Влияние условий сублимационной сушки на физико-химические свойства и биоактивные соединения лиофилизированного апельсинового пюре

Фрукты необходимы для здорового питания, поскольку они способствуют профилактике сердечно-сосудистых заболеваний и некоторых видов рака, что объясняется высоким содержанием в них биологически активных соединений, способствующих их антиоксидантной способности. Тем не менее, фрукты имеют короткий срок хранения из-за высокого содержания воды, а сушка вымораживанием является хорошо известным методом сохранения их питательных качеств. Однако это дорогая технология как из-за использования низкого давления, так и из-за длительного времени обработки.

Таким образом, оптимизация таких переменных, как скорость замораживания, рабочее давление и температура полки во время сублимационной сушки, может сохранить качество фруктов, сократив при этом время и затраты. Оценивали влияние этих переменных на цвет, пористость, механические свойства, содержание воды, витамин С, общее количество фенолов, β-каротин и антиоксидантную активность лиофилизированного апельсинового пюре. Результаты показали большое влияние давления и температуры полки на яркость, цветность и содержание воды. Витамин С и β-каротин лучше сохранялись при более высоких температурах хранения (более короткое время обработки) и более низком давлении соответственно. Оптимальными условиями сублимационной сушки, позволяющими сохранить питательные вещества и обладающим интересным структурным свойством, воспринимаемым потребителями как хрустящий продукт, являются низкое давление (5 Па) и высокая температура хранения (50 C).

Введение

Известно, что существует интерес к потреблению фруктов, поскольку они рекомендуются в качестве компонентов здорового питания благодаря их вкладу в профилактику некоторых заболеваний при употреблении в достаточном количестве. Этот эффект объясняется высоким содержанием в них биологически активных соединений, таких как фитохимические вещества, некоторые витамины и клетчатка. В частности, апельсин и продукты его переработки являются богатым источником флавоноидов (в основном гесперидина), каротинов и витамина С с концентрациями в диапазоне 15–238,8 мг, 182–198 мкг и 43,5–50 мг/100 г съедобного продукта. Фактически, средний апельсин будет составлять 80% рекомендуемой суточной нормы витамина С.

Однако у фруктов есть две основные проблемы, влияющие на их постоянную доступность: сезонность и короткий срок хранения. Обезвоживание — один из наиболее распространенных методов сохранения продуктов питания. Кроме того, это также влечет за собой уменьшение объема и веса продукта, что облегчает его транспортировку и погрузочно-разгрузочные работы.

Сублимационная сушка — это метод обезвоживания, основанный на сублимации воды, присутствующей в продукте, что приводит к снижению активности воды и, следовательно, к соответствующим процессам порчи, которым подвергаются пищевые продукты. Продукт замораживают и подвергают воздействию вакуума с последующей сублимацией и десорбцией воды. Сублимационная сушка осуществляется при низких температурах, что способствует сохранению таких характеристик, как вкус, цвет или внешний вид, а также минимизирует разложение термолабильных соединений, многие из которых отвечают за аромат и пищевую ценность фруктов. Таким образом, конечный лиофилизированный продукт имеет высокое качество по сравнению с другими методами обезвоживания.

Несмотря на улучшенную микробиологическую стабильность конечного продукта, его химические и физические свойства иногда могут ухудшаться. С одной стороны, высокая пористость и низкое содержание воды в лиофилизированных продуктах делают взаимодействие растворенных веществ с кислородом в конце процесса более доступным. Таким образом, может способствовать окислению биологически активных соединений, таких как витамин С, фенолы или каротиноиды. С другой стороны, физические проблемы связаны со стеклованием аморфной матрицы, которое обычно развивается в процессе лиофилизации. Выше температуры стеклования происходит переход от более стабильного стеклообразного состояния к эластичному состоянию. Лиофилизированная фруктовая мякоть, как продукт, богатый сахаром, имеет низкое значение температуры стеклования в диапазоне 5–15 C. По этой причине они вызывают коллапс и другие структурные проблемы, связанные с липкостью и слеживанием, которые начинают развиваться примерно на 20 C выше температуры стеклования. Обычным способом отсрочить эти проблемы является введение биополимеров с высокой молекулярной массой, которые способствуют увеличению температуры стеклования или играют стерическую роль.

Недостатком лиофилизации является ее высокая стоимость из-за длительного времени процесса и затрат энергии, связанных с вакуумной стадией. По этой причине он широко использовался только для получения продуктов с высокой добавленной стоимостью, как это происходит в фармацевтической промышленности, а также в некоторых конкретных пищевых отраслях, таких как регидратируемый кофе. Однако, учитывая высокую сенсорную и функциональную ценность фруктов, связанную с высоким содержанием в них биологически активных соединений, сублимационная сушка может стать в данном случае нишевой возможностью. В этом смысле технология может обеспечить различные форматы пищевых продуктов, в том числе хрустящие фруктовые продукты, которые хорошо воспринимаются потребителями в качестве закуски.

