Оценка свекловичного пектина в качестве студнеобразователя

Представлены способы использования свекловичного пектина в качестве студнеобразователя, представлены способы изменения его студнеобразующей способности.

Ключевые слова:свекловичный пектин, степень этерификации, студнеобразующая способность, соли кальция.

В наше время экологическая обстановка оказывает достаточно серьёзное влияние на жизнь человека. К сожалению, данное влияние не всегда является положительным. Все чаще понятие «экологические опасности» играет роль фактора, сокращающего жизнь человека. Современная промышленность является источником таких вредных факторов, как канцерогенные соединения, токсичные металлы, радионуклиды. Следует отметить, что ВОЗ все большее внимание уделяет в программах развития человечества загрязнителям из внешней среды, которые накапливаясь в человеческом организме, оказывают отрицательное влияние на здоровье человека.

Пектиновые вещества, вследствие их способности создавать нерастворимые соединения с тяжелыми металлами и радионуклидами, могут стать незаменимой функциональной добавкой, оказывающей радиопротекторное действие и выводящей тяжелые металлы из организма человека. Поэтому, задача исследования технологических факторов повышающих детоксицирующую и радиопротекторную способность пектинов является весьма актуальной. На наш взгляд, такую задачу можно решить путем расширения ассортимента и объемов производства пищевых продуктов с использованием низкоэтерифицированных пектинов.

Наиболее популярными пищевыми продуктами являются желейные.

Низкоэтерифицированные пектинов позволяют получать устойчивые высококачественные плодовые студни с низкой сахароемкостью. Такая возможность обеспечивается присутствием поливалентных катионов, таких как кальций или магний. При этом такие пектиновые студни имеют свойство высокой реверсивности, то есть они плавятся при определенной температуре в зависимости от количества сахара, кальция и пектина, а при охлаждении опять восстанавливают свою структуру.

Требования к образованию пектиново-кислотных студней с поливалентным ионом, в основном, более жесткие, чем к образованию пектиново-сахаро-кислотных студней.

Физические и химические условия, необходимые для образования пектиново-кальциево-кислотных студней с оптимальной стабильностью, прочностью студня, вкусом и ароматом, должны быть определены для каждого пищевого продукта.

Факторами, влияющими на свойства низкоэтерифицированных пектиновых студней, являются рН, концентрация поливалентного иона, содержание растворимых сухих веществ и пектина.

Влияние каждого из этих факторов на свойства студня является функцией трех других факторов.

Студнеобразующая способность пектина находится в зависимости от молекулярного веса пектина и от растворимости его в условиях получения студня. Поэтому повышение или понижение растворимости пектина в воде путем введения в систему небольших количеств катионов металлов может дать положительный эффект в улучшении студнеобразующей способности.

Прочность студней при введении в систему небольших количеств солей превышается или сохраняется на прежнем уровне, а при введении больших количеств снижается.

Анализ литературных данных показал, что при образовании студней низкоэтерифицированными пектинами характерны следующие закономерности;

1.    Студень с низким содержанием сахара или без сахара может быть получен с помощью пектина, имеющего низкую молекулярную массу, в присутствии соли кальция или магния.

2.    Определенное значение рН не является существенным для образования студня с низким содержанием сахара, но скорость желирования и структура студня изменяются с изменением рН.

Для получения максимально прочного геля пектин необходимо предварительно растворить в водном растворе, куда затем добавляют соль кальция.

Достичь этого при обычных условиях производства кондитерских желейных масс очень трудно [1, c.16]. С тем, чтобы избежать трудностей, связанных с растворением пектина, необходимо выбирать медленно растворимые соли кальция, которые будут постепенно освобождать ионы кальция в течение всего технологического процесса. Фосфаты или сульфаты кальция являются подходящими добавками для производства кондитерских желейных масс из пектинов со слабыми студнеобразующими свойствами. К таким пектинам относят свекловичный.

Следует, однако, учитывать, что при введении в раствор ионов кальция сразу же начинается образование внутримолекулярных и межмолекулярных поперечных связей. С возрастанием концентрации этих ионов со временем увеличивается и число поперечных связей, в результате повышается молекулярная масса [2, c.15].

