Совершенствование технологии экстрагирования биологически активных веществ при производстве кофе натурального растворимого с применением ультразвука тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат наук Герасимов Дмитрий Владиславович

• Герасимов Дмитрий Владиславович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Герасимов Дмитрий Владиславович

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Кофе в пищевой промышленности

1.1.2 Химический состав кофейного зерна

1.1.2.1 Общее представление о химических соединениях кофе

1.1.2.2 Ключевые химические соединения кофе

1.2 Общая технология производства натурального растворимого кофе

1.3 Перспективные методы интенсификации экстрагирования кофе

1.3.1 Методы влияния на состав и свойства биологических систем

1.3.2 Ультразвук и сущность ультразвуковых колебаний

1.4 Активность воды как показатель качества полуфабрикатов и готовых продуктов

1.5 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2 ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Организация проведения исследования

2.2 Объекты исследования

2.3 Методы исследования

2.3.1 Обработка экспериментальных данных

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Характеристика кофе-сырья, используемого в исследовании

3.1.1 Обоснование и выбор кофе-сырья для научного

исследования

3.1.2 Исследование свойств используемого кофе-сырья

3.1.2.1 Определение органолептических показателей кофе-сырья

3.1.2.2 Определение физико-химических показателей кофе-сырья

3.2 Обоснование параметров технологии приготовления экстракта кофе при проведении исследования

3.2.1 Отработка технологии размола натурального жареного кофе

3.2.2 Отработка технологии экстрагирования натурального жареного молотого кофе

3.4 Методы обработки биологических систем с целью интенсификации

извлечения растворения сухих компонентов

3.4.1 Отработка методики озвучивания смеси экстракта кофе с кофейным жмыхом

3.5 Изучение влияния ультразвукового воздействия на свойства кофейного экстракта

3.5.1 Оценка влияния ультразвука на физические характеристики экстракта

кофе

3.5.1.1 Изучение влияния ультразвуковой обработки на дисперсность получаемого кофейного экстракта

3.5.1.2 Изучение влияния ультразвуковой обработки на длительность последующего фильтрования кофейного экстракта

3.5.2 Оценка влияния ультразвука на состав экстракта кофе

3.5.2.1 Изучение влияния ультразвуковой обработки на степень извлечения растворимых сухих веществ в экстракт кофе

3.5.2.2 Исследование влияния ультразвуковой обработки на содержание кофеина в кофейном экстракте

3.5.2.3 Исследование влияния ультразвуковой обработки на содержание 5-гидроксиметилфурфурола в кофейном экстракте

3.5.2.4 Исследование влияния ультразвуковой обработки на показатель активности воды кофейного экстракта

3.5.2.5 Исследование влияния ультразвуковой обработки на

хранимоспособность получаемого экстракта

3.6 Выбор рекомендуемого режима ультразвуковой обработки экстракта

кофе

3.7 Анализ экономической эффективности применения ультразвуковой

обработки экстракта кофе

4 ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И АББРЕВИАТУР

АВК-4 - прибор для измерения активности воды БАВ - биологически активные вещества ОПГ - Обобщенный приведенный градиент РОВ - равновесная относительная влажность С.В. - сухие вещества СТО - Стандарт организации

- активность воды 5-ГМФ - 5-гидроксиметилфурфурол

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологии экстрагирования биологически активных веществ при производстве кофе натурального растворимого с применением ультразвука»

ВВЕДЕНИЕ

Важной задачей пищевой промышленности является максимальное извлечение компонентов из сырья при производстве пищевых продуктов.

Наиболее ценными компонентами большинства пищевых сырьевых ресурсов являются биологически активные вещества, или БАВ. Они представляют собой химические вещества, которым свойственна высокая физиологическая активность. БАВ способны оказывать положительное действие на человека даже при небольших концентрациях. Оно может выражаться в стимулировании работы мозга, тонизировании организма, а также способствовать концентрации внимания.

Чтобы готовый пищевой продукт имел в своем составе биологически активные вещества и обладал указанными выше свойствами, учеными совершенствуются существующие технологии производства продуктов, проводятся исследования и разрабатываются новые составы из компонентов биологических систем. Примером могут служить новые мучные кондитерские изделия с использованием биологически активных веществ растительного и животного происхождения, пищевые продукты на растительной основе повышенной биологической ценности, кисломолочные напитки смешанного сырьевого состава, обогащенные биологически активными веществами и т. д. Таким образом, повышение содержания БАВ в пищевом продукте может осуществляться как путем интенсификации извлечения их из сырья, так и введением в состав в виде отдельного компонента [3, 42, 49].

