автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Комплексная переработка плодов груши уссурийской

На правах рукописи

'Г

ГУСАКОВА Галина Семеновна

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПЛОДОВ ГРУШИ УССУРИЙСКОЙ

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

•

1 О ОКТ 2013

005534359

Красноярск - 2013

005534359

Работа выполнена на кафедре химии и пищевой технологии в ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет»

Научный руководитель

Евстафьев Сергей Николаевич, доктор химических наук, профессор заведующий кафедрой химии и пищевой технологии, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет»

Официальные оппоненты

Величко Надежда Александровна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой «Технологии жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических продуктов», ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»;

Моксина Наталья Владимировна, кандидат сель-ско-хозяйственных наук, доцент кафедры селекции и озеленения ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

Ведущая организация

ФГБОУ ВПО «Иркутская государственная сельскохозяйственная академия»

Защита диссертации состоится «24» октября 2013 г. в «12.00» часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.03 в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049. г. Красноярск, пр. Мира, 90, тел./факс: 8 (391) 227-36-09; e-mail: dissovet@kgau.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «23» сентября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

М.А. Янова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы обусловлена необходимостью проведения исследований, которые помогут производителю получить натуральную, биологически полноценную, безопасную и эксклюзивную винодельческую продукцию. При создании и развитии мелких винодельческих хозяйств большой интерес представляет изучение потенциала груши уссурийской (Pyrus ussuriensis Maxim.), получившей широкое распространение в садоводстве Прибайкалья. Данный вид дает стабильные урожаи в условиях сурового климата, это подтверждают результаты исследований, полученные в различных регионах Российской Федерации. Многогранность использования груши обусловлена ее высокой урожайностью, зимостойкостью, пищевыми и лекарственными свойствами плодов, медоносностью, декоративностью, а также ценностью древесины. Возможности использования данного вида в Сибири в качестве биоресурса изучены сегодня пока недостаточно.

Цель работы - научное обоснование комплексной переработки плодов уссурийской груши с получением сока, плодового вина и спирта.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение физико-химического состава плодов уссурийской груши для определения возможности использования их в виноделии;

- определение химического состава продуктов комплексной переработки плодов груши: сока, виноматериалов, спирта и выжимок;

- исследование влияния дигидрокверцетина (ДКВ) и гуминовых кислот (ГК) на биохимические процессы при получении виноматериалов;

- установление влияния вымораживания на качественный и количественный состав ароматобразующих веществ сока и виноматериалов;

- экспериментальное обоснование и выбор параметров технологии комплексной переработки плодов уссурийской груши.

Научная новизна заключается в разностороннем, системном подходе к оценке качества плодов уссурийской груши для производства плодовых виноматериалов и многоступенчатом контроле наличия и динамики комплекса ароматобразующих компонентов в процессе переработки.

Получены новые данные о физико-химическом составе плодов уссурийской груши и использовании их в качестве сырья для виноделия. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор ферментативных систем и условий обработки плодов груши, обеспечивающий повышение выхода и качества сока.

Экспериментально подтверждена целесообразность использования дигидрокверцетина в качестве антиоксиданта при производстве сока и виноматериалов, а также гуминовых кислот в качестве стимулятора роста количества клеток спиртовых дрожжей на стадии брожения и ускорения процесса биоконверсии глюкозы в этанол.

Предложены технологические режимы получения сока, виноматериалов и спирта из плодов уссурийской груши.

В полученных виноматериалах определены основные физико-химические показатели и установлено, что они соответствуют ГОСТ 51146-98 «Виноматериалы плодовые сброженные и сброженно-спиртованные. Технические условия».

Изучен состав ароматобразующих компонентов плодов груши и динамика его изменения при переработке. Получены новые сведения об изменении химического

состава виноматериалов, в том числе состава ароматобразующих соединений, в результате процесса вымораживания.

Практическая ценность. Определены технологические режимы комплексной переработки плодов уссурийской груши, обеспечивающие повышение выхода сока на 10 %, сохранение комплекса ароматобразующих компонентов сырья, высокое качество и стабильность винодельческой продукции.

Результаты диссертационной работы используются при чтении лекций и выполнении лабораторных работ дисциплин «Химия отрасли», «Технология виноделия», «Культурно-психологические аспекты потребления спиртных напитков» для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» на кафедре Химии и пищевой технологии Иркутского государственного технического университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

- научное обоснование использования плодов уссурийской груши для виноделия;

- сведения о химическом составе продуктов комплексной переработки плодов груши;

- результаты исследования влияния дигидрокверцетина и гуминовых кислот на биохимические процессы при получении виноматериалов;

- технологические режимы получения сока, виноматериалов и спирта из плодов уссурийской груши и технологическая схема их комплексной переработки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ИрГТУ (Иркутск, 2009-2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока» г. Улан-Удэ (2010, 2012 гг.); Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания» Иркутск (2010, 2012 гг.); 4-й Международной конференции по химии «Зеленая» химия и передовые технологии»: школа химии и химической индустрии при национальном университете Монголии, 2010 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора отечественной и зарубежной литературы (глава 1), описания объектов и методов исследования (глава 2), результатов исследований и их обсуждения (глава 3), выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 32 таблицы. Список литературы включает 216 наименований российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая значимость работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ литературных данных, отражающих современные тенденции плодово-ягодного виноделия, а также сведения из отечественных и зарубежных источников по наиболее актуальным вопросам биохимии, технологии хранения и переработки плодово-ягодного сырья. В главе обсуждается актуальность

продолжения работ по развитию плодово-ягодного виноделия и поиску новых технологических приемов повышения качества натуральных вин на основе плодов уссурийской груши в Сибирском регионе.

Во второй главе дано описание объектов и методов исследования. Объектом исследования были плоды уссурийской груши (Pyrus ussuriensis Maxim.), относящейся к роду груша (Pyrus L.), семейства Розовые (Rosaceae Juss.). Анализировали плоды урожаев 2007-2010 гг., собранные в первой половине сентября в районе Мельничной Пади г. Иркутска. Определение основных характеристик плодов, сока, виноматериа-лов, спирта и порошка выжимок проводили по общепринятым стандартным методикам. Статистическую обработку полученных данных проводили в компьютерной программе Excel 7.0. Для оценки различий средних величин использовали общеизвестные критерии (t и F) Стьюдента и Фишера. Разницу считали достоверной при р < 0,05.

В третьей главе приведены результаты исследований и их обсуждение.

Исследование физико-химического состава плодов уссурийской груши. Исследуемые плоды груши уссурийской содержат, % на а. с. м.: сухие вещества -25,0 %; клетчатку - 1,5 % и общий азот - 2,1 %. Последовательной обработкой плодов методами перегонки с паром, гидролиза 1,5 %-м раствором НС1 и экстракции органическими растворителями были выделены, в % на а. с. м.: эфирные масла - 0,4; водорастворимые соединения - 6,5; пектиновые вещества - 1,5; липиды - 2,3 (в том числе воски - 1,7).

Основными компонентами эфирного масла груши являются терпены и терпе-ноиды, спирты, сложные эфиры, кетоны и алканы Ci3-C22- На долю терпенов и терпе-ноидов приходится 44,2 %. Сесквитерпены представлены а- и /?-фарнезенами и транс-а-бергамотеном. В составе производных сесквитерпенов представлены: фарнезол -14,9 %, цис-фарнезаль - 8,3 % и фарнезилацетат - 4,4 % . Эти соединения наряду со сложными эфирами являются основными компонентами, ответственными за аромат эфирных масел груши.

В составе сложных эфиров присутствуют эфиры уксусной кислоты и этиловые эфиры жирных кислот с четным числом атомов ОТ С4 ДО С|8 (9,0 % отн.), среди которых преобладает этилолеат (5,73 %).