При достаточно высокой концентрации пектина возникают межмолекулярные поперечные связи. Этих связей тем больше, чем выше концентрация ионов кальция. Молекулярная масса возрастает, а ширина участков, где образуются межмолекулярные и внутримолекулярные поперечные связи, уменьшается по сравнению с исходными молекулами. Это связано также с некоторым «сжатием» молекул по сравнению с исходными (из-за возникновения поперечных связей в присутствии ионов кальция). Кроме того, сразу же после добавления ионов кальция молекулярная масса начинает возрастать за счет образования поперечных межмолекулярных связей, одновременно возрастают размеры молекул в длину и ширину.

Для оценки студнеобразующей способности свекловичного пектина со степенью этерификации 35,3% нами на атомно-абсорбционном спектрометре были проанализированы пробы пектина, подготовленного разными способами по содержанию солей кальция [3, c.161]. Данные эксперимента занесены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание кальция в свекловичном пектине со степенью этерификации 35,3%, подготовленного различными способами

Из приведенной таблицы видно, что для анализа на содержание кальция в пектине можно использовать следующие способы подготовки пробы: сухое озоление с последующим растворением в соляной кислоте; обугливание серной кислотой с последующим озолением и растворением в серной кислоте; мокрое озоление (минерализация) в хлористоводородной, азотной и серной кислотах, а также кислотная экстракция. Приготовление пробы мокрым озолением в азотной и хлористоводородной кислотах позволяет максимально выявить содержание кальция в пектине, а также является экспрессным методом. Именно этот метод приготовления пробы и выбран нами для дальнейших исследований [4, c.141].

Нами проведены исследования по получению пектина с различным содержанием кальция.

Для этого экстракт свекловичного пектина, полученный при оптимальных технологических параметрах был разлит в II стаканов объемом 200 мл по 100 мл экстракта в каждый. В 10 из 11 стаканов ввели 0,2; 0,4 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 мл раствора хлорида кальция с концентрацией кальция в нем 1 г/л. Кальций вводился при температуре экстракта 30^оС. Экстракт выдерживали 20 минут, а затем осаждали из него пектин спиртом.

Полученный таким образом пектин был проанализирован методом атомно-абсорбционной спектроскопии на содержание кальция в нем.

Оценку студнеобразующей способности методом Сосновского проводили для образцов пектина со следующим содержанием кальция: 0,65; 0,68; 0,73; 0,83; 1,05; 1,26 % кальция.

Известно, что высокое качество (высокая прочность) пектинового студня зависит от поддержания правильной сбалансированности четырех факторов: сахара, пектина, содержания кислоты и влаги, а для низкометоксилированного пектина количества ионов кальция, и никакие другие добавки существенно не влияют на прочность [5, c. 4].

Поэтому для исследования влияния содержания ионов кальция в пектине на возможное снижение количества сахаров в студне, были подобраны оптимальные условия, при которых количественно изменяется только лишь соотношение пектина и сахара, а другие соотношения: пектин-вода; пектин-кислота остаются постоянными. Для этого приготавливали пектиновые растворы, в которых на 2 г пектина приходилось 65 г сахара, 45 г и 30 г и уваривали до постоянной массы выпаренной воды. По рефрактометру определяли содержание сухих веществ в данных смесях.

Количество сухих веществ составило:

·      на 2 г пектина и 65 г сахара – 69% сухих веществ;

·      на 2 г пектина и 45 г сахара – 63 % сухих веществ;

·      на 2 г пектина и 30 г сахара – 55% сухих веществ.

Экспериментальные данные для определения зависимости прочности пектинового студня с пониженным содержанием сахара, то есть на 2 г пектина – 45 г сахара и на 2 г пектина – 30 г сахара (вода и лимонная кислота остаются без изменения) от процентного содержания кальция в пектине представлены в табл. 28.

Графики зависимости прочности студня от содержания кальция в пектине представлены на рис. 1.

Как видно из рисунка, при увеличении процентного содержания кальция в пектине прочность студня возрастает, проходит через максимум и затем уменьшается, причем максимум кривых смещаются в сторону увеличения содержания кальция для студней с меньшим содержанием сахара [6, c. 74]. Такое поведение кривых объясняется обратной зависимостью концентрации сахара от процентного содержания кальция в пектине.

