Исследование природного лигнина настоев ореха кедра Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 663.8

Исследование природного лигнина настоев ореха кедра

ЕА. Лопачев; ГА. Ермолаева,

д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств

М.В. Беляков,

канд. техн. наук, доцент Филиал «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

В традиционных технологиях ли-кероводочного производства используют настои, имеющие своеобразный цвет за счет содержания в них естественных окрашивающих веществ. Например, в настоях ореха кедрового содержатся поли-фенольные соединения, относящиеся к танинам и лигнинам. Эти по-лифенольные соединения переходят в полуфабрикаты после настаивания ореха кедра в несколько технологических приемов [1].

Известно, что полифенольные соединения содержатся именно в скорлупе ореха. Химический состав скорлупы кедрового ореха составляют: клетчатка — 69 %; целлюлоза — 38,6; лигнины — 23,8; гемицеллюло-за — 7,7; пентозаны — 22,67; жиры и смолы — до 3,4; белки — до 1,8; зола — до 0,9 %, и т. д. Если подробнее рассмотреть вещества, способные к окрашиванию в отдельности, то можно сделать вывод, что лигни-нов в скорлупе содержится больше. Молекулы лигнина построены главным образом из остатков замещенных фенолоспиртов (рис. 1). Лигнин скрепляет целлюлозные волокна растений, составляет основу клеточных стенок растений и вместе с целлюлозой определяет механическую прочность стволов и стеблей. Он снижает проницаемость клеточных стенок для воды и питательных веществ; входит в состав почти всех растений (в древесине 20-30 %) [2].

Все типы лигнинов включают метоксилированные элементарные звенья, поэтому для лигнинов характерно присутствие метоксиль-ных групп, относительное содержа-

ние которых служит указанием на принадлежность выделенного препарата к определенному семейству растений [3].

Полимер почти не усваивается при пищеварении у высших животных; в природе его перерабатывают различные грибы, насекомые, земляные черви и бактерии. Гидролизный лигнин получают на химических производствах. Причем последний обладает антиоксидантны-ми, хорошими сорбционными свойствами. Но в настоях спиртованных содержится природный лигнин [3].

Дубильные вещества, также известные как танины, являются также полифенольными соединениями растительного происхождения. Они представляют собой аморфный светло-желтый порошок [3].

Природный лигнин в настоях ореха кедра изучен недостаточно, так как не установлено содержание лигнина в настоях, а также неясно, возможно ли при производстве сократить количество не усваивающегося компонента. Целью данного исследования и был ответ на эти вопросы.

В работе проводили фотометрические исследования, основанные на измерении интенсивности пропускания, поглощения или рассеяния ультрафиолетового излучения исследуемым веществом. Люминесценция (от лат. ¡ыштз — свет) — один из видов подобного излучения вещества. Излучение наблюдается при переходе центров люминесценции из возбужденного электронного состояния в основное. Появлению люминесценции непременно пред-

ПИВО и НАПИТКИ

4•2017

шествует поглощение энергии возбуждения, сообщаемой веществу тем или иным способом [4].

Исследование проводили на спектрофотометре «Спекол 210». Спектрофотометры позволяют разлагать белый свет в непрерывный спектр, выделять из этого спектра узкий ин-

тервал длин волн, в пределах которого световой пучок можно считать монохроматическим (ширина выделяемой полосы спектра 1-20 нм), пропускать изолированный пучок света через анализируемый раствор и измерять с высокой степенью точности интенсивность этого пуч-

(116 А) (116 В)

Рис. 1. Приблизительная формула строения лигнина ореха кедра

Рис. 2. Спектры светопропускания:

1 - для настоя I слива; 2 - для настоя II слива; 3 - для спиртового настоя крепостью 96%

СЫРЬЕ и МАТЕРИАЛЫ

ка. Поглощение света окрашенным веществом в растворе измеряют, сравнивая его с поглощением нулевого раствора. В фотометрическом спектрофотометре сочетаются два основных прибора: монохроматор, служащий для получения монохроматического светового потока, и фотоэлектрический фотометр, предназначенный для измерения интенсивности света [4].

Монохроматор состоит из трех основных частей: источника света, диспергирующего устройства (устройства, разлагающего белый свет в спектр) и приспособления, регулирующего величину интервала длин волн светового пучка, падающего на раствор. Для разложения света в спектр применяются стеклянные и кварцевые призмы, а также дифракционные решетки. Призмы обладают довольно большой дисперсией и большой светосилой. Кварцевые призмы дают возможность работать в ультрафиолетовой области спектра. Очень важной деталью спектрофотометра является щель, с помощью которой можно регулировать интенсивность светового потока: чем меньше ее раскрытие, тем меньше света проходит через нее и тем уже интервал длин волн светового пучка, пропускаемого щелью [4]. Фотоэлектрический фотометр состоит из вакуумных фотоэлементов, усилителя постоянного тока и компенсирующего устройства (потенциометра), шкала которого проградуирована в единицах оптической плотности и процентах светопропускания. В основу работы спектрофотометра положен принцип измерения отношения двух световых потоков: потока, прошедшего через исследуемый образец, и потока, падающего на исследуемый образец (или прошедшего через контрольный образец). После измерения рассчитывает коэффициент пропускания исследуемого образца. Значение измеренной величины высвечивается на цифровом фотометрическом табло [4].