Основными компонентами фракции водорастворимых соединений являются сахара, представленные моносахаридами (70 % или 4,5 % на а. с. м. груши) и растворимыми полисахаридами. В составе моносахаридов преобладают сбраживаемые сахара -глюкоза (50,8 %) и фруктоза (15,8 %). После кислотного гидролиза полисахаридов содержание моносахаридов возрастает до 82 %. В их составе появляются манноза, рамноза и галактуроновая кислота.

В свежесобранных плодах груши до 70 % пектиновых веществ состоит из протопектина. При этом 29 % пектиновых веществ содержит мякоть плода, 33 % находится в кожице, а 38 % этих веществ обнаружено в семенах. В процессе дозревания плодов в течение 5 дней количество гидратопектина повышается при одновременном понижении содержания протопектина.

Наряду с моносахаридами в составе фракции обнаружены многоатомные спирты - глицерин и инезит, а также двухосновные кислоты - янтарная и яблочная. Более широко и полно состав кислот представлен в гексановом экстракте. Основными компонентами липидов груши являются кислоты и сложные эфиры с суммарным содер-

жанием 84,6 %. Остальная часть липидов представлена спиртами, альдегидами, кетонами и углеводородами.

Среди одноосновных предельных кислот С8-С28 в преобладающем количестве содержатся пальмитиновая, тетра- и гексакозановые кислоты, среди непредельных кислот состава С16-С2о - линолевая и олеиновая, а из ароматических одноосновных кислот - ванилиновая, фенилуксусная и бензойная. Многоосновные кислоты представлены лимонной, молоновой и нонадиовой кислотами. Все выше перечисленные кислоты принимают участие в формировании кислого вкуса плодов уссурийской груши.

Из 14 сложных эфиров гексанового экстракта десять являются этиловыми эфи-рами присутствующих свободных кислот. Обнаружены также метилпальмитат, ме-тиллинолеат и широко распространенные компоненты эфирных масел плодов - фе-нилацетат и фарнезилацетат.

Содержание тяжелых металлов в плодах груши не превышает предельно допустимые концентрации, регламентированные СанПиН 2.3.2.560-96. Количество меди и свинца ниже ПДК в два раза, а цинка почти в три раза.

Таким образом, установлено, что плоды груши уссурийской имеют высокую пищевую ценность, обусловленную содержанием пектиновых веществ, ненасыщенных кислот и их эфиров. Плоды имеют умеренную сахаристость с преобладание в составе сбраживаемых Сахаров и достаточное для брожения количество азотистых веществ, что позволяет рекомендовать их как дешёвое сырье для создания винодельческой продукции.

Зависимость выхода и состава сока от способа обработки плодов груши уссурийской. Для определения оптимальной схемы выделения сока исследованы режимы механического воздействия на плоды груши с разным состоянием мякоти: твердые в стадии технологической зрелости, мягкие после дозревания при 20 °С и плоды после хранения в течение пяти дней при —18 °С.

Наибольший выход сока (60 %) получен из размороженных плодов. Выход сока из свежих плодов выше на 2-5 %, чем из плодов после дозревания. Установлено, что оптимальными для сокоотделения являются следующие размеры частиц: для свежесобранных плодов - 2-4 мм, для плодов после дозревания - 6-8 мм.

Увеличению выхода сока на 7-10 % способствовало использование пектолити-ческих (Фруктоцим Пб-JI) и цитолитических (Целолюкс А) ферментных препаратов.

Наибольший эффект наблюдали при дозировках для «Фруктоцим Пб-JI» 0,005 мл/кг, а для «Целлолюкс А» - 3 г/кг.

Совместное применение ферментных препаратов «Фруктоцим Пб-JI» (0,005 см3/кг) и «Целлолюкс А» (3 г/кг) позволило сократить время обработки до 1 часа -------- - .............................................. при увеличении выхода сока на 10 %

Продолжительность обработки, час (рис. 1).

♦ контроль ■ с ферментами Для ингибирования процессов окис-Рисунок 1 - Зависимость выхода сока ления, вызывающих покоричневение мезги с

от продолжительности обработки ухудшением органолептических свойств со-

ферментными препаратами Ка, изучена возможность использования ди-

гидрокверцетина (ДКВ). При введении в мезгу до 100 мг/дм3 ДКВ отмечено снижение оптической плотности сока при X = 420 нм, которая при увеличении дозировки практически не изменялась. Полученный сок приобретал светло-соломенный цвет, который сохранялся длительное время.

На основании полученных результатов определена аппаратурно-технологическая схема выделения сока (рис. 2), включающая хранение плодов для послеуборочного дозревания при температуре 20 °С в течение 5 суток, с последующим дроблением до размера частиц 5-8 мм, введение в мезгу ДКВ (100 мг/дм3), обработку мезги комплексом ферментных препаратов «Фруктоцим П6-Л» (0,005 см3/кг) и «Целполюкс А» (3 г/кг) при температуре 40 °С, через 2 ч отжим сока и отстаивание в течение 4 ч при температуре 10 °С.

Рисунок 2 - Аппаратурно-технологическая схема переработки плодов уссурийской груши:

1 - весы; 2 - бункер питатель; 3 - моечная душевая установка; 4 - инспекционный конвейер;

5 - автоматические порг/ионные весы; б - дробилка; 7 - сборник мезги;

8, И - мезгонасос; 9 - емкость с мешалкой; 10 - емкость для приготовления ферментов;

12 - мезгоподогреватель; 13 - емкость для ферментации; 14 - стекатель; 15 - пресс;

16 - сборник для выжимки; 17- транспортер; 18 - сборник для сока; 19 - насос;

20 - емкости для осветления сока, 21 - фильтр

Сок груши - прозрачная жидкость светло-соломенного цвета с зеленоватым оттенком. Аромат характерный плодовый, вкус умеренно кислый, терпкий.

Содержание общего экстракта 24,0 г/дм3, Сахаров 130,0 г/дм3, аминокислот 385,0 мг/дм3, пектина 0,6 г/100 см3, титруемых кислот 17,0 г/дм3 (в т. ч. яблочная -¡4,0 , лимонная - 0,16, янтарная - 0,1), рН 3,6, ЕЬ 340,0 мВ. Сравнительно низкое значение окислительно-восстановительного потенциала (ЕК) позволяет говорить о слабой активности окислительных ферментов, что может обеспечить в дальнейшем сохранение красящих и ароматических веществ сока.

Среди 22 аминокислот, идентифицированных в составе сока, выделяются повышенным содержанием аспарагиновая кислота и аспаргин. На их долю приходится 73,8 %, на долю незаменимых кислот - 19,9 %, а на долю серосодержащих аминок-силот (цистин, метионин), участвующих в образовании сероводородного тона, - 4,1 % от общего содержания аминокислот.

Содержание макро и микроэлементов в соке, в мг/дм3: Са - 112; - 78; Ре -0,9; К - 1530; Иа - 7,1; 8г - 0,5; Мп - 0,65; Ю> - 3,1; Си < 0,05; Ъа - 0,11; РЬ < 0,01.

В эфирном экстракте сока с выходом 0,2 г/дм3 идентифицировано 24 соединения, представленных ангидридами кислот (49,74 %), спиртами (35,97 %), кислотами (6,78 %), ацеталями (5,09), сложньми эфирами (2,15 %) и кетонами (0,27 %). Среди ангидридов 93,4 % приходится на ангидрид мапеиновой кислоты.

Кислоты сока представлены в основном яблочной кислотой (63 %), что характерно для плодово-ягодного сырья, в меньшем количестве присутствуют янтарная (31 %) и изовалериановая (6 %) кислоты. В составе спиртов идентифицированы бутан-диол - 2,3, гександиол - 1,2, пропиленгликоль и пентанол - 2. Эфиры в соке представлены моноацетатом этиленгликоля и этиловыми эфирами 3-гидроксибутановой и гек-сановой кислот.