Несмотря на адекватную оптимизацию условий процесса, способствующую сокращению продолжительности процесса, в нескольких отчетах указывается, что переменные как замораживания, так и сушки, такие как скорость замораживания или рабочее давление и температура полки во время этапа сушки, могут влиять на качество. полученного продукта. Что касается влияния повышения температуры на полке, исследование, проведенное с грейпфрутовым пюре, показало сокращение времени сушки более чем на 50% при повышении температуры до 40 C без большого влияния на такие аспекты, как цвет, текстура или содержание витамина С. Также не наблюдалось влияния на содержание витамина С, когда сок мандарина подвергался сублимационной сушке при температуре 40 C по сравнению с соком, обработанным при комнатной температуре. Тем не менее, температура на полке не должна превышать ни температуру разрушения, ни температуру, которая может привести к повреждению представляющих интерес термолабильных соединений.

В этом исследовании оценивалось влияние условий сублимационной сушки на качество лиофилизированного апельсинового пюре с добавлением гуммиарабика и бамбукового волокна. Были объединены две скорости замораживания (обычная и шоковая заморозка), три разные температуры полки (30, 40, 50 C) и два рабочих давления (5 и 100 Па). Измеряемыми показателями качества были содержание воды, цвет, пористость, механические свойства, содержание витамина С, каротиноидов и фенолов, а также общая антиоксидантная способность.

Сырье

Апельсины, использованные в этом исследовании, были отобраны путем субъективного визуального осмотра на основании аналогичной однородности цвета по весу и размеру и хорошей физической целостности (отсутствия внешних физических повреждений). Они были куплены в местном супермаркете и сразу же обработаны. Носителями, использованными для получения образцов обезвоженного апельсина, были гуммиарабик и бамбуковое волокно.

Сублимационная обработка

Апельсины мыли, очищали, нарезали и измельчали ​​в настольном электрическом кухонном комбайне в течение 40 с на скорости 4 (2000 об/мин), а затем в течение 40 с на скорости 9 (9100 об/мин). Апельсиновое пюре перемешивали в течение 10 мин на скорости 1000 об/мин с (5 г гуммиарабика + 1 г бамбукового волокна)/100 г апельсинового пюре для обеспечения физической стабильности высушенного продукта.

Готовое апельсиновое пюре распределяли по алюминиевым пластинам размером 10,5 × 7,8 см и толщиной 0,5 см. Образцы были немедленно заморожены при двух различных скоростях замораживания: медленном замораживании в обычной морозильной камере в течение 48 часов и быстром замораживании, где образцы были заморожены в течение 3 часов при -38 C в камере шоковой заморозки, а затем хранились при температуре -45 C в обычной морозильной камере не менее 24 часов.

Замороженные образцы сушили в сублимационной сушилке при различных давлениях (Р) в камере и температуре полки (Т). Было изучено двенадцать различных условий. Температура хранения определяла время сушки: 25 часов при 30 C, 7 часов при 40 C и 6 часов при 50 C. Время было выбрано исходя из предварительных экспериментов, чтобы его было достаточно для достижения содержания воды менее 4%. Известно, что в этих условиях физическая стабильность полученного пюре была гарантирована, поскольку структурного разрушения не наблюдалось.

Содержание воды

Содержание воды (г воды/100 г продукта) в методе определяли следующим образом. Образец сушили в вакуумной печи при температуре 60 ± 1 C при P < 100 мм рт. ст. до постоянного веса. Для лиофилизированного пюре для определения содержания воды использовали автоматический титратор Карла Фишера. В каждом случае выполняли тройное повторение измерения.

Механические свойства

Механическое поведение лиофилизированного пюре регистрировали с помощью анализатора текстуры. Порции лиофилизированного пюре размером 20 × 20 мм сжимали с помощью цилиндрического зонда диаметром 10 мм, прилагая деформацию 80%, со скоростью испытания 1 мм/с.

Для каждого образца было выполнено шесть повторов. Параметрами, анализируемыми в ходе испытания, были сила, необходимая для разрушения образца (сила разрушения), выраженная в Ньютонах, и наклон (S, Н/мм) кривой в линейной зоне до точки разрушения, связанный с устойчивость образца к деформации (жесткость).

Измерения цвета

Считалось, что колориметрическое пространство характеризует цвет. Для измерения цвета поверхности лиофилизированного пюре использовали колориметр, где принимлся в качестве эталона системный наблюдатель 10° и источник света. Цветовые координаты L*, a*, b* были получены для каждого лиофилизированного пюре. Из них были получены угол оттенка и цветность или насыщенность. При расчете общих цветовых различий (ΔE*) использовалось соответствующее уравнение. Измерения проводились при исключении зеркальной составляющей. Для каждого образца было выполнено шесть повторов.