Для анализа спектров раствора были выполнены следующие последовательные измерения:

1) спектр возбуждения при синхронном сканировании;

2) спектр люминесценции;

3) спектр возбуждения.

На рис. 2 показаны кривые коэффициента пропускания.

4•2017 ПИВО и НАПИТКИ 49

Таблица 1

Таблица 2

Длина волны X, нм I слива Ф (X)■V(X) II слива Ф (Ч^ф.) 96% раствора

390 0,00093 0,001252 0,001528

400 0,000932 0,001326 0,00157

410 0,02335 0,0344 0,03945

420 0,0958 0,136 0,163

Образец Коэффициент светопропускания

I слив 73,77%

II слив 83,93%

96%-ный раствор 85,51%

П, ф, о.е

550 X, нм

Рис. 3. Спектр возбуждения и спектры люминесценции для первого раствора: 1 - спектр возбуждения; 2, 3,4 - спектры люминесценции

Коэффициент пропускания служит спектральной характеристикой раствора и зависит от спектра падающего излучения, как показано в формуле (1):

,[0770 ФоШ: —X)

Ь0 Фт(Г)У(;—)(}(к)

(1)

где X — длина волны, нм; т — интегральный коэффициент внутреннего пропускания; Фin (X) — спектральная плотность потока излучения, вошедшего в среду; ФоШ: (X) — спектральная плотность потока излучения, дошедшего до выходной поверхности; У(Х) — относительная спектральная световая эффективность монохроматического излучения для дневного зрения [2].

Посчитав коэффициент пропускания для растворов — настоев ореха кедра — получаем данные, заносим их в табл. 1.

Аналогично рассчитаем для диапазона 420-770 нм и вычислим соотношения в процентах коэффициента пропускания (на сколько процентов происходит

пропускание света), заносим их в табл. 2.

Как видно из получившихся данных, в интервале 350-650 нм, во втором настое выше коэффициент пропускания. Это объясняет то, что красящие вещества — лигнин и танин — растворяются за 2 сут настаивания и переходят в I слив, а во II сливе их значительно меньше

^ Фл °.е 1,0

несмотря на длительность (1 мес) настаивания.

На рис. 3 приведен график, полученный с помощью спектроф-луориметра «Флюорат-02-Пано-рама».

Из рис. 3 видно, что в первом образце с концентрацией водно-спиртовой смеси 96 % трехмо-дальный спектр возбуждения описывает природу одного вещества. Известно, что присутствие других сложных органических веществ в растворе может сдвигать максимумы и минимумы в ту или иную сторону, а также, что отклонение может быть значительным, около 10-35 нм [5, 7].

УФ-спектр лигнинов: 205 нм (сильный максимум), 230 нм (плечо), 260 нм (минимум), 275-282 нм (максимум), 300-360 нм (плечо). Как видно из графика, максимумы смещены вправо на 25-35 нм [2].

Форма кривой возбуждения, а также три максимума отличается от изученных работ авторов, что обусловлено взаимодействием спирта с органическими кислотами и его селективностью, характерной только для данного раствора [6, 7].

По рис. 4 можно сказать, что анализ осложнен темной окраской раствора, природой которой служат лигнины и танины кедрового ореха, что выражается в относительно слабом сигнале. Таким образом, прибор с большей вероятностью фиксирует люминесценцию красящих веществ в максимуме 300 нм, что соответствует лигнину.

X, нм

Рис. 4. Спектр возбуждения и спектры люминесценции для настоя I слива: 1 - спектр возбуждения; 2 - спектры люминесценции

п

50 ПИВО и НАПИТКИ

4•2017

В настое II слива уже наблюдается более устойчивый сигнал для того же вещества.

Проанализировав данные растворов по спектральным зависимостям для полуфабрикатов ли-кероводочной продукции, можно сделать вывод, что красящие вещества кедрового ореха переходят в первый настой, причем характеристики отличаются в 8-10 раз. Так как лигнин не усваивается человеческим организмом, то можно внести рекомендации в рецептуры по использованию второго слива или частичного использования первого слива при настаивании.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ковалевский, К. А. Технология бро-

дильных производств: учебное пособие/ К. А. Ковалевский. — Киев: 2004. — 340 с.

2. Егорова, Е. Ю. Получение сорбента из скорлупы кедрового ореха методом низкотемпературной обработки/ Е. Ю. Егорова, Р. Ю. Митрофанов, А. А. Лебедева // Ползуновский вестник. — Барнаул: 2007. — № 3. — С. 35.