Наиболее известным российскому потребителю продуктом с содержанием биологически активных веществ является кофе.

Одним из движущих факторов, влияющих на представление кофе и кофейной продукции как источника биологически активных веществ, является реклама и маркетинг.

Прямым конкурентом кофе является чай. Однако, объем российского рынка сбыта кофе в последние четыре года почти в два раза превысил по своему объему потребление чая. При этом в мировом рейтинге потребления кофе Россия находится в первой десятке стран, а в рейтинге потребления кофе растворимого ей отводится первое место. Согласно статистическим и аналитическим данным, таких рейтингов российскому рынку кофейной продукции удалось достичь всего лишь за 7-8 лет. А конец этого периода в свою очередь характеризуется ростом потребления более дорогой продукции. В частности, была отмечена тенденция потребления натурального кофе в зернах и снижение потребления кофе натурального растворимого. Аналитики связывают это с повышением доходов населения, расширением ассортимента зернового кофе на рынке, появлением современных механических и компьютеризированных кофе-машин, привлекающих внимание современного потребителя. Кофе растворимый все еще остается лидером, и на долю его приходится порядка 65-70% от общего объема производимой продукции [2, 52].

Чтобы привлечь потребителя, производители меняют технологические приемы производства кофе, акцентируя на этом внимание в своих рекламных кампаниях. В то же время представители ученого сообщества, например Ю.Г. Рудась, Д.Е. Степанов, не перестают работать над совершенствованием технологии производства кофейной продукции [48, 51].

Кофе растворимый, как известно, является продуктом на основе сырья растительного происхождения. Он обладает множеством полезных и питательных свойств. Биологические компоненты кофе обуславливают его бодрящее действие на организм человека. Именно поэтому этот напиток так популярен среди населения - употребляется по утрам и в течение дня для поддержания работоспособности.

Одним из самых известных биологически активных веществ кофе является кофеин. Правильное и, что самое важное, полное извлечение кофеина из используемого сырья, наравне с другими компонентами, при производстве растворимого кофе, является важной задачей для производителя. Это

подразумевает неотъемлемую минимизацию потерь компонентов, в том числе БАВ, которые могут переходить в производственные отходы.

Только в условиях постоянного совершенствования технологии и поиска новых методов извлечения компонентов производитель сможет гарантировать продукту наличие в его составе необходимых веществ, в том числе тех, на которые ориентируется потребитель, ожидая эффект повышения работоспособности, прилив бодрости и сил [52].

В настоящее время существует множество подходов к осуществлению технологии экстрагирования кофе на производстве. Однако большинство из них сводится к извлечению растворимых веществ водой при различных температурах, давлениях и длительности проведения экстракции. При этом данные методы экстрагирования, как правило, не усложняются дополнительными способами интенсификации извлечения веществ, входящих в состав кофе.

Но потребность в разработке и внедрении новых методик экстрагирования очевидна. Так, современные предприятия периодически сталкиваются с проблемами, заключающимися в нестабильном количественном составе компонентов в готовой кофейной продукции. Это выражается как в потерях по растворимым сухим веществам, то есть в показателе, выражающем норму расхода сырья на объем производимой продукции, так и в неполном извлечении отдельных химических соединений.

Среди современных подходов к обработке биологических объектов можно выделить ультразвуковой метод. Озвучивание систем ультразвуком применяется в медицине, металлообработке и т.д. Помимо перечисленных отраслей, ультразвук может использоваться и в пищевой промышленности.

В основу рабочей гипотезы проведенного исследования заложено предположение о том, что ультразвуковая обработка на этапе экстрагирования натурального жареного молотого кофе способна оказывать положительное влияние на степень извлечения растворимых сухих веществ и биологически активных компонентов, их соотношение в экстракте кофе, его качество и физико-химические характеристики.