Пористость

Для определения пористости (ε, %) были получены истинная плотность (ρ) и кажущаяся плотность (ρa). Истинную плотность рассчитывали на основе состава образца. Порции лепешек получали с помощью пуансона диаметром 22 мм и точно измеряли штангенциркулем по высоте и диаметру. Кажущуюся плотность каждой порции рассчитывали по весу и соответствующему объему (V, см3).

Всего полифенольных соединений

Экстракцию суммы фенольных соединений проводили по методу Томбс-Барберна с небольшими изменениями. Лиофилизированное пюре (0,5 г) смешивали с 9 мл смеси метанол:вода (70:30) с использованием магнитной мультимешалки при 200 об/мин в темноте и при комнатной температуре в течение 30 мин. Гомогенаты центрифугировали при 11 515 g при 4 C в течение 10 мин. Супернатант собирали и анализировали на с использованием метода Фолина-Чиокальтеу с некоторыми модификациями, как описано. Содержание соединений рассчитывали как мг эквивалентов галловой кислоты на 100 г сухого вещества образца с использованием стандартной кривой в диапазоне 0–1000 частей на миллион галловой кислоты. В этом исследовании все биологически активные соединения относились к процентному содержанию (%) соответствующего биоактивного соединения, сохраненному в лиофилизированном пюре. Этот тест проводился в трех экземплярах для каждого образца.

Антиоксидантная активность

Антиоксидантную активность (АОА) определяли с помощью тестов DPPH и FRAP. Для этого использовали метанольный экстракт, полученный для количественного определения. DPPH проводили согласно Brand-Williams с небольшими изменениями. Для этих образцов стационарное состояние реакции достигалось через 15 мин, когда снова измеряли поглощение при 515 нм. Тест FRAP проводился согласно Benzie. Результаты для обоих методов были преобразованы в ммоль эквивалентов Тролокса/100 г сублимированного пюре. АОА также выражалась как процент (%) этой активности, сохраненной в FDP по отношению к FOP. Для каждого образца выполняли три повтора.

Витамин С

Общее содержание витамина С определяли путем восстановления дегидроаскорбиновой кислоты до аскорбиновой кислоты (АК) с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Восстановление проводили путем смешивания 0,5 г образца или 0,075 г каждого из 12 образцов лиофилизированного пюре с 2 мл 20 г/л раствора DL-дитиотреитола в течение 2 ч при комнатной температуре и в темноте. Экстракцию смеси проводили согласно Xu.

Условия ВЭЖХ были следующими: Kromaphase100-C18, колонка 5 мм (4,6 × 250 мм); подвижная фаза 0,1% щавелевая кислота, вводимый объем 10 мкл, скорость потока 1 мл/мин, детекция при 243 нм (детектор УФ-видимый MD-1510) при 25 C. Готовили стандартный раствор L(+) аскорбиновой кислоты в диапазоне 5–200 ppm. Содержание витамина C рассчитывали как мг АК/100 г сухого образца и рассчитывали процентное содержание (%) этого биоактивного соединения, сохранившегося в образце. Для каждого образца выполняли три повтора.

β-каротин

Экстракцию β-каротина проводили по методу Olives с некоторыми изменениями. Обраец (0,8 г) или лиофилизированное пюре (0,2 г) смешивали с 9 мл гексана/этанола/ацетона (50:25:25, по объему/объему), используя магнитную мульти-мешалку при 200 об/мин в темноте и при комнатной температуре в течение 30 мин. Гомогенаты центрифугировали при 11515 g при 4 C в течение 10 мин. К надосадочной жидкости добавляли дистиллированную воду (10 мл дистиллированной воды/100 мл надосадочной жидкости) и перемешивали вручную в течение 2 минут. Поглощение верхнего слоя измеряли при 446 нм. β-каротин рассчитывали как мг BC/100 г сухого вещества с использованием калибровочной кривой β-каротина в диапазоне 0,5–7 ppm. β-каротин относился к проценту (%) этого биоактивного соединения, сохраненному в образце. Для каждого образца выполняли три повтора.

Статистический анализ

Данные были подвергнуты частичной регрессии наименьших квадратов и трехфакторному дисперсионному анализу с использованием теста Тьюки HSD, чтобы установить значительное влияние температуры полки, давления и скорости замораживания на изучаемые параметры с 95% доверительным интервалом. , с использованием решения для статистики и анализа данных. F-значения, полученные с помощью дисперсионного анализа, также рассматривались для выявления наиболее важных факторов. Кроме того, был проведен корреляционный анализ Пирсона между антиоксидантной способностью и биологически активными соединениями.