3. Браунс, Д. А. Химия лигнина/Д. А. Бра-унс, Ф. Э. Браунс. — М.: Лесная промышленность, 1964. — 855 с.

4. Гришаева Т. И. Методы люминесцентного анализа:учебное пособие для вузов. / Т. И Гришаева. — СПб.: АНО НПО «Профессионал», 2003. — 226 с.

5. Абрамова, И. М. Решение проблемы идентификации этилового спирта различного происхождения в це-

лях совершенствования контроля безопасности и качества ликеро-водочной продукции /И. М. Абрамова, В. А. Поляков // Техника и технология пищевых производств. — Кемерово: 2012. — № 3 (26). — С. 27.

6. Егорова, Е. Ю. Ароматические альдегиды экстрактов растительного сырья, используемого в производстве ликероводочных изделий/ Е. Ю. Егорова, Д. Ю. Сысоева, Е. Д. Рожнов, Ю. В. Мороженко // Ползуновский вестник. — Барнаул: 2014. — № 4 (т. 2.) — С. 12.

7. Беляков, М. В. Оптические спектральные свойства семян растений /М. В. Беляков // Материалы докладов и сообщений XI Российской конференции по тепло-физическим свойствам веществ. Т. 2. — СПб.: 2005. — С. 65. &

Исследование природного лигнина настоев ореха кедра

Ключевые слова

напитки; лигнин; орех кедра; настои; спектрофотометр. Реферат

В производстве ликероводочных изделий часто используют в качестве полуфабрикатов настои ореха кедра. Орех кедра в своей скорлупе содержит окрашивающие вещества лигнины и танины. В природе существует огромное разнообразие лигнинов, при этом состав и количество лигнинов в настоях орехов кедра изучены недостаточно. Лигнин в организме человека не усваивается, но на окраску настоев и готовых изделий влияет именно он. Цель данного исследования - доказать присутствие лигнина в настоях, использующихся в качестве полуфабрикатов в производстве, а также выяснить, какое количество лигнина переходит в настой. В качестве объектов исследования рассматривался настой ореха кедра, настоенный 2 сут и 30 сут. В качестве определителя использовался «Спекол 210» и спектрофлуориметр «Флюорат-02-Панорама». В процессе исследования посчитано количество лигнина, и внесены рекомендации к производству настоев существующей технологии. Проанализировав данные растворов по спектральным зависимостям для полуфабрикатов ликероводочной продукции, можно сделать вывод, что красящие вещества кедрового ореха переходят в первый настой, причем характеристики отличаются в 8-10 раз. Так как лигнин не усваивается человеческим организмом, то можно внести рекомендации в рецептуры по использованию второго слива или частичного использования первого слива при настаивании.

Авторы

Лопачев Егор Александрович, аспирант; Ермолаева Галина Алексеевна, д-р техн. наук, профессор; Московский государственный университет пищевых производств, 125080, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11, [email protected], [email protected] Беляков Михаил Владимирович, канд. техн. наук, доцент Филиал «Национальный исследовательский университет «МЭИ» 214013, г. Смоленск, Энергетический проезд, д. 1

The Research of Natural Lignin of Infusions of Pine's Nuts of Liqueur Production

Key words

beverage; lignin; pine nut; infusions; spectrophotometer. Abstract

In the production of alcoholic beverages, cedar nut infusions are often used as semi-finished products. Nut cedar in its shell contains the coloring substances of lignins and tannins. In nature, there is a huge variety of lignins, while the composition and amount of lignins in the infusions of cedar nuts are not well understood. Lignin in the human body is not digested, but it is he who influences the coloring of infusions and finished products. The purpose of this study is to prove the presence of lignin in infusions used as semi-finished products in production, and also to determine how much lignin passes into the infusion. As objects of research, the infusion of cedar nut, day 2 and 30 days was considered. As a determinant, Spokol 210 and Fluorat-02-Panorama spectrofluorimeter were used. During the study, the amount of lignin was counted, and recommendations were made for the production of infusions of the existing technology. Analyzing the data of solutions based on spectral dependencies for semi-finished products of alcoholic beverages, it can be concluded that the cedar nut colorants pass into the first infusion, the characteristics differing by a factor of 8-10. Since lignin is not absorbed by the human body, it is possible to make recommendations in the formulations on the use of the second plum or partial use of the first plum when infused.

Authors

Lopachev Egor Alexandrovich, Post-graduate Student;

Ermolaeva Galina Alexeevna,

Doctor of Technical Science, Professor;

Moscow State University of Food Production,

11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russia,

[email protected], [email protected]

BeliakovMihail Vladimirovich, Candidate of Technical Science

Branch «National Research University «MEI»

1 Energeticheskiy proezd, Smolensk, 214013, Russia

4•2017 ПИВО и НАПИТКИ 51