Аннотация

Изменение качества пищевых продуктов в процессе хранения обусловлено не только многофакторным воздействием окружающей среды, но и сложным составом продуктов. Разработка методов контроля этих изменений является важной задачей. Цель работы – изучить изменение физико-химических характеристик яблочного пюре при хранении при повышенных температурах (40–60 °С), определить масштабы этих изменений, выявить наиболее значимые изменяющиеся параметры и сравнить их с изменением органолептических свойств пюре.
Объектом исследования служило гомогенизированное пюре из яблок в упаковке из комбинированного материала. Термическую обработку проводили при 40, 50 и 60 °С. Определение цветометрических характеристик осуществляли в режиме: 45°/0°, источник света D65. Исследования времени протонной релаксации и измерение коэффициента диффузии воды (метод импульсного градиента) проводили на частоте 20 МГц. Анализ молекулярной динамики выполнен методом электронного парамагнитного резонанса спиновых зондов. При изучении содержания некристаллизирующейся воды методом дифференциальной сканирующей калориметрии охлаждение образцов осуществляли до –70 °С.
Установлено, что изменение цветового различия яблочного пюре при хранении происходит с постоянной скоростью в соответствии с кинетическим уравнением реакции нулевого порядка и энергией активации 92 кДж/моль. Выявлена корреляция изменений цвета, параметров протонной релаксации и органолептических характеристик при выдерживании образцов при 50 и 60 °С. Характер и масштабы изменения времени магнитной релаксации, коэффициента диффузии воды и содержания некристаллизующейся воды, а также результаты оптической микроскопии свидетельствуют о том, что основные изменения физической структуры пюре при термической обработке обусловлены агрегацией фрагментов клеток яблока.
Длительное выдерживание яблочного пюре при температурах 40–60 °С приводит к изменениям цвета, релаксационных характеристик протонов воды и количества некристаллизующейся при –70 °С воды, а также размеров агрегатов фрагментов клеток яблока. Соответствие значений энергий активации, определяемых методами цветометрии и протонной релаксации, указывают на общность процессов, ответственных за образование окрашенных структур и изменение состояния воды при термообработке пюре. Полученные результаты свидетельствуют о возможности и целесообразности использования данных физико-химических характеристик для количественной оценки изменения свойств яблочного пюре при термическом воздействии.

Ключевые слова

Пищевые продукты, хранение, качество, цветометрия, протонная релаксация, диффузометрия, дифференциальная сканирующая калориметрия, электронный парамагнитный резонанс

