Влияние метода ультразвукового экстрагирования на формирование аромата экстракта на основе натурального сырья

УДК 664

Влияние метода ультразвукового экстрагирования

на формирование аромата экстракта из натурального сырья

Н. С. Родионова, д-р техн. наук, профессор; М. В. Мануковская, канд. техн. наук; М. В. Серченя, студент

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Организация питания с учетом восполнения потребностей организма в основных эссенциальных веществах, макро- и микроэлементах -актуальная задача современной пищевой отрасли. Решение данной задачи возможно при максимально полном использовании имеющихся сырьевых ресурсов и их биокор-ректирующего потенциала, который значительно снижается в технологическом процессе в связи с термическими, механическими, химическими воздействиями.

Максимальное сохранение уровня первоначальной биологической активности макро- и микронутриентов пищевого сырья в готовом продукте ассоциируется у потребителя с более выраженным цветом, ароматом, вкусом конечного продукта, поэтому, учитывая предпочтения потребителей, производители активно вводят в рецептуры красители, ароматизаторы, вкусообразователи, имитирующие натуральное сырье. При этом целевые функции пищевого продукта - функциональные, био-корректирующие, подменяются удовлетворением вкусовых ожиданий. Наиболее распространена эта практика в сегменте напитков. Однако в современных условиях потребители все чаще отдают предпочтение натуральным продуктам с исключением из рецептур синтетических вкусоаро-

матообразователей. При этом возникает проблема формирования привычного потребителю насыщенного аромата и вкуса в конечном напитке, произведенном из натуральных ингредиентов. Современные промышленные технологии выполняют разнообразные функции: способствуют интенсификации производства, улучшают функциональные свойства продовольственного сырья и полученных на его основе пищевых продуктов, повышают их хранимо способность, позволяют внедрять ресурсо- и энергосберегающие технологии [1].

Сегодня методы ультразвукового воздействия определены мировым научным сообществом как особенно перспективная технология для пищевой промышленности в целом. Ультразвуковая методика ускоряет процесс экстрагирования биологически активных веществ из сырья, что способствует достижению определенного технологического эффекта [2].

Формирование и анализ аромата сложен в силу того, что объект содержит множество легколетучих веществ с относительно небольшой молекулярной массой. Аналитические возможности современных масс-спектрометров, газовых и жидкостных хроматографов позволяют получить разнообразную информацию о качественном и количе-

Таблица 1

Выбор оптимального соотношения гидромодуля

Гидромодуль клюква / вода

Показатель Контроль 300/1000 1 160 /1000 2 200 / 1000 3 260 / 1000 4 300 /1000 5 340/1000 6 400/1000

D 1,75 2,1 2,25 2,9 2,98 2,99 2,99

% на СВ 5,5 5,5 6 7,5 8 8 8

т вит С (мг / 100мл) 10,6 10,13 13,2 16,38 20,25 25,5 25,5

ственном составе запахов, могут решать различные задачи пищевого анализа, например, классифицировать и идентифицировать ароматы по основному компоненту, количественно оценивать интенсивность запаха, определять присутствие в продукте нежелательных примесей и не свойственных продукту нутриентов.

Цель исследования - определить и идентифицировать состав легколетучих соединений в клюквенных экстрактах, полученных ультразвуковым методом.

В данной экспериментальной работе использовался метод ультразвукового экстрагирования для интенсификации приготовления экстракта. В качестве исходного сырья были выбраны ягоды клюквы. В ходе экспериментальной работы было определено оптимальное соотношение гидромодуля исходной системы (соотношение растительного сырья и воды), при котором достигается максимальное объединение растительного субстрата.

Для определения оптимального соотношения гидромодуля, проведен ряд исследований (табл. 1), в качестве контроля взят экстракт, приготовленный по традиционной технологии, а в качестве сравнения образцы, приготовленные с применением метода ультразвукового экстрагирования с различным соотношением сырье - экстрагент.

В ходе проведенных исследований, с учетом полученных результатов, было установлено оптимальное значение гидромодуля - образец 3 по сравнению с контролем: на 15% сокращается исходное сырье, на 40% увеличивается интенсивность цвета, содержание витамина С увеличивается на 35% и восполняет суточную потребность на 30%. Исходя из этого 300 мл экстракта способны удовлетворить суточную потребность в витамине С, когда контрольного образца необходимо для этого 500 мл.

