Исследование состава пищевых волокон растительного происхождения
О.В. ПЕРЕГОНЧАЯ, С.А. СОКОЛОВА, Н.М. ДЕРКАНОСОВА, И.И. ЗАЙЦЕВА, А.А. ЕМЕЛЬЯНОВ
В рамках реализации «Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года», ориентированной на обеспечение полноценного питания, профилактику заболеваний, увеличение продолжительности и повышения качества жизни населения, одним из приоритетных направлений является разработка пищевых продуктов, отвечающих не только принципам рационального питания, но и обеспечивающих организм функциональными пищевыми ингредиентами [1]. При этом актуальным направлением считается поиск и применение сырьевых источников с высокими функционально-технологическими свойствами отечественного происхождения. К числу таковых относятся различные продукты переработки плодов и овощей, что многократно обсуждалось применительно к различным однородным группам продуктов питания, в том числе мучным кондитерским и хлебобулочным изделиям [2, 3, 4, 5]. Авторами установлено не только улучшение органолептических и физико-химических характеристик продукции, но и в ряде случаев достижение эффекта функционального продукта.
В наших исследованиях в качестве источника функционального пищевого ингредиента из отечественного сырья предложено применение плодовых и овощных выжимок. Предварительно проведенные исследования показали высокие функционально-технологические свойства (жиро-, водо-связывающую способность, растворимость) ингредиентов и позволили сделать рекомендации по их направленному применению в технологиях мучных кондитерских и хлебобулочных изделий в зависимости от гранулометрического состава и происхождения сырьевого источника [6]. Одновременно было сделано предложение о возможности создания продуктов питания функциональной направленности на основе плодовых и овощных выжимок, что требует проведения исследований состава предложенных рецептурных ингредиентов.
В исследованиях анализировали выжимки из яблок сорта Антоновка, тыквы сорта Мускатная, айвы обыкновенной, полученные низкотемпературным высушиванием выжимок сока прямого отжима [7].
Исследование состава пищевых волокон осуществляли методом адсорбционной инфракрасной спектроскопии на оборудовании Центра коллективного пользования Воронежского государственного университета.
Инфракрасная спектроскопия – метод анализа, основанный на изучении взаимодействия вещества с ИК областью электромагнитного спектра (4000-400 см-1).
Инфракрасные спектры поглощения в диапазоне от 400 до 4000 см-1 получены на приборе ИК-Фурье * Bruker VERTEX 70 в режиме отражения. Образцы перед измерениями высушивали до постоянной массы при температуре 35С.
На рисунке 1 представлены спектральные характеристики образцов пищевых волокон
(кривые 1-3) и целлюлозы (кривая 4).
Рисунок 1 – Инфракрасные спектры поглощения (А) образцов пищевых волокон
1 – айвы, 2 – яблока, 3 – тыквы; 4 – волокно целлюлозы.
Сравнение спектральных характеристик (рисунок 1, кр. 1-4) свидетельствует о том, что основу пищевых волокон составляет целлюлоза. Аналогичные данные получены нами в исследованиях сравнительного состава выжимок яблок, айвы и тыквы, выполненных количественными методами [6]. Для всех образцов в ИК спектрах проявляются интенсивные полосы поглощения 2923-2918 см-1, 2869-2852 см-1, 1440-1200 см-1, характеризующие валентные колебания С-Н в метиленовом фрагменте [8, 9, 10, 11]. Валентные колебания в полярной группировке С-О-С, встречающейся в алифатических эфирных группах, проявляются в спектрах ярко выраженным пиком при 1033 см-1 с полосами 1150 и 900 см-1 у основания максимума [8, 9]. Все образцы демонстрируют присутствие в их структуре гидроксильных групп, входящих в состав вторичных спиртов, а для образцов 1, 2 еще и в состав карбоксильных групп. Это подтверждает широкая интенсивная полоса, наблюдаемая на всех спектрограммах в диапазоне 3400-3200 см-1, соответствующая валентным колебаниям атомов О-Н, принимающим участие в образовании внутри- и межмолекулярных водородных связей, а также валентным колебаниям N-H связей [8, 9, 10, 11]. Полосы поглощения 1440-1417, 1370-1310 см-1, соответствующие деформационным колебаниям группы -ОН, присутствуют на всех спектрограммах и наиболее отчетливо проявляются в спектре целлюлозы. Присутствие карбоксильных групп позволяет сделать предположение об участии биополимеров выжимок в процессе выведения тяжелых металлов и радионуклидов. Кроме того, известно общее положительное действие целлюлозы на работу желудочно-кишечного тракта.
В большей мере функции фито-сорбента характерны пектиновым веществам. Изменения, наблюдаемые в спектрах пищевых волокон в области 1800-1200 см-1 относительно целлюлозы, связаны с присутствием пектиновых веществ и азотсодержащих витаминов, аминокислот и пептидов. Проведенные ранее исследования состава пищевых волокон подтвердили зависимости, приведенные на рисунке 1. Выжимки яблок и айвы характеризуются практически вдвое большим содержанием пектина по сравнению с тыквой. Элементный анализ образцов методом Къельдаля показал наличие азота в количестве 2,11 мас.% для пищевых волокон тыквы, 1,69 мас.% – для айвы и 0,73 мас.% – для яблока.