В целом, состав соединений, формирующих аромат сока, соответствует составу ароматических веществ используемого сырья.

Исследование влияния рас дрожжей на состав виноматериалов. Изучение влияния дикой микрофлоры (ДМФ) и чистой культуры дрожжей (ЧКД) на динамику изменения содержания основных компонентов сбраживаемого сусла было проведено на пяти образцах, приготовленных разными способами виноматериалов.

Виноматериал (в/м) 1 получен из исходного осветленного сока с кислотностью 19,3 г/дм3 и содержанием сахара 100 г/дм3, извлеченного из свежесобранных плодов. Для получения в/м 2-4 готовили сусло из сока, выделенного из свежесобранных плодов, а в/м 5 - из сока, выделенного из плодов после хранения в течение 5 суток при 20 °С, путем кондиционирования водой до кислотности 8 г/дм3 и добавления свекловичного сахара до 200 г/дм3. При подготовке в/м 1 и 2 брожение проводили на ДМФ, в/м 3 - на ДМФ и ЧКД, в/м 4 и 5 - на ЧКД. Для подавления нативной микрофлоры сусло, использованное для получения в/м 4 и 5, дополнительно пастеризовали при температуре 75 ± 5 °С в течение 15 мин. с последующим охлаждением до 15 ±5 °С.

При получении в/м 1 процесс брожения закончился по истечении 10 суток. Наброд спирта составил 3,9 % об. Снижение кислотности сусла и повышение содержания Сахаров до 200 г/дм3 при получении в/м 2 увеличило продолжительность брожения до 14 суток. При этом, незначительный наброд спирта (6,2 % об.) и высокий остаточный сахар (97,0 г/дм3) указывают на низкую сбраживающую активность ДМФ. Более продолжителен процесс ферментации в присутствии сухих активных дрожжей БаЬссЬаготусев Ьауапив. Динамика изменения температуры сусла и содержания Сахаров при получении в/м 3-5 идентичны. Предварительная пастеризация сока при получении в/м 4 и 5 практически не повлияла на скорость и степень сбраживания Сахаров. Вероятно, при использовании ЧКД (в/м 3) за счет быстрого образования этанола достаточно эффективно осуществляется процесс подавления дикой микрофлоры. Содержание этанола в в/м 3 составило 12,1, а в в/м 4 и 5 - 12,2 % об.

В процессе ферментации во всех в/м содержание уксусной кислоты увеличивается по мере нарастания концентрации этанола. Наибольшие значения (1,2 г/дм3) получены для в/м 1 и 2, бродивших на ДМФ, и значительно меньшие (0,8 мг/дм3) - для в/м 4 и 5. К концу брожения концентрация уксусной кислоты в в/м 4 и 5 снижается до 0,6 г/дм3. Аналогичное снижение наблюдаем и в в/м 1-3, но конечная концентрация остается на более высоком уровне. При снижении концентрации уксусной кислоты в в/м происходит накопление этилацетата до 0,2 мг/дм3. Содержание метанола имеет

тенденцию незначительного увеличения до 0,24 г/дм3 в первые 10 суток, далее - почти не меняется. Зависимости содержания метанола от используемой микрофлоры не выявлено.

Окислительно-восстановительный потенциал (ЕЬ) при забраживании резко снижается с 340 мВ до 155-178 мВ, а к концу брожения вновь повышается до 210230 мВ, не превышая допустимое для столовых вин значение 360 мВ. Такая динамика изменения ЕЬ-потенциала свидетельствует о снижении активности окислительных ферментов в процессе сбраживания сусла, что может способствовать в дальнейшем сохранению красящих и ароматических веществ в готовых в/м.

В полученных в/м содержание эфирорастворимых соединений по сравнению с соком выше в 4-7 раз. Наибольший выход эфирного экстракта (1,33 г/дм3) получен для в/м 2, а самый низкий (0,87 г/дм3) для в/м 1. Учитывая одинаковый состав питательной среды при получении в/м 2-5, можно предположить, что на повышение выхода экстракта повлияло присутствие ДМФ. При получении в/м 1, развитие ДМФ сдерживала высокая кислотность сусла и, как следствие, получено низкое содержание эфирорастворимых компонентов.

Среди ароматобразующих соединений, полученных в/м, преобладают по количеству спирты и кислоты (табл. 1).

Таблица 1 - Компонентный состав эфирного экстракта виноматериалов, % *

Компонент Виноматериал

1 2 3 4 5

Спирты 47,48 54,58 8,23 57,56 62,49

Сложные эфиры 4,95 7,25 4,14 4,82 3,47

Органические кислоты 32,36 17,69 5,84 15,702 15,32

Ангидриды кислот 14,38 15,09 11,86 1,95 18,72

Альдегиды 0,84 5,40 - - -

* т суммы идентифицированных компонентов.

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ± 14 %.

Доля спиртов в процентном отношении на фракцию возросла во всех образцах, но наиболее существенно в в/м 3. В составе спиртов наряду с метанолом и этанолом идентифицированы высшие спирты С3-С6, ароматические спирты (бензиловый, 2-фенилэтанол, и-оксифенилэтанол) и двухатомный спирт бутандиол-2,3.

Среди высших спиртов в преобладающих количествах (91-93 %) присутствуют изобутиловый и изоамиловый спирты. Их суммарное содержание в в/м находится в прямо пропорциональной зависимости от продолжительности брожения. Минимальное значение получено для в/м 1 (101,14 мг/дм3), бродившего 10 суток, а максимальное - для в/м 3 (389,86 мг/дм3), у которого брожение продолжалось 20 суток. Аналогичная зависимость характерна и для ароматических спиртов (в/м 1 - 9,21 мг/дм3, в/м 3 - 33,00 мг/дм3).

В составе в/м 4 и 5, полученных на ЧКД, отмечено относительно высокое содержание ароматических спиртов (фенилэтанол и п-оксифенилэтанол), в то же время при использовании ДМФ их количество существенно уступает содержанию бутандиола -2,3 (рис. 3).

с.

и ч в и

Во всех в/м основным компонентом эфирных экстрактов является яблочная кислота с содержанием, % отн: в/м 1 - 22, в/м 2 - 14; в/м 3-5 - по 10. Присутствуют винная, лимонная, янтарная, молочная и 4-оксибутановая кислоты, а также летучие кислоты, представленные уксусной, масляной, изовалериановой, каприловой, капри-новой, капроновой и 9-деценовой кислотами. Установлено, что в процессе сбраживания грушевого сусла наблюдается образование винной, молочной и уксусной кислот, при одновременном снижении содержания яблочной, лимонной и янтарной кислот. Отличительной особенностью в/м 1 является присутствие молочной кислоты, высокая доля каприновой, капроновой и 4-оксибутановой кислот и отсутствие каприловой и 9-деценовой кислот. Наибольшее содержание и разнообразие сложных эфиров характерно для в/м 2 (рис. 4).

И этилдеканоат

0 этил-2-гидрокси-З-

метилбутаноат И гексилформиат

йэтиллактат

□ этилацетат

13 этил-3-гидроксибутаноат 0 моноэтилсукцинат

Виноматериалы

0бутандиол-2,3 ЕЗ 2-фенилэтанол □ п-оксифенилэтанол

Рисунок 3 - Относительное содержание спиртов эфирного экстракта виноматерналов

=г 8

12 3-4

Виноматериалы

Рисунок 4 - Состав сложных эфиров в эфирном экстракте виноматерналов, % от суммы идентифицированных компонентов

В их составе присутствуют этиловые эфиры жирных кислот с числом атомов Со и Сю и оксикислот С3-С5. Во всех образцах в преобладающем количестве содержится моноэтилсукцинат, присутствие которого характерно для виноградных красных вин. Образцы в/м 1 и 2, отличаются значительным содержанием этилацетата в сравнение с в/м 3-5. В в/м 2, в отличие от других образцов, обнаружены этилдеканоат и этил-2-гидрокси-3-метилбутаноат, а в в/м 1 - моноэтилфумарат.