Научная новизна проведенного исследования заключается в следующем:

- предложено применение ультразвуковой обработки на этапе получения экстракта кофе натурального жареного молотого с целью интенсификации процесса извлечения биологически активного компонента кофеина;

- установлено влияние ультразвуковой обработки смеси кофейного жмыха с экстрактом кофе на уровень образования 5-гидроксиметилфурфурола, являющегося показателем качества и безопасности продукции;

- доказано влияние ультразвуковой обработки смеси кофейного жмыха с экстрактом кофе на активность воды в системе «вода - кофе» на этапе получения экстракта натурального жареного молотого кофе.

Практическая значимость работы:

- показана возможность применения ультразвуковой обработки при получении экстракта натурального жареного молотого кофе;

- установлено влияние ультразвуковой обработки экстракта натурального жареного молотого кофе на степень извлечения кофеина, что отвечает принципам ресурсосберегающих технологий в рамках современной тенденции стремления предприятий к безотходному производству;

- обоснована необходимость контроля и стандартизации содержания 5-гидроксиметилфурфурола в экстракте кофе при производстве кофе натурального растворимого для обеспечения качества и безопасности готовой продукции;

- предложена модернизированная технологическая схема производства сублимированного натурального растворимого кофе с применением ультразвуковой технологии.

Методология исследования. При проведении теоретического и практического этапов исследования в рамках разрабатываемой темы применялись стандартные и оригинальные методики определения органолептических,

физических и химических показателей. С целью анализа результатов, полученных в ходе исследования, были использованы методы их статистической обработки с привлечением приложений программной среды компьютерной техники.

Положения, выносимые на защиту.

- научное обоснование параметров ультразвуковой обработки с целью совершенствования технологии экстрагирования компонентов кофе-сырья при производстве натурального растворимого кофе в рамках безотходных технологий;

- влияние параметров ультразвуковой обработки при получении экстракта натурального жареного молотого кофе:

а) на степень извлечения растворимых сухих веществ;

б) на степень извлечения биологически активного вещества кофеина;

в) на уровень образования 5-гидрокисметилфурфурола;

г) на активность воды системы «кофе - вода» и хранимоспособность экстракта;

- выбор оптимального режима ультразвуковой обработки для повышения качества и безопасности производимого натурального растворимого кофе.

Объем и структура диссертационного исследования. Диссертация включает введение, 4 главы, выводы, список использованных источников и приложений. Объем работы составляет 130 страниц машинописного текста, который включает 19 рисунков, 28 формул, 9 таблиц, приложение. Список литературы состоит из 124 наименований.

Апробация работы. Результаты диссертационного исследования были доложены на следующих мероприятиях: II Всероссийский конгресс молодых ученых (СПб, СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2013 г.); VI Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (СПб, СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2013 г.); III Всероссийский конгресс молодых ученых (СПб, СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2014 г.); Научно-практический

семинар «Функциональные продукты из сырья растительного происхождения» (СПб, СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2014 г.); Научная школа-семинар для молодых ученых «Качество и безопасность продукции: проблемы и пути решения» (СПб, ФГБОУ ВПО СПбГТЭУ, 2014 г.); IV Всероссийский конгресс молодых ученых (СПб, СПб НИУ ИТМО ИХиБТ, 2015 г.).

Печатные труды. По результатам научного исследования было опубликовано 9 печатных трудов, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных Высшей Аттестационной Комиссией Российской Федерации (ВАК РФ).

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Кофе в пищевой промышленности 1.1.1 Характеристика кофе-сырья

Согласно историческим данным, о кофе известно человеку с середины восьмого века. Термин «кофе» возник от арабского слова «каави». Месторождением кофе являются северо-восточные районы Эфиопии со стороны Красного моря, юго-запад Саудовской Аравии и Йемен [6].

Поначалу кофе употребляли в виде сырых зерен, а не готовили из них напиток. В дальнейшем жители Йемена научились получать раствор из зрелой высушенной мякоти зерен, имеющий множество наименований, такие как «гешир», «кишр», «гышр», «белый йеменский кофе» [43].

Кофейное растение, или дерево, относится к роду Coffea Linney семейства Мареновые, они же Rubiaceae. На практике широко используются следующие ботанические виды кофейных растений: Аравийский кофе Coffea Arabica Linney (общеизвестное название - Арабика); Coffea Canephora Pierre, известный российскому потребителю как Робуста; и, наконец, Coffea Liberica Hiern, иными словами Либерика [66, 83].