Сравнительная органолептическая оценка образцов свидетельствует о том, что ультразвуковое воздействие положительно сказывается на таких характеристиках экстракта, как-то: цвет, вкус, запах и внешний вид (рис. 1). Таким образом идентификацию аромата проводили в отношении образца 3.

Для изучения влияния ультразвукового воздействия на состав легколетучих ароматобразующих соединений в качестве критериев для оценки различия в запахе анализируемых проб выбраны качественные и количественные характеристики. Для установления содержания примесей легколетучих соединений в равновесной

INNOVATIVE TECHNOLOGIES

Таблица 2

Отклики сенсоров (Гц) и площадь «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробами

Пробы S1 -МУНТ S2 -ПчК S3 - ПЭГ 2000 S4 -ПЭГСб S5 -ПФЭ S6 -ДНФ S7 -ТОФО S8 -ТХ100 S , ._ sum' Гц. с

Контроль 9 9 20 14 25 22 14 7 675

Образец 3 7 7 22 16 33 26 8 8 802

газовой фазе над образцами сравнивали величины откликов всех выбранных сенсоров в массиве и величины количественного интегрального сигнала «электронного носа» - площади «визуального отпечатка» откликов (табл. 2) [3 - 5]. В качестве измерительного массива применены 8 сенсоров на основе пьезокварце-вых резонаторов ОАВ-типа с базовой частотой колебаний 10,0 МГц с разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах. Покрытия выбраны в соответствие с задачей испытаний (возможная эмиссия из проб разных органических соединений):

Сенсор 1 - многослойные углеродные нанотрубки, МУНТ - универсальный сорбент;

Сенсор 2 - пчелиный клей (прополис), ПчК;

Сенсор 3 - полиэтиленгликоль ПЭГ-2000, ПЭГ-2000;

Сенсор 4 - полиэтиленгликольсе-бацинат, ПЭГСб;

Сенсор 5 - полифениловый эфир, ПФЭ;

Сенсор 6 - динонилфталат, ДНФ;

Сенсор 7 - триоктилфосфиноксид, ТОФО;

Сенсор 8 - Тритон Х-100, ТХ-100.

Установлено, что различия в качественном и количественном составе равновесной газовой фазы над пробами различаются заметно. В легколетучей фракции запаха, компоненты которой фиксируются выбранным массивом сенсоров, меняется содержание и соотношение отдельных групп соединений.

Для установления различий в составе (качественном и количественном) легколетучей фракции запаха проследим изменение общего содержания легколетучих компонентов в РГФ над пробами (рис. 2).

По осям указаны: по круговой оси -номера сенсоров в массиве (экспериментальная часть). По вертикали - отклики сенсоров в определенный момент времени измерения (Д^ах, Гц). По форме фигуры «визуального отпечатка» откликов сенсоров в массиве установлены существенные различия в химическом составе равновесной газовой фазы над пробами образцов. Площадь «визуального отпечатка» составила: базовое измерение (контроль) - 675,29 Гц. с,

может по-другому восприниматься при органолептической оценке.

Проследить изменения в качественном составе РГФ над пробами и появление / исчезновение соединений легколетучей фракции в пробах позволяет параметр А1/], показывающий постоянство соотношения концентраций отдельных классов легколетучих соединений в РГФ (табл. 4).

Если показатели А1 / для проб близки или совпадают, то можно

Рис. 2. «Визуальные отпечатки» максимальных сигналов сенсоров в РГФ над пр обами

Относительное содержание компонентов в пробах, ю % масс

Таблица 3

S1 -МУНТ S2 -ПчК S3 -ПЭГ 2000 S4-ПЭГСб Б5 - ПФЭ S6 -ДНФ S7 -ТОФО S8-ТХ100

Пробы Легколетучие газы, ацетон Ацетон Спирты, эфиры Амины, эфиры Сложные эфиры, компоненты эфирных масел Сложные эфиры Ароматические углеводороды Серосо-держащие УВ, терпены

Контроль 7,5 7,5 16,6 11,7 20,8 18,3 11,7 5,8

Образец 3 5,5* 5,5 17,3 12,6 26,0 20,5 6,3 6,3

* Отмечены параметры с максимальным отклонением от стандартов (контроля).

