткани воздух и т. д. В случаях, когда необходимо получить большой выход сока, необходимо увеличить клеточную проницаемость, так как цитоплазматические мембраны ягодных клеток тормозят протекание технологических процессов. Именно эти полупроницаемые мембраны являются препятствием при извлечении плодовых и ягодных соков прессованием. Одним из наиболее эффективных технологических приемов, позволяющих максимально разрушить цитоплазматические мембраны плодов и ягод, является бланширование, продолжительность которого зависит от температуры греющей среды [16, 38, 117], При этом необходимо иметь в виду, что чем выше температура бланширования, тем меньше необходимое время тепловой обработки. Однако, температура бланширования не должна быть выше 85 С, поскольку при более высоких температурах воды или пара происходит окисление термолабильных антоцианов [123, 132].
Исследование влияния продолжительности экстракции измельченных ягод аронии на выход красящих веществ
Технология получения антоциановых красителей включает два основных процесса: извлечение красящих веществ путем экстракции и приготовление концентрированного красителя, стабильного при хранении и пригодного для непосредственного внесения в пищевые продукты.
Эффективность экстрагирования в значительной степени зависит от способа подготовки сырья к этому процессу. К нему, кроме дробления и гранулирования, относятся ультразвуковая обработка сырья, воздействие электрическим током или ионизирующим излучением, действие высоких или низких температур, вибрация и др. [29, 96, 79, 80, 90, 152, 153]. На скорость и полноту извлечения веществ влияют размер частиц сырья, его влажность, состояние коллоидов, вид экстрагента и его свойства, температура экстракции, соотношение сырья и экстрагента и т.д.
С целью интенсификации процесса экстракции часто проводят тепловую обработку измельченного сырья до температуры не более 70...80 С. С дальнейшим повышением температуры прямо пропорционально усиливается деструкция антоцианидина и других красящих веществ [191]. Сведения о влиянии температуры экстрагирования на выход красящих веществ из жома черноплодной рябины свидетельствуют об отрицательном воздействии повышенных температур на выход леикоантоцианов и антоцианов. Выдерживание измельченного антоциансодержащего сырья (при комнатной температуре) с экстрагентом приводило к получению вытяжки с более высоким содержанием красящих веществ по сравнению с опытом, проводимым при температуре 60С [ 146, 147]. Применение нагревания мезги увеличивает энергетические затраты и изменяет состав продукта (происходит сильное уменьшение мономерных форм катехинов и леикоантоцианов) [121]. В связи с этим возникло предположение, что перед отжимом сока необходимо измельченные ягоды аронии выдержать некоторое время при комнатной температуре для того, чтобы произошел процесс экстракции антоцианов из жома в сок. После отжима сока побочным продуктом переработки ягоды является жом аронии. Его количество составляет примерно 35...45% от массы ягод.. Результаты определения остаточного количества антоцианов в жоме показали, что, несмотря на использование бланширования и увеличения степени измельчения ягод аронии, содержание красящих веществ в нем оставалось довольно высоким (рис. 4.7). Поскольку в жоме остается достаточное количество красящих веществ, то необходимость экстракции становится очевидной. Наименьшее количество красящих веществ - 5100...5200 мг/100 г обнаружено в жоме, полученном из бланшированных ягод, измельченных с использованием решетки, с диаметром отверстий 2 мм. С увеличением диаметра отверстий решетки до 8 мм содержание красящих веществ в жоме существенно возрастало и составило для свежих ягод 7800...7850, а для бланшированных - 7250...7300 мг/100 г. Эти результаты хорошо согласуются с литературными данными: по мере уменьшения размера экстрагируемых частиц увеличивается выход основного компонента (антоцианов) [54, 152, 153]. Отсюда следует, что наиболее целесообразной является степень измельчения ягод до 0,5...1,5 мм, т.е. размер частиц, достигаемый при использовании решетки с диаметром отверстий 2 мм. С этой целью ягодную мезгу выдерживали при температуре 20...22С в закрытой таре и через определенные промежутки времени определяли количество антоцианов в соке после отжима. Влияние времени выдерживания на количество извлекаемых при отжиме антоцианов, определенное экспериментальным и расчетным путем (по формуле 2) представлено на рис.4.8. Процесс экстракции протекал наиболее активно в течение 60 мин выдержки; концентрация антоцианов в соке к этому времени достигла максимального значения - 3280 мг/100 см3. Дальнейшая выдержка мезги уже не давало положительного эффекта, так как количество антоцианов в соке быстро уменьшалось, что происходило, по-видимому, из-за окисления антоцианов в измельченной смеси. Отмечена корреляция между расчетными и экспериментальными данными, различие между которыми составила около 6%. В процессе эксперимента проверяли содержание красящих веществ в исследуемой мезге. Результаты влияния времени экстракции на количество антоцианов в мезге представлены на рис.4.9. Количество антоцианов в мезге в течение 60-ти минутной выдержки уменьшалось незначительно, после чего разрушение антоцианов значительно ускорялось. Разрушение антоцианов подчиняется закону первого порядка. Существует линейная зависимость между количеством разрушенных антоцианов, времени воздействия и увеличением температуры среды [121, 131, 132].
Кроме антоцианов, в соке содержатся лейкоантоцианы, играющие важную роль при концентрировании сока и хранении концентрата красителя. Поэтому проводилось исследование по определению количества лейкоантоцианов в соке в процессе экстракции. Установлено, что значительные потери лейкоантоцианов наблюдались сразу после измельчения бланшированных ягод аронии. В ходе выдержки в течение 60 мин их количество практически не изменялось, а после 75 мин экстракции количество их уменьшилось с 510 мг/100 г до 290 мг/100 г.
Изменение коэффициента Ка, полученное экспериментальным и расчетным путем (используя полученные коэффициенты (Ь=2,3 1=0,005 и к=0,0175)) в зависимости от времени выдержки мезги из аронии представлено на рис.4.10.
Обычно в пищевой промышленности используют в качестве экстрагента воду или спирт для извлечения действующих веществ. В этом случае в начале экстрагирования происходит интенсивное увеличение количества переходящего вещества в раствор за счет большой разницы в концентрации. Затем наблюдается его снижение, так как диффузия идет из глубинных труднопроницаемых слоев сырья.
В нашем случае экстрагентом является сок, находящийся в измельченной смеси ягод. Поскольку в начальный момент экстракции разница концентраций антоцианов между соком и жомом небольшая, то диффузия красящих веществ не велика, но по мере проникновения сока во внутренние слои мезги концентрация антоцианов" в -соке значительно » увеличивается! и 3 процессе-выдержки мезги протекают два противоположных процесса: во-первых, происходит насыщение сока антоцианами из измельченной кожицы ягод, а во-вторых, постепенное уменьшение количества антоцианов как в соке, так и в мезге.