Помимо выше перечисленных, которые преобладают в качестве сырья для российского рынка кофе, существует еще свыше 25 ботанических видов дикорастущих кофейных растений. Отдельно можно выделить такие гибриды видов Арабика и Робуста как Coffea Arabusta, Coffea Timor и т. д. Выращивание гибридов осуществляется с целью повышения урожайности, устойчивости к морозам и заболеваниям. Однако ведущие мировые кофейные компании не склонны использовать такое сырье [113].

Порядка 70% от всего производства кофе в мире приходится на Арабику. Этот вид кофе свойственен Латинской Америке, а также преобладает в центральной Африке и Азии. Оставшиеся 30% кофейной промышленности заняты производством кофе на основе сырья вида Робуста, которое культивируется в

странах Восточной Африки, Юго-Восточной Азии и Бразилии. Либерика, которую выращивают на Западном побережье Африки, занимает слишком малый объем производства [114].

На особенности кофейного растения влияет географическое расположение, климат, уход. Поэтому кофейные компании относятся к выбору поставщика с особой тщательностью, изучая климатические особенности районов, в которых произрастает закупаемое сырье [102].

В кофейной промышленности, как правило, оперируют торговыми названиями кофе-сырья и не используют наименования, образованные согласно происхождению конкретного ботанического вида кофе. Торговое название формируется по принадлежности к месту вывоза (порт) или выращивания кофейных растений.

Допускается смешение нескольких ботанических сортов кофе внутри одного торгового сорта, но если осуществляется смешение разных видов кофе, приводящее к образованию неоднородного состава, такое сырье является фальсифицированным. При этом ассортимент торговых сортов кофе постоянно меняется, что обусловлено неурожайностью, старением плантаций, заменой насаждений, гибелью растений от заморозков, вредителей, болезней [53].

Одними из наиболее популярных сортов Арабики на зарубежных и российских производствах являются вьетнамские, бразильские, колумбийские, камерунские. В свою очередь на долю Робусты приходятся сорта из Эфиопии, Индонезии, Кении и Камеруна, Анголы, Вьетнама и Бразилии.

Различать сорта кофе одного вида одной страны позволяет система индексирования. Индекс свидетельствует о наличии (отсутствии) тех или иных дефектов качества. В основе системы лежит документация Американской Ассоциации «Спешиалти» Кофе (The Specialty Coffee Association of America Green Arabica Coffee Classification System) - The Specialty Coffee Association of America Defect Handbook [124]. Аналогичная ассоциация существует и в Европе.

Под термином «спешиалти» подразумевается кофе, который соответствует по своим свойствам ряду требований к сырью, из которого его произвели: это

правильное выращивание и своевременный сбор урожая; грамотная обработка и обжарка сырья с сохранением всех его достоинств; последующая упаковка зерна в сертифицированную, качественную тару.

Примером названия кофе-сырья может служить следующее - Dak Nong Vietnam Arabica green coffee beans with Fairtrade certification G1. Из названия становится понятно, что кофе выращено во Вьетнаме в провинции Дакнонг (Dak Nong Vietnam), принадлежит к виду Арабика (Arabica green coffee Beans), имеет сертификат качества (with Fairtrade certification), индексируется как кофе «спешиалти» (G1). Таким образом, данный кофе не имеет дефектов качества, а также принадлежит к сорту с особенно хорошим вкусом, ароматом и внешним видом.

Несмотря на то, что сырье, используемое для производства натурального растворимого кофе, может принадлежать к рангу «спешиалти», не исключены проблемы, связанные с извлечением отдельных веществ в экстракт, в том числе БАВ.

Типичным примером может служить низкое содержание кофеина в растворимом кофе, произведенным из вида Арабика. Как известно, в Арабике содержание кофеина меньше, чем в Робусте или Либерике. Поэтому важной задачей для производства является не только правильное регулирование соотношения извлекаемых в экстракт из имеющегося сырья ароматических и растворимых сухих веществ, но и максимально полное извлечение БАВ. Для этого необходимо строго контролировать процессы экстракции и совершенствовать существующие подходы к ее проведению.