сравниваемое измерение (образец 3) - 802,21 Гц. с. Абсолютная разность площадей составила 126,93 Гц. с, относительная разность площадей составила: 18,80% (общие различия заметные и значимые). Различия в качественном и количественном составе РГФ над пробами составляет 20%. Однако это общий показатель, не отражающий индивидуальные отличия в количественном и качественном составе.

Проследим изменения в количественном составе запаха над пробами по относительному содержанию основных классов легколетучих

соединений, на которые настроен массив сенсоров, оцененному методом нормировки (табл. 3).

По содержанию основных классов органических соединений состав запаха проб значительно отличается друг от друга, для выбранного массива - на 75%. При этом в образце 3 уменьшается содержание легколетучих газов, кетонов, тяжелых ароматических углеводородов и значительно увеличивается содержание простых и сложных эфиров, компонентов эфирных масел (на 35%). Перераспределение органических соединений в РГФ над контролем

Таблица 4

Соотношение сигналов нескольких сенсоров в матрице для тестируемых проб

Показатель стабильности аромата

Пробы ПчК / ПЭГ-2000 ПЭГ-2000 / ТХ100 ПЭГ-2000 / МУНТ ПФЭ / ПЭГ-2000 ПФЭ / ДНФ ПЭГСб/ ТХ100 МУНТ/ ТХ-100 ТОФО / ТХ-100

1 2 3 4 5 6 7 8

Контроль 0,45 2,86 2,22 1,25 1,14 2,00 1,29 2,0

Образец 3 0,32 2,75 3,14 1,50 1,27 2,00 0,88 1,0

* Отмечены параметры с отклонением друг от друга для проб.

1

4

S3 2

6 4

5

4-. Проба 1  Проба 2

Рис. 3. Спектры идентификационных параметров для легколетучей фракции запаха над пробами экстракта из ягод клюквы

считать, что соотношение содержания в пробах указанных соединений одинаково. Если соотношение сигналов отличается от таких для проб, то соотношение концентрацией соединений различно (табл. 4). Чем больше число параметров А1/ различается для проб, тем существеннее отличия в запахе проб, которые с высокой степенью вероятности фиксируются при органо-лептической оценке потребителем.

Установлено, что по качественному составу РГФ над опытом идентичность контролю составляет 60 %. Сравнить различия позволяют спектры идентификационных параметров (рис. 3).

Несмотря на одинаковое исходное аромат-определяющее сырье (ягода клюквы), нельзя говорить об идентичности запаха проб экстрактов. Учитывая характер изменения качественного и количественного состава над контролем и опытом, высоко вероятно изменение дегустационной оценки образца 3 по сравнению с контролем. Увеличится оценка «выразительный, клюквенный» и общая выраженность запаха для образца 3.

Таким образом, результаты орга-нолептической оценки и результаты, полученные с помощью пьезосорб-ционного «электронного носа», показали сопоставимость. Ультразвуковое воздействие оказывает положительный эффект на формирование аромата, в частности на количественный и качественный состав фракций запаха, что увеличивает общую выраженность аромата, что также

подтвердили результаты органолеп-тической оценки: цвет, вкус, запах полученного экстракта превосходит контрольный образец.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ипатова, Л.Г. Новые направления в создании функциональных пищевых продуктов/Л. Г. Ипатова, А. А. Кочетко-ва, А.П. Нечаев // Пищевая промышленность. - 2007. - № 1. - С. 12 - 14.

2. Эльпинер, И.Е. Ультразвук. Физико-химическое и биологическое дей-ствие/И.Е. Эльпинер. - М.: ИФ-МЛ, 1963.

3. Кучменко, Т.А. Химические сенсоры на основе пьезокварцевых микровесов. В монографии Проблемы аналитической химии. Т. 14/Под ред. Ю.Г. Власова. -

2011. - С. 127 - 202.

4. Кучменко, Т.А. Инновационные решения в аналитическом контроле: учеб. пособие/Т.А. Кучменко. - Воронежская государственная технологическая академия, ООО «СенТех». - Воронеж: 2009. - 252 с.

5. Кучменко, Т.А. Пример решения идентификационных задач в методе пьезокварцевого микровзвешивания смесей некоторых органических соединений/ Т. А. Кучменко, А. А. Шуба, Н.В. Бельских // Аналитика и контроль. -

2012. - Т. 16. - № 2. - С. 1-11.