В составе ангидридов во всех образцах преобладает янтарный ангидрид. По сравнению с соком доля малеинового ангидрида во всех исследуемых образцах вино-материалов понижена, а янтарного ангидрида повышена.

Образец в/м 1 кроме высокой кислотности отличает присутствие альдегидов (0,84 % отн.), среди которых выделяется по содержанию фурфурол - 98 % отн.

В процессе брожения дрожжами используется около 80 % аминокислот от их общего содержания в сусле. Так, при получении в/м 4 содержание аминокислот с 193 мг/дм~ в сусле снижается до 36,7 мг/дм3, что создает условия сравнительной стабильности и стойкости в/м при его хранении. В полученном в/м не обнаружены 8 из 22 аминокислот сусла: глютамин, тирозин, /?-аланин, орнигин, гистидин, метионин, фенилаланин, лизин. В тоже время практически в три раза увеличилось содержание изолейцина, лейцина, и эта-ноламина, а также синтезированы два новых соединения - цистеиновая кислота и гидрок-сипролин. На фоне снижения общего содержания аминокислот в их составе более чем в три раза повышается доля незаменимых аминокислот, что повышает биологическую ценность полученного продукта.

Таким образом, установлено, что спонтанное брожение на ДМФ дает несбро-женный остаточный сахар, низкое накопление этанола и высокое содержание уксусной кислоты. Подавление их жизнедеятельности достигается пастеризацией или введением активной чистой культуры дрожжей ЗассЬаготусев Ьауапив. Брожение с участием ЧКД дает более высокое содержание этанола, высших и ароматических спиртов при меньшем накоплении уксусной кислоты.

Установлено, что соединения эфирных масел плодов, в составе ароматобразу-ющих компонентов в/м составляют незначительную долю, что приводит к потере сортового аромата. Самую высокую органолептическую оценку получил образец в/м 4, для приготовления которого разработана аппаратурно-технологическая схема (рис. 5).

Рисунок 5 - Аппаратурно-технологическая схема приготовления виноматериала:

1 - шнековый транспортер для подачи сахара; 2 - емкость с мешалкой для приготовления сахарного сиропа; 3- фильтр; 4 - емкость с мешалкой для кондиционирования сока;

5 - пастеризатор; 6 - емкость с мешалкой для приготовления дрожжевой разводки;

7,9- насос; 8 - емкость для брожения; 10 - емкость для виноматериала

Исследование влияния дигндрокверцетина и гуминовых кислот на биохимические процессы при получении виноматериалов. Для низких концентраций ДКВ (0,001 и 0,1 %) в первые 10 суток наблюдается некоторое повышение содержания этанола, в сравнение с контролем, но при более высоких концентрациях (до 0,5 %) данная тенденция не сохраняется. Скорость образования этанола аналогична контролю, следовательно, в испытываемых концентрациях ДКВ не оказывает влияния на жизнедеятельность дрожжевой культуры ЗассЬагошусез Ьауапиэ.

Титруемая кислотность в период брожения имела тенденцию к снижению до 7,5 г/дм3 и не зависела от концентрации ДКВ. По данным ЯМР |3С для в/м, полученного с добавлением ДКВ, в сравнение с контролем, доля лимонной кислоты (2,35 %) не изменилась, яблочной незначительно возросла (с 6,97 до 7,22 %) а янтарной снизилась в 2 раза (с 4,57 до 2,55 %). Учитывая, что она обладает горько-солоноватым привкусом и влияет на сложение вкуса и букет вина уменьшение её концентрации может иметь важное технологическое значение в повышении органолептической оценки конечного продукта.

Добавление ДКВ в концентрации 0,1 % не оказывает влияния на образование многоатомных спиртов. Их относительное содержание аналогично контролю (86 % на фракцию). В тоже время введение ДКВ, как и обработка 502, понижает содержание метанола в в/м с 0,31 до 0,15 мг/дм3 (табл. 2). Зависимости этих веществ от их концентрации не прослеживается. По отношению к контролю общее содержание высших спиртов возрастает, но остается в пределах рекомендованных норм (400 мг/дм3).

Таблица 2 - Состав летучих компонентов виноматериалов, мг/дм3

Компонент Концентрация, %

Контроль бо2, ДКВ ГК

0,01 од 0,01

Метанол 0,31 0,15 0,15 0,31

Высшие спирты: 276,74 266,85 297,26 417,63

пропанол-1 9,69 28,7 22,44 43,96

бутанол-2 1,45 2,12 2,52 4,03

изобутанол 0,34 - - 0,76

пентанол-1 57,38 84,62 102,36 112,23

изопентанол 0,49 - _ _

гексанол-1 204,67 144,68 162,51 251,36

Ароматические спирты: 3,15 6,73 7,43 5,29

бензиловый 44,02 39,18 41,85 45,14

2-фенилэтанол 1,85 0,61 3,67 2,24

Альдегиды: 42,17 38,57 38,18 42,90

ацетальдегид 98,83 49,57 47,90 371,37

кротоновый 97,33 48,12 45,29 368,67

бензальдегид - - - 0,86

Этилацетат 1,50 1,45 2,61 1,84

этилацетат 30,27 29,31 35,46 67,33

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ± 14 %.

Качественный состав ароматических спиртов не меняется, общее содержание незначительно понижается, но меньше, чем при введении ЭОг- Повышается также содержание этилацетата. При концентрации ДКВ 0,001 % резко снижается содержание ацетальде-гида как по отношению к контролю, так и к пробе, обработанной 502. С повышением концентрации ДКВ до 0,1 % содержание ацетапьдегида достигает 45 мг/дм3.

Исследование влияния на процесс брожения гуминовых кислот в количестве от 0,001 до 0,1% проводилось в присутствии дрожжей культуры ЗассНаготуссз Ьауапив.

В эксперименте использован препарат «Powhumus», гумат калия (ГК) из леонардита, производства «Humintech GmbH.» Германия. Установлено, что ГК активизируют процесс превращения глюкозы в этанол. Уже на 4 сутки содержание этанола в сусле в 1,4—1,7 раза выше, чем в контрольном образце. Максимальная концентрация этанола (12,0 % об.) получена на 5 суток раньше. Количество дрожжевых клеток по отношению к контролю независимо от концентрации возрастает в 2,4 раза. Остаточный сахар в пробах в/м составил 2,0-2,5 г/дм3, что находится в пределах норм установленных для сухих вин. Содержание уксусной кислоты и метанола в полученных в/м не зависит от присутствия ГК и лежит в пределах 0,8-1,1 г/дм3 и 0,31-0,34 г/дм3 соответственно. Титруемая кислотность в период брожения для всех концентраций ГК и контрольного образца имела тенденцию к снижению от 8,1 до 7,5 г/дм3.

Полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии ГК на деятельность дрожжевой культуры Saccharomyces bayanus. Минимальная эффективная концентрация ГК составила 0,01 %.

Исследование влияния вымораживания на качественный и количественный состав ароматобразующих веществ сока и виноматериалов. Вымораживание сока и в/м проводили при температуре -18 °С в течение 2-4 ч до сокращения объема жидкой фракции в 5 раз. Из сока получен концентрат с большей плотностью (табл. 3) и ярко выраженным сортовым ароматом. Выход эфирорастворимых веществ из концентрата составил 0,35 г/дм3, что на 75 % выше выхода этих веществ из исходного сока, концентрация Сахаров повысилась более чем в три раза, титруемая кислотность в два раза.