1.1.2 Химический состав кофейного зерна

1.1.2.1 Общее представление о химических соединениях кофе

Химический состав кофейного зерна весьма сложный. Так, экстрактивные вещества кофе представлены алкалоидами, белками, фенольными соединениями, моносахарами и дисахарами, липидами, органическими кислотами, аминокислотами, минеральными элементами и другими веществами.

В то же время кофе-сырье - это биологический объект, который содержит воду, имеющую большое значение в превращениях биохимического и физико-химического характера, протекающих в клеточной структуре зерен. Сырые зерна зеленого кофе обладают капиллярно-пористой коллоидной структурой, которая обуславливает необходимость строгого контроля метеорологических характеристик в помещении при хранении сырья. Влагосодержание зеленого кофе при соблюдении всех требований хранения находится в пределах от 9 до 14% [88].

Зерна кофе способны к выделению и поглощению влаги, благодаря указанным особенностям строения. В случаях, когда относительная влажность воздуха в помещении хранения достигает значения 75% и выше, кофе теряет потребительские свойства, появляются плесневелые запах и вкус [103]. Именно поэтому на любом промышленном кофейном предприятии оказывают повышенное внимание влажности поступающего сырья.

Вместе с влажностью ключевыми маркерами качества сырья и производимых в дальнейшем полуфабрикатов и готовой продукции служат массовые доли растворимых сухих веществ, а также отдельных важных компонентов, среди которых выделяют алкалоиды.

Типичными представителями алкалоидов кофе являются метилированные производные пурина: кофеин, теобромин, теофиллин, тригонеллин. Несомненно, в этом списке основным алкалоидом является кофеин, но сначала следует обратить внимание на другие не менее важные химические соединения,

оказывающие влияние на вкусовые, ароматические и потребительские свойства кофе в целом.

Тригонеллин, другое название - метилбетаинникотиновая кислота. Образуется вследствие реакции метилирования никотиновой кислоты [72]. Обнаруживается в Арабике в количестве 1,0-1,2%, в Робусте содержание порядка 0,60-0,74%, а в сортах вида Либерика - 0,2-0,3%. Тригонеллин является основным предшественником образования никотиновой кислоты в кофейных зернах, что происходит в процессе обработки сырья [63]. Данный алкалоид определяют на производстве лишь при необходимости. Например, при приемке абсолютно нового для предприятия кофе-сырья.

Теобромин представляет собой диметилксантин. При окислении образует монометилаллоксан и монометилмочевину [64]. В зернах кофе содержание теобромина невелико - порядка 1,5-2,5 мг-%; в таком же положении находится и теофиллин, или 1,3-диметилксантин, представленный в зернах кофе в количестве от 1,0 до 4,0 мг-% [69, 119].

Фенольные соединения представляют собой хлорогеновые кислоты и дубильные вещества. Хлорогеновые кислоты - моноэфиры и диэфиры коричной и хинной кислот. В кофе они представлены смесью из порядка десяти соединений [76]. Изохлорогеновая кислота представляет собой смесь дикофеилхинной кислоты, как правило, из трех фракций (ее изомеров) [86]. Кофе-сырье содержит порядка 7-10% хлорогеновых кислот. Они играют важную роль в формировании цвета кофе. Так, в процессе обжарки под действием температуры содержание их снижается почти в 3 раза. В результате увеличивается содержание кофейной и хинной кислот. Протекают реакции с аминокислотами, белками, что приводит к образованию темноокрашенных соединений [68, 106]. При обжаривании зерен на кофейных предприятиях контролируют цвет получаемого полуфабриката. Ориентируясь на цвет, выставляют необходимые параметры температуры и длительности обжаривания, что в дальнейшем оказывает влияние на расход фенольных соединений, участвующих в химических реакциях и приводящих к изменению цвета полуфабриката.

Среди дубильных веществ кофе можно выделить таннин, массовая доля которого составляет порядка 3,6-7,7%. Роль его такова, что в результате тепловой обработки зерен кофе, в процессе которой действует фермент-окислитель полифенолоксидаза, образуются темноокрашенные пигменты. Помимо этого, таннин принимает участие и в формировании вкуса обжаренного кофе. И в случае «пустого» вкуса у полуфабриката можно предполагать чрезмерное обжаривание, которое привело к почти полному разрушению таннина [78].