6. Родионова, Н.С. Ультразвуковое экстрагирование в приготовлении напитков функционального назначения/Н. С. Родионова, М.В. Мануковская, М.В. Серче-ня // Евразийский союз ученых. - 2016. -№ 6. - С. 55 - 59.

7. Мануковская, М.В. Использование современных технологий в приготовлении настоек/ М. В. Мануковская. Экономика. Инновации. Управление качеством. - 2015. - № 2. - С. 130-133.

8. Мануковская, М.В. Исследование антиоксидантной активности настоек из ежевики и клюквы, приготовленных методом ультразвукового экстрагирования / М. В. Мануковская, М. В. Серченя // Вестник ВГУИТ. - 2015. - № 4. -С. 98 - 103.

9. Продукция безалкогольной промышленности. Методы определения ор-ганолептических показателей и объема продукции. - Введ. 1987-07-01. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1987. - 9 с.

10. Родина, Т.Г. Дегустационный анализ продуктов/Т. Г. Родина, Г.А. Вукс -М.: Колос, - 1994. - 193с.

11. Экспертиза напитков. Качество и безопасность: учебно-справочное пособие/В.М. Позняковский [и др.] // Под общей ред. В.М. Позняковского. -6-е изд., испр. и доп. - Новосибирск: Сибирский федеральный университет. -2005. - 407 с.

REFERENCES

1. Ipatova, L.G. Novye napravleniya v sozdanii funktsional'nykh pishchevykh produktov/ L.G. Ipatova, A.A. Kochetkova, A.P. Nechaev // Pishchevaya promyshlen-nost'. - 2007. - № 1. - S. 12-14.

2. El'piner, I.E. Ul'trazvuk. Fiziko-khimicheskoe i biologicheskoe deistvie / I.E.El'piner. - M.: IF-ML, 1963.

3. Kuchmenko, T.A. Khimicheskie sensory na osnove p'ezokvartsevykh mikrovesov. V monografiiProblemy analiticheskoi khimii. T. 14/ Pod red. Yu.G. Vlasova. - 20011. - S. 127202.

4. Kuchmenko, T.A. Innovatsionnye resheniya v analiticheskom kontrole: ucheb. posobie / T.A. Kuchmenko. -Voronezhskaya gosudarstvennaya tekhnologicheskaya akademiya, OOO «SenTekh». - Voronezh: 2009. - 252 s.

5. Kuchmenko, T.A. Primer resheniya identifikatsionnykh zadach v metode p'ezokvartsevogo mikrovzveshivaniya smesei nekotorykh organicheskikh soedinenii / T.A. Kuchmenko, A.A. Shuba, N.V. Bel'skikh // Analitika i kontrol'. -2012. - T. 16. - № 2. - S. 1-11.

6. Rodionova, N.S. Ul'trazvukovoe ekstragirovanie v prigotovlenii napitkov funktsional'nogo naznacheniya /N.S. Rodionova, M.V. Manukovskaya, M.V. Serchenya // Evraziiskii soyuz uchenykh. -2016. - № 6. - S. 55-59.

7. Manukovskaya, M.V. Ispol'zovanie sovremennykh tekhnologii v prigotovlenii nastoek /M.V.Manukovskaya. Ekonomika. Innovatsii. Upravlenie kachestvom. -2015. - №2. - S. 130-133.

8. Manukovskaya, M.V. Issledovanie antioksidantnoi aktivnosti nastoek iz ezheviki i klyukvy, prigotovlennykh metodom ul'trazvukovogo ekstragirova-niya / M.V. Manukovskaya, M.V. Serche-nya // Vestnik VGUIT. - 2015. - №4. - S. 98-103.

9. Produktsiya bezalkogol'noi promyshlennosti. Metody opredeleniya organolepticheskikh pokazatelei i ob"ema produktsii. - Vved. 1987-07-01. - M.: IPK Izdatel'stvo standartov, 1987. - 9 s.

10. Rodina, T.G. Degustatsionnyi analiz produktov / T.G.Rodina, G.A. Vuks - M.: Kolos, - 1994. - 193s.

11. Ekspertiza napitkov. Kachestvo i bezopasnost': uchebno-spravochnoe posobie / V.M. Poznyakovskii [i dr.] // Pod obshchei red. V.M. Poznyakovskogo. -6-e izd., ispr. i dop. - Novosibirsk: Sibirskii federal'nyi universitet. - 2005. -407 s.