Таблица 3 - Характеристика продуктов процесса вымораживания

Показатель Исходный продукт Концентрат Лед

Сок

Плотность, г/дм"1 1,056 1,095 1,037

Титруемая кислотность, г/дм3 15,4 32,0 12,0

Содержание Сахаров, г/дм3 100 325 40

Виноматериал

Плотность, г/дм3 0,995 0,990 0,992

Титруемая кислотность, г/дм3 8,0 16,0 5,0

Этанол, % об. 12,0 32,0 5,8

Метанол, г/дм3 0,01 0,03 -

Уксусная кислота, г/дм3 0,14 0,38 -

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ± 10 %.

В концентрате виноматериала наблюдается трехкратное повышение содержания этанола, метанола и уксусной кислоты. Доля эфирорастворимых соединений возрастает с 0,56 % до 1,2 %.

Аппаратурно-технологическая схема приготовления концентратов сока и виноматериала вымораживанием приведена на рис. 6.

Рисунок 6 - Аппаратурно-технологическая схема приготовления концентратов сока и виноматериала вымораживанием:

1 — емкость для исходного продукта; 2 — теплообменник; 3 — кристаллизатор;

4 - центрифуга; 5 - емкость для концентрата; 6 - емкость для льда

Исследование химического состава плодовых спиртов. Изучены изменения состава плодовых спиртов в зависимости от состава исходного в/м, способа его перегонки и присутствия антиоксиданта. Для получения плодовых спиртов использованы пять образцов в/м, приготовленных из плодов груши после их дозревания при температуре 20-23 °С в течение 5 суток. Плоды дробили до размера частиц 5-8 мм, прессовали, полученный сок отстаивали 4 часа при температуре 10°С. Осветленный сок делили на три части. Две из них кондиционировали водой до кислотности 8 г/дм3, добавляли свекловичный сахар из расчета 50 г на 1 дм3 и в одну из них - ДКВ в количестве 0,01 г/ дм3. При сбраживании первой части получали в/м 1, второй (с добавкой ДКВ) - в/м 2. Третью часть осветленного сока сбраживали без разведения водой и добавки сахара (в/м 3). Четвертым образцом являлся в/м 4, полученный по схеме в/м 1 с последующей двухлетней выдержкой. Образец в/м 5 был подготовлен из выжимок плодов груши после выделения сока. Выжимки заливали водой в соотношении 1: 1, настаивали 24 часа при 20 "С. В полученный настой добавляли свекловичный сахар из расчета получения собственного наброда 8 % об. (100 г/дм3).

Использованные образцы в/м имели близкий качественный состав, но различались количественным содержанием основных компонентов (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание основных компонентов в виноматериалах

Показатель Виноматериал

1 2 3 4 5

Титруемая кислотность, г/дм3 8,0 8,1 15,6 7,9 7,8

Уксусная кислота, г/дм3 0,5 0,1 1,1 1,2 0,5

Этанол, % об. 8,3 10,8 7,3 12,4 7,3

Метанол, % об. 0,01 0,01 0,02 0,05 0,03

Ацетальдегид, г/дм3 0,4 0,08 0,9 1,1 0,5

Сахара, г/100 см3 0,6 0,6 0,4 0,2 0,1

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ±11%.

Для выделения спирта исходные образцы в/м подвергали двукратной атмосферной перегонке. После первой перегонки выделяли спирт-сырец в количестве

35 % от объема в/м. Головную фракцию в количестве 1 % и концевую фракцию отбрасывали. Крепость полученных фракций спирта-сырца составила, % безводного спирта: из в/м 1 - 17,8; в/м 2 - 24,9; в/м 3 - 14,9; в/м 4 - 29,5; в/м 5 - 15,0. Спирт-сырец перегоняли повторно, выделяя среднюю фракцию с концентрацией этанола 62-63 % об. Головную фракцию (1%) и хвостовую отбрасывали. Выход, в % от объема спирта-сырца, взятого на перегонку, составил: для в/м 1 - 31,3; в/м 2 - 36, 9; в/м 3 - 25,0; в/м 4-44,2; в/м 5-25,0.

В результате двукратной перегонки наибольший выход плодового спирта (15,5 % об.) получен из в/м двухлетней выдержки, наименьший (8,8 % об.) - из в/м 3, характеризующегося высокой кислотностью, и в/м 5, полученного из настоя выжимок. Выход плодового спирта из в/м 1 и 2 составил 10,9 и 12,9 % об., соответственно.

Дополнительно из в/м 1 был получен плодовый спирт (обр. 6) по схеме, включающей атмосферную перегонку с отбором спирта-сырца (35 %) с последующей его ректификацией на лабораторной установке. Выход плодового спирта крепостью 62 % об. составил 11,8 % на исходный в/м.

Полученные плодовые спирты характеризуются высокой спиртуозностью (93-97 %) и близким качественным составом (табл. 5).

Таблица 5 — Групповой состав плодовых спиртов, %*

Образец Спирты Сложные эфиры Кислоты Альдегиды, ацетали и др.

1 97,1 0,8 1,9 0,2

2 96,2 2,3 0,3 1,2

3 93,3 3,3 0,5 2,9

6 97,2 1,9 0,7 0,2

* от суммы идентифицированных соединений.

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ± 10 %.

В отличие от исходных в/м в составе плодовых спиртов присутствуют только одноатомные спирты состава С)-С8 и ароматический спирт - 2-фенилэтанол. Основным компонентом является этанол. Содержание сивушных масел лежит в пределах существующих нормативов на плодовые спирты (табл. 6).

Таблица 6 - Компонентный состав плодовых спиртов

Компонент Образцы Норматив по ГОСТ Р 51279

1 4 5

Уксусный альдегид, мг/дм1 74,3 28,5 179,5 Не более 800

Метанол, % об. 0,12 0,17 0,28 0,15 (2,0 г/дм3)

Сивушные масла, мг/дм3: 2560,1 3454,2 4324,7 1000-4500

изопропанол - - 7,3 -

пропанол-1 73,2 116,2 552,2 -

изобутанол 624,3 1009,4 2001,0 -

бутанол-1 5,7 40,9 34,1 -

изопентанол 1856,9 2287,7 1730,1 -

Эфиры, мг/дм3: 266,4 441,3 588,0 300-2000

метилацетат 3,0 4,6 6,6 -

этилацетат 263,4 436,7 581,4 -

Примечание: относительная погрешность в диапазоне измеряемых концентраций ± 14 %.

Плодовый спирт (обр. 3), полученный из в/м с повышенной кислотностью, имеет относительно высокое содержание сложных эфиров и диэтилацеталя (2,5 % отн.). Наряду с этил- и 2-фенилэтилацетатами присутствуют бутил-, изопентил- и гек-силацетаты, обнаружены гексилформиат, диацетат 1,3-бутандиола и др. Полученные данные свидетельствуют о более эффективном протекании процессов этерификации и ацеталеобразования при использовании высококислотного в/м.

Относительно высокое содержание метил- и этилацетатов, характерно для спиртов, выделенных из в/м, полученного из настоя выжимок, и в/м двухлетней выдержки (обр. 4 и 5). В их составе отсутствуют высокомолекулярные карбонильные соединения. Из альдегидов присутствует в заметных количествах ацетальдегид. Наибольшее его содержания характерно для спиртов, полученных из в/м 3 и 5. Присутствие в в/м ДКВ в разы снижает новообразование ацеталъдегида при перегонке.

Установлено, что в процессе дистилляции и ректификации наблюдаются существенные изменения качественного и количественного состава органических кислот в/м 1. Наиболее заметно снижение относительного содержания кислот отмечено в процессе ректификации. Из 25 кислот исходного в/м в составе плодового спирта повторной дистилляции обнаружены только одноосновные кислоты состава С2-С|2 (обр. 1), а в составе спирта-ректификата (обр. 6) - С4-С10 с четньм числом атомов углерода в молекуле с выходом 1,9 и 0,7 % отн., соответственно.