Белковые вещества в Арабике, Робусте и Либерике присутствуют примерно в одном количестве. В состав белков кофе входят 20 аминокислот - это и глутаминовая, и аспарагиновая, глицин, лейцин и др. [79]. Общее же содержание белков снижается в ходе обжарки примерно на 15%, и они трансформируются в белковоподобные вещества - соединения белков или их фрагментов с углеводами или веществами ароматической природы - фенольными соединениями [118]. Свободные аминокислоты участвуют в формировании цвета и аромата кофе, вступая в сахароаминные и хинониминные реакции [74].

Содержание липидов в Арабике колеблется в пределах 12-18%, в Робусте -9,0-13,4%, Либерике - 11-12%. Жирные кислоты, входящие в состав липидов, определяют характерные особенности липидов, а их содержание варьируется в сортах одного и того же вида кофе. Непредельные жирные кислоты достигают по своему содержанию в общей массе кислот 60%, что является определяющим фактором окислительных превращений кофейного масла [94, 112].

Масло кофе содержит порядка 4% фосфатидов. В масле зерен Арабики и Робусты около 7-20% неомыляемых компонентов липидов, представленных дитерпенами кафестролом и кавеолом в виде эфиров жирных кислот [54, 75].

Органические кислоты представлены лимонной, яблочной, малеиновой, уксусной и щавелевой. Их содержание в разных видах и сортах кофе отлично друг от друга [77].

Углеводы составляют порядка 50-60% общей массы сырых кофейных зерен. Они представлены сахарозой в количестве 6-10%, целлюлозой - 5-12%, пектиновыми веществами - 2-3%, высокомолекулярными полисахаридами

(клетчатка, лигнин). Помимо прочего, в зернах кофе присутствуют глюкогалактоманнан и галактоза, манноза и арабиноза [70]. Стоит отметить и следующую особенность: в Арабике преобладает сахароза, а в Робусте -редуцирующие сахара [107].

Углеводы подвергаются серьезным изменениям в ходе обжарки, как и многие другие компоненты кофе. Сахароза почти полностью исчезает. В самом начале термической обработки резко снижается содержание моносахаридов, что обусловлено их расходом на реакции карамелизации и меланоидинообразования [105].

Количество минеральных веществ обуславливается сортом кофе, районом произрастания, способом обработки, особенностями, химикатами, направленными на удобрение и уничтожение вредителей плантаций. Общее количество минеральных веществ варьируется в пределах от 3,0 до 4,5%. Около половины приходится на калий, в меньшей степени присутствуют магний и кальций, и далее - натрий, железо, марганец и др. [82]. В течение долгих лет экспериментов, направленных на улучшение потребительских свойств готового продукта, было установлено, что чем выше массовая доля цинка, марганца и рубидия в сырых зернах кофе, тем лучше вкусо-ароматические свойства продукта. Обжарка кофе ведет к увеличению содержания минеральных веществ до 5-7%, вследствие снижения количества сухого вещества [65].

Обжаренный кофе богат ароматическими веществами, число которых свыше трехсот. Основной критерий качества кофе - его аромат, который обусловлен такими серосодержащими летучими компонентами как фурфурилмеркаптан, фурфурилметилсульфид, фурфурилметилдисульфид [84].

Витамины представлены тиамином (витамин В1), рибофлавином (витамин В2), пантотеновой кислотой, никотиновой кислотой (витамин РР), пиридоксином (витамин В6), токоферолом (витамин Е) [81].

Ферменты в кофе представлены оксидоредуктазами, гидролазами, трансферазами и изомеразами. Все они формируют сложную ферментную систему, играющую важную роль в формировании вкусо-ароматических свойств

готового продукта как на стадии обжаривания сырья, так и в ходе получения экстракта [96].

1.1.2.2 Ключевые химические соединения кофе

В ряду алкалоидов кофе (кофеин, теобромин, теофиллин, тригонеллин) кофеин является самым важным. Он известен также под названием 2,6-диокси-1,3,7-триметилпурин, или 1,3,7-триметилксантин (рисунок 1.1).