INNOVATIVE TECHNOLOGIES

Влияние метода ультразвукового экстрагирования

на формирование аромата экстракта на основе натурального

сырья

Ключевые слова

аромат экстрактов; натуральные сырье; пъезосорбционный «электронный нос»; ультразвуковое экстрагирование

Реферат

Использование новых технологий, улучшающих функциональные свойства напитков и продуктов, представляет большой интерес для современного пищевого производства. В данной экспериментальной работе применялся метод ультразвукового экстрагирования для интенсификации приготовления экстракта. При использовании ультразвука наблюдается не только значительное возрастание скорости массопереноса, но и увеличение массы экстрагируемых веществ. В качестве исходного сырья были выбраны ягоды клюквы. Ягода тонизирует, освежает, повышает умственные и физические способности, богата эллаговой кислотой, которая эффективно разрушает канцерогены и предотвращает развитие сердечно-сосудистых заболеваний, обладает антибактериальными свойствами, повышает иммунитет, нормализует артериальное давление. Максимальное извлечение данных нутриентов в процессе приготовления экстрактов, обладающих максимально сохраненным исходным биокорректирующим действием на организм, возможно с помощью ультразвукового экстрагирования. В ходе экспериментальной работы была проведена органолептиче-ская оценка экстракта, подробное изучение его аромата. Был сделан вывод, что ультразвуковое воздействие положительно сказывается на органолептических характеристиках экстракта, а именно на таких показателях как цвет, вкус и запах. Установлено, что различия в качественном и количественном составе равновесной газовой фазы над пробами экстрактов различаются заметно. Перераспределение органических соединений в РГФ над контролем может по-другому восприниматься при органолептической оценке. Таким образом, результаты органолептической оценки и результаты, полученныы с помощью пъезосорбционного «электронного носа», показали сопоставимость. Ультразвуковое воздействие оказывает положительный эффект на формирование аромата, что также подтвердили результаты органолептической оценки.

Авторы

Родионова Наталья Сергеевна, д-р техн. наук, профессор, Мануковская Марина Валериевна, канд. техн. наук, Серченя Маргарита Валерьевна

Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, rodionovast@mail.ru, manukowskaj@mail.ru

The influence of the method of ultrasonic extraction on the formation of aroma extract based on natural raw materials

Key words

beverage flavor; natural raw materials; pezosorbtsionny «electronic nose»; ultrasonic extraction

Abstracts

Today a large interest in the use of new technologies in the preparation of beverages and products, intensifying the process of their preparation and have a positive effect on the functional properties of the finished product. In this experimental work was used a method of ultrasonic extraction for intensification of preparation of the extract. When using ultrasound is not only a significant increase in rate of mass transfer, but also the increase of weight of extractables. The feedstock was chosen cranberries. Berry tones, refreshes, improves mental and physical abilities, rich in ellagic acid, which effectively destroys carcinogens and prevents the development of cardiovascular diseases, has antibacterial properties, enhances immunity, normalizes blood pressure. The maximum data extraction of nutrients in the cooking process extracts with the most original bio correction effect on the body, possibly by using ultrasonic extraction. In the course of the experimental work was carried out organoleptic evaluation and detailed study of the aroma of the extract. The results of organoleptic evaluation, we conclude that ultrasonic treatment has a positive effect on the organoleptic characteristics of the extract, and on such indicators as colour, taste and smell. A study of the aroma of the prepared samples, it was found that the differences in qualitative and quantitative composition of the equilibrium gas phase above the sample extracts vary considerably. The redistribution of the organic compounds in the FMT control may be differently perceived during sensory evaluation. Thus, the comparison of the results of the sensory evaluation and the results obtained using phytosorbtional «electronic nose», showed comparability. Ultrasonic treatment has a positive effect on the formation of aroma, which also confirmed the results of the organoleptic evaluation.

Authors

Rodionova Natalia Sergeevna, Doctor of Technical Sciences, professor, Manukovskaya Marina Valerievna, Candidate of Technical Sciences, Serchenya Margarita Valerevna

Voronezh State University of Engineering Technology, 394036, Voronezh, pr. Revolucii, 19, rodionovast@mail.ru, manukowskaj@mail.ru