Относительное содержание сложных эфиров в спирте повторной дистилляции получено на порядок ниже, чем в исходном в/м. Для спирта-ректификата это менее выражено. В составе спиртов не обнаружены этиловые эфиры яблочной и метиляб-лочной кислот. В спирте повторной дистилляции в/м 1 в значительных количествах присутствует 2-фенилэтилацетат (45 % отн.), а в спирте-ректификате - этилацетат (62 % отн.).

Проведенные исследования показали, что новообразованию сложных эфиров способствует повышенная кислотность исходного в/м и использование процесса ректификации, а присутствие в в/м ДКВ препятствует образованию ацеталъдегида при перегонке. Все полученные образцы спиртов по содержанию летучих примесей соответствуют требованиям ГОСТ Р 51279 «Дистиллят плодовый. Технические условия», имеют хорошо выраженный уникальный аромат и вкус, обусловленный особенностями их биохимического состава и присущий исходному сырью.

Исследование химического состава порошка выжимок груши. В результате переработки выжимок груши получен порошок светло-коричневого цвета, со слабо выраженным фруктовым ароматом и нейтральным вкусом.

Экспериментально установлено, что порошок имеет высокую пищевую ценность и биологическую активность, содержит душистые и ароматические компоненты, богат макро- и микроэлементами, органическими кислотами, редуцирующими са-харами и пектиновыми веществами, что позволяет рекомендовать его в качестве сырья для изготовления пищевой продукции.

Разработка технологии комплексной переработки плодов уссурийской груши

На основании проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема комплексной переработки плодов уссурийской груши с получением высококачественных продуктов: концентрированного сока, натурального вина с восстановленным ароматом, плодового спирта и пищевого порошка (рис. 7).

Шэдлруши

Ссртцхиа

Змсраживагаеи 5ф0ШЯШЦЗИЕ=-1?С

Иачроизеодство шатна

БрокшигнаЧКД

Шнсматерш

Дилилпящи

О.

Храгенегри^чЗСРС для дозревания

дав |-

Оіжим и освеггиав

Ч

Сек

Фермешы Ь

Оеким

Выжимки )-» Прсмывка

Мсйа;ройкяиз

Мзга

Ффмшгашвныйгщхшт, 1=4СГС,т=2ч

Семаа

Фдыаш реванша мезга

Вымфаживание —М Лед

Кст^ягррсванньй аж

Ч р-

Одлкадо влажности 12%

Кснпадюнирсваше

Пгеодвый

СГПфТ

Осгакквинсмаге-ргат госте вьмо-раживашя

БрськшшшЧКД

Напрсяоводство напитков

Кшдапрусшнный вигсмащхвл

а

Имельч2№до 0,1+1,Омм

С>ою

Шнсмаїдхш

Пищвсйго-решж

Вымораживание

кГ

К>шжирсванш

Нп^рашнк вивэс воссгаишшным ара^шем

Рисунок 7 - Принципиальная технологическая схема комплексной переработки плодов уссурийской груши на винодельческую продукцию

Подбор соотношения компонентов купажа выполнен с помощью компьютерного моделирования. В качестве экономической оценки эффективности выбрали содержание воды. Из результатов вычисления следует, что на 1000 дм3 готового продукта следует брать 400 дм3 концентрированного вина, 120 дм3 концентрированного сока и 480 дм3 воды. При этом, объемная доля этилового спирта составит 15,0 %, массовая концентрация титруемых кислот - 10,0 г/дм3, Сахаров - 44 г/дм3. Вино, приготовленное по приведенной схеме прозрачное, светло-янтарного цвета с хорошо выраженным сортовым ароматом. По физико-химическим показателям соответствует требованиям ГОСТ Р 52836-2007 «Вина плодовые столовые и виноматериалы плодовые столовые. Общие технические условия».

Отличительной особенностью технологии является комплексная переработка биомассы плодов, использование ДКВ в качестве антиоксиданта на стадиях обработки мезги, получения в/м и выделения спирта, а также сохранение и концентрация ароматобразующих компонентов сырья с использованием процесса вымораживания, что обеспечивает высокое качество и стабильность винодельческой продукции.

выводы

1. На основе изучения физико-химического состава плодов уссурийской груши, произрастающей в Иркутской области, обоснована перспективность их использования в виноделии. Показано, что плоды обладают высокой пищевой ценностью, характеризуются умеренной сахаристостью (7-13,0 %) с преобладающим содержание сбраживаемых Сахаров и достаточным для брожения запасом азотистых веществ (2,1 %).

2. Установлено, что состав ароматобразующих компонентов сусла в процессе ферментации претерпевает существенные изменения в зависимости от используемой расы дрожжей и исходной кислотности сусла. В целом, процесс ферментации сопровождается повышением содержания экстрактивных веществ, прежде всего, за счет увеличения концентрации одно- и двухатомных спиртов. В процессе ферментации наблюдается снижение содержания яблочной кислоты на 30 % и аминокислот на 80%, при одновременном увеличении концентрации молочной, винной и уксусной кислот, а также повышении практически в три раза доли незаменимых аминокислот.

3. Показано, что добавка гуминовых кислот в сусло в количестве до 0,01 % повышает в 1,4—1,7 раз скорость и сокращает в 1,25 раз продолжительность процесса ферментации. При этом в составе виноматериала существенно возрастает содержание этилацетата, высших и ароматических спиртов, что повышает органолептическую оценку аромата и вкуса виноматериала. Повышение концентрации ГК приводит к увеличению содержания альдегидов и высших спиртов выше допустимых норм.

4. Экспериментально показана возможность использования при получении сока и виноматериалов дигидрокверцетина в качестве антиоксиданта, который при концентрации до 0,1 % сдерживает окислительное покоричневение сока, препятствует образованию ацетальдегида при ферментации и повышает стабильность виноматериалов.

5. Выявлено, что при вымораживании сока и виноматериалов массовая концентрация экстрактивных веществ в их составе увеличивается в 1,7-1,8 раза, содержание Сахаров в 3 раза, титруемых кислот в 2 раза, объемная доля этанола в винома-териалах практически в три раза. При этом, качественный состав сока и виноматериалов до и после вымораживания практически не изменяется, а органолептические показатели концентратов, в том числе вкус и аромат улучшаются.

6. Разработаны аппаратурно-технологические схемы переработки плодов уссурийской груши с получением сока, виноматериалов и их концентратов. Экспериментально определены параметры технологической обработки плодов, предусматривающей: использование дозревших плодов после их хранения, применение дигидрокверцетина в качестве антиоксиданта, обработку мезги комплексом пектолитических и целлюлитических ферментов, ферментацию и получение концентрата сока вымораживанием для восстановления аромата виноматериала.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

Издания, рекомендованные ВАК

1. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Компонентный состав плодовых спиртов из уссурийской груши//Вестник ИрГТУ. Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2010. -№ 6. - С. 188-191.

2. Евстафьев С.Н., Гусакова Г.С Применение порошка из выжимок уссурийской груши в пищевой промышленности // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. - 2011.- Т. 322. - № 4. - С. 37-39.

3. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Перспективы использования плодов уссурийской груши в виноделии//Химия растительного сырья. -2011. -№ 3. - С. 173-178.

4. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н Состав летучих примесей спиртов из плодов уссурийской груши II Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 4. - С. 21-23.

Другие издания

5. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. О применении дикорастущих плодов и ягод Восточной Сибири в виноделии // Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания : мат-лы Всерос. науч-практ. конф. - Иркутск, 2008. - С. 12-15.

6. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Изучение влияния различных технологических схем переработки дикорастущей груши на винодельческую продукции II Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания : мат-лы Всерос. молод. науч.-практ. конф. - Иркутск, 2009. - С. 66-70.

7. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Выход и состав сока из плодов уссурийской груши II Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока : мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Улан-Удэ : Издательство ВСГТУ, 2010. - С. 6-9.

8. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Перспективы использования уссурийской груши в виноделии // Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока : мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Улан-Удэ : Издательство ВСГТУ, 2010. -С. 15-17.

9. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н. Приготовление плодового спирта из уссурийской груши // Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания : мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Иркутск, 2010. - С. 65-68.

10. Апрелкова H.A., Ткачева A.A., Гусакова Г.С., Кушнарев Д.Ф., Евстафьев С.Н. Динамика изменения комплексного состава вин из сибирских ягод и плодов с добавлением гуминовых веществ // Мат-лы 4-й Междунар. конф. по химии. - Монголия : SCCE-NU, 2011.-С. 209-211.

11. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н.Исследование органолептических и физико-химических свойств порошков из плодов груши уссурийской // Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания: материалы IV Междунар. науч.-практ. конф. - Челябинск, 2010. - С. 69-72.

12. Гусакова Г.С. Химический состав плодов уссурийской груши (Pyrus ussuriensis Maxim) // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. -№ 1. - С. 53-57.

13. Гусакова Г.С., Евстафьев С.Н Исследование влияние дигидрокверцетина на биохимические процессы при получении виноматериалов из плодов груши уссурийской (Pyrus ussuriensis Maxim.) : мат-лы Всерос. науч.-практ. конф. - Улан-Удэ : Изд-во ВСГТУ, 2012.-С. 187-202.

14. Гусакова Г. С., Евстафьев С.Н Концентрирование сока вымораживанием II Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. - № 2 (3). - С. 46-50.

15. Гусакова Г.С. Биопродукты комплексной переработки плодов уссурийской груши // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2013. - № 1 (4). - С. 127— 129.

Подписано в печать 19.09.2013. Формат 60 х 90 / 16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Зак. 124. Поз. плана Юн.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Иркутский государственный технический университет (ФГБОУ ВПО «ИрГТУ»)

На правах рукописи

п/. ОП-1 1L.1l •}•}

I I I

Гусакова Галина Семеновна

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ПЛОДОВ ГРУШИ УССУРИЙСКОЙ

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: д-р хим. наук, профессор, Евстафьев С.Н.

Красноярск - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР...........................................................................8

1.1. Современное состояние переработки плодово-ягодного сырья..........................8

1.2. Распространение дикорастущих плодов и ягод в Сибири.................................12

1.3. Химический состав плодово-ягодного сырья......................................................16

1.4. Химический состав и способы переработки........................................................

плодов уссурийской груши...........................................................................................22

---—* 1 111 «

1.5. Использование дикоросов в различных отраслях пищевой...............................

промышленности...........................................................................................................24

1.5.1. Плодовые и ягодные соки, нектары, экстракты...............................................25

1.5.2. Производство плодово-ягодных вин.................................................................26

1.5.3. Крепкие плодовые напитки................................................................................30

1.5.4. Переработка отходов плодово-ягодного виноделия........................................31

1.6. Экстракция компонентов из растительного сырья.............................................33

1.7. Способы хранения и переработки компонентов из растительного сырья........36

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...........................................41

2.1. Характеристика объектов исследования..............................................................41

2.2. Методы исследований............................................................................................42

2.2.1. Схема эксперимента............................................................................................42

2.2.2. Фракционирование плодов груши и порошка выжимок.................................45

2.2.3. Условия брожения грушевого сусла..................................................................46

2.2.4. Исследование химического состава...................................................................46

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ...........................................................50

3.1. Исследование физико-химического состава плодов уссурийской груши........50

3.2. Выход и химический состав сока уссурийской груши.......................................55

3.2.1. Выявление зависимости выхода сока от способа обработки плодов.............55

3.2.2. Выявление зависимости выхода сока от условий............................................

ферментативной обработки плодов груши.................................................................57

3.2.3. Разработка схемы выделения сока из плодов груши.........................................61

3.2.4. Определение химического состава сока груши................................................66

3.2.5. Определение влияния микрофлоры плодов груши..........................................

на качественные показатели сока.................................................................................69

3.3. Подбор условий получения виноматериала...........................................................72

3.3.1. Изучение влияния рас дрожжей на состав виноматериалов..............................72

3.3.2 Изменение кислотности сока и состава кислот.....................................................

в процессе брожения......................................................................................................79

3.3.3. Изучение влияния гуминовых кислот на процесс брожения..........................

и состав виноматериалов..............................................................................................81

3.3.4. Изучение влияния дигидрокверцетина на процесс брожения.....................

сусла и состав виноматериалов..................................................................................85

3.4. Определение химического состава ароматобразующих....................................

веществ в соке и виноматериалах................................................................................89

3.5. Концентрирование сока и виноматериалов вымораживанием..........................97

3.6. Химический состав плодовых спиртов из виноматериалов.............................

уссурийской груши......................................................................................................101

3.7. Определение химического состава порошка выжимок....................................

уссурийской груши......................................................................................................110

3.8. Обоснование и выбор параметров технологии комплексной..........................

переработки плодов уссурийской груши..................................................................115

3.9. Выбор условий процесса купажирования при приготовлении вина

с восстановленным ароматом.....................................................................................118

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Специфические условия проживания в Прибайкалье, обусловленные серьезной техногенной нагрузкой, холодной и продолжительной зимой, употреблением слабо минерализованной байкальской воды, создают сложные условия для организма человека, которые приводят к возникновению различных заболеваний [1]. Решение проблемы возможно, в том числе, путем расширения ассортимента и производства пищевых продуктов, сбалансированных по основным жизненно важным компонентам. Научное обоснование и разработка технологии комплексной переработки дикорастущих плодов и ягод - эффективный путь получения продукции для пищевых, лечебных и диетических целей. В нашей стране имеются огромные возможности для развития плодово-ягодного виноделия [2-6], а современные способы производства предусматривают максимальное сохранение вкусовой и питательной ценности используемого сырья. Плодовые вина богаты органическими кислотами, минеральными, ароматическими веществами, антоцианами, полифенолами и другими биологически активными соединениями [2, 7-13]. Правильно приготовленные сидры, пуаре, столовые и некрепленые вина из смородины, облепихи, яблок, груш способны не только украсить стол, поднять настроение, но и сохранить здоровье.

Восточная Сибирь, имеющая разнообразную и уникальную флору, является в настоящее время перспективным регионом для заготовки дикорастущего сырья и развития плодово-ягодного виноделия. Для этого необходимо проведение исследований, которые помогут производителю получить натуральную, биологически полноценную, безопасную и эксклюзивную винодельческую продукцию. Интерес для создания и развития мелких винодельческих хозяйств, представляет изучение потенциала груши уссурийской (Pyrus ussuriensis Maxim), получившей широкое распространение в Прибайкалье. Данный вид дает стабильные урожаи в условиях сурового климата, что подтверждают результаты исследований, полученных в различных регионах Российской Федерации [14-18]. Многогранность использования её плодов обусловлена высокими пищевыми и лекарственными свойствами, зимостойкостью, медоносностью и ценностью древесины. В настоя-

щее время в основном применяется для озеленения города. Возможности использования данного вида в Сибири в качестве биоресурса изучены пока недостаточно. Комплексная переработка плодов на натуральное столовое вино позволит использовать не только сок, но и выжимки, богатые биологически активными веществами в качестве сырья для производства пектина, плодового спирта, пищевого порошка и других не менее ценных продуктов. Изучение данного вопроса и вовлечения вида в хозяйственный оборот представляется весьма актуальным.