Он бесцветен и не имеет запаха, а при растворении в воде дает горький привкус. Кофеин в виде кристаллогидрата имеет форму длинных хрупких шелковистых игл. Температура плавления безводного кофеина составляет 236,5°С Он растворим в неполярных растворителях (хлороформ, метиленхлорид, дихлорэтилен). Если же растворение кофеина осуществлять в воде, то такие жидкости обладают приближенным к нейтральному значению активной кислотности. Взаимодействие кофеина с кислотами приводит к образованию солей [71].

О

сн

з

Рисунок 1.1 - Структурная формула кофеина

Содержание кофеина меняется в зависимости от вида и сорта кофе. Например, Аравийский кофе содержит около 0,6-1,2%, Робуста - порядка 1,83,0%, Либерийский кофе - 1,2-1,5%.

Содержание кофеина в зернах имеет первостепенное значение при оценке качества сырья и установлении технических требований для него, а также для готового продукта [108].

При производстве кофе натурального растворимого на промышленных предприятиях постоянно отслеживают содержание кофеина в полуфабрикате и в готовой продукции. Кофеин является ключевым и одновременно финальным фактором, отражающим правильность проведения всех этапов производства кофе. По его содержанию можно вести речь о том, соблюдались ли температурные режимы обработки, использовался ли необходимый объем воды. Этот алкалоид является настолько значимым и показательным фактором проведения процесса, что по его содержанию можно отслеживать также и правильность работы оборудования, оценивать его техническое состояние.

Помимо кофеина, в роли индикаторов качества производимой продукции и правильности проведения процессов могут служить и другие вещества. Одним из таких соединений является 5-гидроксиметилфурфурол (5-ГМФ, рисунок 1.2). Его образование связано с разложением моносахаров в результате высокотемпературной, химической или нестандартной механической обработки сырья [8, 10].

Рисунок 1.2 - Структурная формула 5-гидроксиметилфурфурола [123]

Как правило, обнаруживается 5-гидроксиметилфурфурол на стадии получения экстракта кофе. По его содержанию можно, как и по количеству кофеина, судить о правильности проведения процесса экстракции кофе и выдерживании температурных режимов. Это органическое соединение при больших концентрациях может оказывать токсическое действие на организм человека. В России его содержание нормируется лишь в меде. Но при этом данное соединение однозначно является показателем качества и безопасности пищевой продукции. А его определение в экстракте в условиях промышленного производства натурального растворимого кофе может и должно являться инструментом идентификации степени разложения и растворения сухих веществ, в частности углеводов [67, 100, 115].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Герасимов Дмитрий Владиславович, 2015 год

Библиография

Технический союза. О продукции

[2]

СанПиН 2.1.4.1074-01

[3]

МУК 2.6.1.2944-2011

регламент таможенного безопасности пищевой

Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества

Контроль эффективных доз облучения пациентов при проведении медицинских рентгенологических исследований

Лист регистрации изменений

№ изменения Дата внесения изменения Номера листов (страниц) Основание для изменения Должность, ФИО, внесшего изменения Подпись Дата введения изменений

Измененных Новых Аннулированных

1 2 3 4 5 6 7 8 9

УДК 663.93 ОКС 67.140.20

Ключевые слова: сублимированный натуральный растворимый кофе, технические требования, правила приемки, методы контроля, транспортирование, хранение, срок годности, требования безопасности.

Руководитель подразделения - разработчика

должность личная подпись инициалы, фамилия

Руководитель разработки

должность личная подпись инициалы, фамилия

Исполнитель

должность личная подпись инициалы, фамилия

Отдел стандартизации

должность личная подпись инициалы, фамилия

Юридический отдел

должность личная подпись инициалы, фамилия

СОГЛАСОВАНО

должность личная подпись инициалы, фамилия

АКТ № 1

ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты исследования аспиранта Университета ИТМО Герасимова Дмитрия Владиславовича, выполненные в процессе работы над диссертацией на тему «Совершенствование технологии экстрагирования биологически активных веществ при производстве кофе натурального растворимого с применением ультразвука» были использованы при анализе факторов, оказывающих влияние на процесс извлечения растворимых сухих веществ (в том числе биологически активных) из кофе-сырья на этапе получения экстракта натурального жареного молотого кофе.

Начальник производства ООО «Якобе Рус»

И.Ю. Иванов

Аспирант кафедры ПБ ФГАОУ ВО СПб НИУ ИТМО

Д.В. Герасимов