По литературным данным высококачественный пектин характеризуется прочностью от 600 до 750 мм рт. ст. (79,9 кПа – 99,9 кПа) [7, c. 71]. Из чего можно сделать заключение, что получение студней с нормальным содержанием (32,5%) и прочностью свыше 650 мм рт. ст. необходимо использовать пектин, содержащий в своем составе от 0,64% до 1,13% кальция. С пониженным содержанием сахара (22,5%) – содержание кальция от 0,69 до 1,26% и с низким содержанием сахара (30%) свыше 0,94% кальция.

Оптимальное процентное содержание кальция в пектине, студень которого имеет прочность свыше 750 мм рт. ст. и содержанием сахара 45%, лежит в пределах от 0,9 до 1,2% кальция.

Время желирования пектиновых студней увеличивается с уменьшением концентрации сахара, также как и с увеличением процентного содержания кальция. Содержание кальция и сахара заметно влияют и на структуру пектинового студня. С понижением концентрации сахара и повышением содержания кальция в пектине структура пектино - кислотно-сахарного студня улучшается, становится более упорядоченной, приобретает стекловидную, прозрачную на изломе форму.

Содержание кальция и сахара заметно влияют и на структуру пектинового студня. С понижением концентрации сахара и повышением содержания кальция в пектине структура пектино - кислотно-сахарного студня улучшается, становится более упорядоченной, приобретает стекловидную, прозрачную на изломе форму.

Изменение молекулярной массы пектиновой макромолекулы при изменении содержания кальция исследовалось вискозиметрическим методом. Графически найдены значения характеристической вязкости для различных образцов и по формуле определены ММ. С повышением содержания кальция в пектине ММ резко возрастает и при содержании кальция 0,85% далее практически не изменяется, что объясняется тем, что ионы кальция, являясь двухвалентными, могут связывать лишь две макромолекулы пектина. Прошивание трех и  более макромолекул менее вероятно из-за сложной конфигурации цепочки полигалактуроновой кислоты. Поэтому дальнейшее введение кальция приводит к включению кальция в уже «прошитую» структуру двух молекул и изменяет ММ незначительно [8, c. 45].

Таким образом, результаты проведенных исследований дают основание для вывода о достаточно высокой студнеобразующей способности свекловичного пектина при введении в него ионов кальция. Это, в свою очередь, позволяет расширить области применения пектина из свекловичного жома, в том числе для производства изделий с желейной консистенцией.

Литература:

1.                  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.

2.                  Применение культуры тритикале и яблочного пектинового экстракта в производстве хлеба функционального назначения Сокол Н.В., Донченко Л.В., Мисливский Б.В., Круглякова С.А. Хлебопечение России. 2003. № 1. С. 14-15.

3.                  Продукты питания в отечественной и зарубежной истории Донченко Л.В. учеб. пособие для специальностей 311200 "Технология пр-ва и перераб. с.-х. продукции" / Л. В. Донченко, В. Д. Надыкта. Москва, 2006. 230 с

4.                 Степовой, А. В. Совершенствование технологии пищевого гидратопектина из свекловичного жома для производства функциональных напитков: дис. ... канд. техн. наук / А. В. Степовой: ГНУ Северо-Кавказский ЗНИИСиВ Россельхозакадемии. — Краснодар, 2013. — 143 с.

5.                 Пат. 2471367. Российская Федерация. МПК А23L 1/0524, С08В 37/06. Способ получения пищевого пектинового экстракта / Л.Я. Родионова, А.В. Степовой, И.В. Соболь, А.Н. Белогорец: заявитель и патентообладатель Кубанский ГАУ. – № 2011121259/13; заявл. 25.05.2011; опубл. 10.01.2013, бюл. №1. – 6 с.

6.                 Соболь, И.В. Научные основы конструирования функциональных пектинсодержащих сухих продуктов целевого назначения / И.В. Соболь, А.В. Степовой, Л.Я. Родионова // Новые технологии. – МГТУ. – Майкоп, 2010. – С. 73-77.      

7.                 Соболь, И.В. Исследование процесса сушки пищевых смесей, обогащенных пектином / И.В. Соболь, А.В. Степовой, Л.Я. Родионова // Новые технологии. – МГТУ. – Майкоп, 2010. – С. 70-72.   

8.                 Степовой, А.В. Развитие безалкогольной промышленности в России в направлении производства функциональных напитков / А.В. Степовой: Редакция журнала «Известия вузов. Пищевая технология». – Краснодар, 2009. – 47 с.: – Деп. в ВИНИТИ 28.12.09, №835-В2009.