Цель и задачи исследования. Целью работы являлось научное обоснование комплексной переработки плодов уссурийской груши с получением сока, плодового вина и спирта.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение физико-химического состава плодов уссурийской груши для определения возможности использования их в виноделии;

- определение химического состава продуктов комплексной переработки плодов груши: сока, виноматериалов, спирта и выжимок;

- исследование влияния дигидрокверцетина (ДКВ) и гуминовых кислот (ГК) на биохимические процессы при получении виноматериалов;

- установление влияния вымораживания на качественный и количественный состав ароматобразующих веществ сока и виноматериалов;

- экспериментальное обоснование и выбор параметров технологии комплексной переработки плодов уссурийской груши.

Научная новизна заключается в разностороннем, системном подходе к оценке качества плодов уссурийской груши для производства плодовых виноматериалов и многоступенчатом контроле наличия и динамики комплекса ароматобразующих компонентов в процессе переработки.

Получены новые данные о физико-химическом составе плодов уссурийской груши и использовании их в качестве сырья для виноделия. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор ферментативных систем и условий обработки плодов груши, обеспечивающий повышение выхода и качества сока.

Экспериментально подтверждена целесообразность использования дигид-рокверцетина в качестве антиоксиданта при производстве сока и виноматериалов, а также гуминовых кислот в качестве стимулятора роста количества клеток спиртовых дрожжей на стадии брожения и ускорения процесса биоконверсии глюкозы в этанол.

Предложены технологические режимы получения сока, виноматериалов и спирта из плодов уссурийской груши.

В полученных виноматериалах определены основные физико-химические показатели и установлено, что они соответствуют ГОСТ 51146-98 «Виноматериа-лы плодовые сброженные и сброженно-спиртованные. Технические условия».

Изучен состав ароматобразующих компонентов плодов груши и динамика его изменения при переработке. Получены новые сведения об изменении химического состава виноматериалов, в том числе состава ароматобразующих соединений, в результате процесса вымораживания.

Практическая ценность. Разработана технология комплексной переработки плодов уссурийской груши, обеспечивающая повышение выхода сока на 10 %, сохранение комплекса ароматобразующих компонентов сырья, высокое качество и стабильность винодельческой продукции.

Результаты диссертационной работы используются при чтении лекций и выполнении лабораторных работ дисциплин «Химия отрасли», «Технология виноделия», «Культурно-психологические аспекты потребления спиртных напитков» для студентов специальности 260204 «Технология бродильных производств и виноделие» на кафедре химии и пищевой технологии Иркутского государственного технического университета.

Основные положения, выносимые на защиту:

- научное обоснование использования плодов уссурийской груши для виноделия;

- сведения о химическом составе продуктов комплексной переработки плодов груши;

- результаты исследования влияния дигидрокверцетина и гуминовых кислот на биохимические процессы при получении виноматериалов;

- технологические режимы получения сока, виноматериалов и спирта из плодов уссурийской груши и технологическая схема их комплексной переработки.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ИрГТУ (Иркутск, 2009-2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока» (г. Улан-Удэ, 2010, 2012 гг.); Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания» (г. Иркутск, 2010, 2012 гг.); 4-й Международной конференции по химии «Зеленая» химия и передовые технологии»: школа химии и химической индустрии при национальном университете Монголии (2010 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Личное участие автора. Личный вклад соискателя заключается в постановке и проведении экспериментов, в статистической обработке, интерпретации и публикации полученных результатов.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Современное состояние переработки плодово-ягодного сырья

Социально-экономические факторы влияют на окружающую природную среду и образ жизни современного человека, меняя структуру потребительского спроса. Популярностью у населения пользуются продукты, не требующие больших затрат времени на приготовление пищи и обладающие лечебно-профилактическим действием. Это порождает интерес к проведению исследований, связанных с поиском новых, эффективных природных видов растительного сырья, способных повышать сопротивляемость организма к широкому спектру вредных воздействий физической, химической и биологической природы [11, 12, 19-25]. Актуальность данного направления подтверждают результаты анализа роста заболеваемости населения Иркутской обла-сти полученные в последние годы. По мнению большинства специалистов, серьёзные дисбалансы в структуре питания человека нашего региона проживания, стали одним из ведущих факторов риска развития и хронизации большинства основных неинфекционных заболеваний [26].

Обеспечение населения полноценными, разнообразными продуктами питания высокого качества - основная задача работников пищевой промышленности. Особую актуальность имеют вопросы использования местного растительного сырья. Иркутский рынок в последние годы действительно характеризуется ростом ассортимента свежемороженых, консервированных ягод, соков, морсов, бальзамов. Растет производство функциональных продуктов, в том числе пищевые добавки, биостимуляторы на растительной основе. Но в основном это продукты, завезенные из других регионов и зарубежного производства [27].

Обзор литературных источников [28-31], показывает, что в переработке растительного сырья, остаётся много резервов получения дополнительных функциональных продуктов. На использование этих резервов, на обеспечение производства научно обоснованными технологиями направлены усилия научно-исследовательских учреждений. Институтом биологических проблем криолитозо-

ны СО РАН, г. Якутск (Б.М. Кершенгольц, А.Н. Журавская, A.A. Шеин, Е.С. Хлебный, М.М. Шашурин, Г.В. Филиппова) и Северо-Восточным федеральным университетом имени М.К. Амосова (В.В. Аныпакова) создана серия препаратов на основе биологически активных веществ с применением нанотехнологических стадий ультра-, нанофильтрации и низкотемпературного фракционирования (от -42 до - 48 °С) [32]. Это позволяет наиболее экономичными и экологичными способами извлекать соответствующие комплексы из природного, дешевого и возобновляемого сырья. Работы, опубликованные сотрудниками института пищевых технологий и товароведения Тихоокеанского государственного экономического университета г. Владивостока, показывают рациональные пути использования вторичного сырья при производстве безалкогольных напитков [33], использование нетрадиционных видов сырья Дальнего Востока для производства плодово-ягодных вин [2]. ГУВНИИ пивобезалкогольной и винодельческой промышленности г. Москва на основании исследования изменений функциональных соединений в технологии концентратов из плодово-ягодного сырья предложены пути сокращения потерь функциональных соединений путем оптимизации температурного режима получения сусла и введения веществ стабилизаторов полифенолов [34].

На современном этапе в переработке плодово-ягодного сырья широко применяются ферментативные процессы. На них базируются отрасли пивоварения, спиртовая, ликероводочная, виноделия и др. Работы [35] по ферментам вина наметили пути применения ферментационных методов для ускорения его созревания. Производство ферментных препаратов - одно из ведущих направлений развития биотехнологии во всем мире. Ферментные препараты находят широкое применение в промышленности многих стран. Важную роль в технологии могут играть собственные ферменты плодов и ягод, подвергающихся переработке, однако их роль до конца еще не выяснена [36-38]. В большей степени внимание исследователей концентрировалось на изучении окислительных ферментов [39-42]. Однако сопряженность действия пектолитических ферментных препаратов, вводимых в сусло и мезгу, и окислительных ферментов ягоды недостаточно изучена вплоть до последних лет.

Ферментные препараты, предлагаемые фирмами-изготовителями России, стран ближнего и дальнего зарубежья (Литва, Германия, Франция, Дания и др.), отличаются составом и направлением активности (пектолитическая, протеолитиче-ская, гемицеллюлозная, целлюлолитическая, амилолитическая, гликозидазная). Имеют различную устойчивость к ингибирующему действию температуры, этилового спирта, кислот, фенольных веществ и других соединений, содержащихся в сырье. Необходимо учитывать, что ассортимент и состав ферментных препаратов ориентированы на технологический уровень и запросы зарубежного сокового производства и виноделия. Для успешного применения импортируемых ферментных препаратов необходимо изучать их особенно