В спектрограммах (рисунок 1, кр. 1-3) отчетливо проявляются пики 1720 см-1 для айвы и 1730 см-1 для яблока и тыквы, связанные с колебаниями С=О в составе группы -СООН. Смещение данного максимума на 10-20 см-1 в низкочастотную область относительно спектра целлюлозы (1740 см-1) говорит об ассоциации карбоксильных групп с образованием димеров, наиболее характерной для образца 1. Присутствие солевой формы карбоксильной группы, особенно ярко выраженное в случае образца 3, объясняется более высоким значением рН в процессе получения пищевых волокон и подтверждается наличием поглощения при 1650-1610 см-1 [9]. Наличие амидных и пептидных связей белковых соединений в составе образцов подтверждается поглощением в области колебаний C-N и N-H. Так, полоса 1240-1232 см-1 (рисунок 1, кр. 1-3), согласно [10], может быть отнесена к валентным колебаниям карбонильной группы (С=О) в составе сложных эфиров, а также к скелетным колебаниям с участием связи C-N в составе амидных связей С(О)-NH [9, 10]. При этом для образцов 1 и 2 наблюдается наличие деформационных колебаний N-H как первичных, так и вторичных амидных связей (1643-1600 см-1, 1540-1523 см-1), а для образца 3 более характерно присутствие только первичных амидных связей (1600 см-1) [8, 9]. Это важно с позиций формирования органолептических характеристик выпеченных полуфабрикатов сборных изделий и готовых хлебобулочных или мучных кондитерских изделий, т.к. именно реакция меланоидино-образования определяет золотисто-желтый цвет поверхности продукции.
Таким образом, проведенные исследования состава пищевых волокон, полученных низкотемпературным высушиванием выжимок сока прямого отжима из яблок, айвы и тыквы, методом адсорбционной инфракрасной спектроскопии позволили сделать следующие выводы:
– основу пищевых волокон составляет целлюлоза;
– максимальным содержанием пищевых волокон характеризуются выжимки из айвы обыкновенной;
– изменения, наблюдаемые в спектрах пищевых волокон относительно целлюлозы, связаны с присутствием пектиновых веществ и азотсодержащих витаминов, аминокислот и пептидов;
– выжимки яблок и айвы характеризуются большим содержанием пектиновых веществ;
– пищевые волокна из яблок, айвы и тыквы могут выступать как фито-сорбенты тяжелых металлов и радионуклидов, но с разной степенью эффективности;
– с позиций формирования органолептических характеристик выпеченных полуфабрикатов и мучных кондитерских изделий предпочтение может быть отдано выжимкам из тыквы сорта Мускатная.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Донченко, Л.В. Безопасность пищевой продукции / Л.В. Донченко, В.Д. Надыкта. – М.: ДеЛи принт, 2007. – 539 с.
2. Черных, В.Я. Технологии производства хлебобулочных изделий на основе овощных порошков / В.Я. Черных, В.Ю. Митин, Н.В. Родичева, О.А. Годунов // Хлебопечение России. – 2014. – №4. – С.32-36.
3. Корячкина, С.Я. Применение тонкодисперсных овощных и фруктовых порошков в технологии ржанопшеничных хлебобулочных изделий / С.Я. Корячкина, В.П. Корякин, О.Л. Ладнова, Е.Н. Холодова // Хлебопродукты. – 2017. – №7. – С.36-39.
4. Шлеленко, Л.А. Использование овощных и фруктовых порошков в хлебопечении / Л.А. Шлеленко, О.Е. Тюрина, А.Е. Борисова, Е.В. Невская, Е.И. Добриян // Хлебопродукты. – 2014. – №7. – С.42-43.
5. Дерканосова, Н.М. Многокомпонентные порошкообразные полуфабрикаты в производстве хлебобулочных изделий / Н.М. Дерканосова, В.И. Корчагин, Г.О. Магомедов, Л.И. Столярова, В.И. Карпенко // Хлебопечение России. – 1999. – № 1. – С.18-19.
6. Дерканосова, Н.М. Исследование функционально-технологических свойств плодовых и овощных выжимок для обогащения хлебобулочных изделий / Н.М. Дерканосова, И.И. Зайцева, Е.А. Лаптиева, А.А. Емельянов // Хлебопродукты. – 2016. – №4. – С. 44-46.
7. Емельянов, А.А. Составляющие мякоти тыквы / А.А. Емельянов, Е.А. Кузнецова // Пиво и напитки. – 2009. − №4. – С.40-43.
8. Тарасевич, Б.Н. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы /
Б.Н. Тарасевич. – М.: Изд-во МГУ, 2012. – 55 с.
9. Казицына, Л.Α. Применение УФ-, ИК-, ЯМРи масс-спектроскопии в органической химии / Л.А. Казицына, Н.Б. Куплетская. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. − 240 с.
10. Otto, M. Современные методы аналитической химии (в 2-х томах). Том I / M. Otto. − Москва: Техносфера, 2003. – 416 с.
11. Базарнова, Н.Г. Методы исследования древесины и ее производных: учебное пособие / Н.Г. Базарнова, Е.В. Карпова, И.Б. Катраков и др.; под ред. Н.Г. Базарновой. − Барнаул: Изд-во Алт. гос. ун-та, 2002. − 160 с.
Статья опубликована в журнале "Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов", № 4(51) 2018, С. 21-26