Вклад авторов

А. И. Сергеев проводил исследование, измерение характеристик продукта и анализ данных, писал статью. И. Г. Калинина проводила исследование и измерение характеристик продукта. Н. Г. Шилкина отрабатывала методику эксперимента и проводила исследование. И. И. Барашкова проводила эксперимент и анализ полученных результатов. М. А. Градова проводила эксперимент и анализ полученных результатов. М. В. Мотякин проводил эксперимент и анализ полученных результатов, редактировал статью. В. Б. Иванов про- водил анализ данных, готовил и редактировал статью.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена в рамках программы фундаментальных научных исследований РФ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Rocha AMCN, Morais AMMB. Self live of minimally processed apple (cv. Jonagored) determined by colour change. Food Control. 2003;14(1):13–20. https://doi.org/10.1016/S0956-7135(02)00046-4
2. Osuga R, Sakurai M, Orikasa T, Uemura M. Quality and microbial evaluation of fresh-cut apples during 10 days of supercooled storage. Food Control. 2021;126. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108014
3. Vaikousi H, Koutsoumanis K, Biliaderis CG. Kinetic modeling of non-enzymatic browning of apple juice concentrates differing in water activity under isothermal and dynamic heating conditions. Food Chemistry. 2008;107(2):785–796. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.08.078
4. Quintero Ruts NA, Demarchi SM, Massolo JF, Rodoni LM, Giner SA. Evaluation of quality during storage of apple leather. LWT. 2012;47(2):485–492. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.02.012
5. Prchalová J, Čížková H, Sevcik R, Hanušová K, Rajchl A. Evaluation of shelf-life of fruit baby food. Agronomy Research. 2016;14(2):556–558.
6. Joardder MUH, Mourshed M, Masud MH. State of bound water: Measurement and significance in food processing. Cham: Springer; 2019. 142 p. https://doi.org/10.1007/978-3-319-99888-6
7. Sergeev A, Mettu S, Zaborova V. The influence of extruded flour on water content and retrogradation process in muffins during storage: NMR relaxation study. Journal of Food Science and Technology. 2021;58(5):2028–2033. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04921-5
8. Leca A, Clerjon S, Bonny J-M, Renard CMGC, Traore A. Multiscale NMR analysis of the degradation of apple structure due to thermal treatment. Journal of Food Engineering. 2021;294. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110413
9. Marigheto N, Venturi L, Hills B. Tow-dimensional NMR relaxation studies of apple quality. Postharvest Biology and Technology. 2008;48(3):331–340. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2007.11.002
10. Chayaprasert W, Stroshine R. Rapid sensing of internal browning in whole apples using a low-cost, low field proton magnetic resonance sensor. Postharvest Biology and Technology. 2005;36(3):291–301. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2005.02.006
11. Hills BP, Duce SL. The influence of chemical and diffusive exchange on water proton transverse relaxation in plant tissues. Magnetic Resonance Imaging. 1990;8(3)321–331. https://doi.org/10.1016/0730-725X(90)90106-C
12. Snaar JEM, Van As H. Probing water compartments and membrane permeability in plant cells by 1NMR relaxation measurements. Biophysical Journal. 1992;63(6):1654–1658. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(92)81741-1
13. Sibgatullin TA, de Jager PA, Vergeldt FJ, Gerkema E, Anisimov AV, Van As H. Combined analysis of diffusion and relaxation behavior of water in apple parenchyma cells. Biophysics. 2007;52(2):196–203. https://doi.org/10.1134/S0006350907020091
14. Tylewicz U, Aganovic K, Vannini M, Toepfl S, Bortolotti V, Dalla Rosa M, et al. Effect of pulsed electric field treatment on water distribution of freeze-dried apple tissue evaluated with DSC and TD-NMR techniques. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2016;37:352–358. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2016.06.012
15. Ding M, Lu Y, Bowman L, Huang C, Leonard S, Wang L, et al. Inhibition of AP-1 and neoplastic transformation by fresh apple peel extract*. Journal of Biological Chemistry. 2004;279(11):10670–10676. https://doi.org/10.1074/jbc.M311465200
16. Oszmianski J, Wolniak M, Wojdyło A, Wawer I. Influence of apple pure´e preparation and storage on polyphenol contents and antioxidant activity. Food Chemistry. 2008;107(4):1473–1484. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.10.003
17. Irwin PL, Sevilla MD, Chamulitrat W, Hoffman AE, Klein J. Localized, internal, and supramolecular polyuronide motions in cell wall matrices: A comparison of solid-state NMR and EPR relaxation behavior. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 1992;40(11):2045–2051. https://doi.org/10.1021/jf00023a003
18. Raffi JJ, Agnel J-PL. Electron spin resonance identification of irradiated fruits. International Journal of Radiation Applications and Instrumentation. Part C. Radiation Physics and Chemistry. 1989;34(6):891–894.
19. Berliner LJ. Spin labeling. Theory and applications. New York: Academic Press; 1976.
20. Wasserman AM, Yasina LL, Motyakin MV, Aliev II, Churochkina NA, Rogovina LZ, et al. EPR spin probe study of polymer associative systems. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2008;69(5):1344–1353. https://doi.org/10.1016/j.saa.2007.09.028
21. Wasserman AM. Spin probes in micelles. Russian Chemical Reviews. 1994;63(5):373–382. https://doi.org/10.1070/RC1994v063n05ABEH000091
22. Stejskal EO, Tanner JE. Spin diffusion measurements: Spin echoes in the presence of a time-dependent field gradient. The Journal of Chemical Physics. 1965;42(1):288–292. https://doi.org/10.1063/1.1695690
23. Keener KM, Stroshine RL, Nyenhuis JA. Proton magnetic resonance measurements of self-diffusion coefficient of water in sucrose solutions, citric acid solutions, fruit juices, and apple tissue. Transactions of the ASAE. 1997;40(6):1633–1641. https://doi.org/10.13031/2013.21402
24. Keener KM, Stroshine RL, Nyenhuis JA. Evaluation of low field (5.40-MHz) Proton magnetic resonance measurements of Dw and T2 as methods of nondestructive quality evaluation of apples. Journal of the American Society for Horticultural Science. 1999;124(3):289–295. https://doi.org/10.21273/JASHS.124.3.289
25. Le Boltan D, Rugraff Y, Martin C, Colonna P. Quantitative determination of bound water in wheat starch by time domain NMR spectroscopy. Carbohydrate Research. 1998;308(1–2):29–36. https://doi.org/10.1016/S0008-6215(98)00068-8
26. Bizot H, Le Bail P, Leroux B, Davy J, Roger P, Buleon A. Calorimetric evaluation of the glass transition in hydrated, linear and branched polyanhydroglucose compounds. Carbohydrate Polymers. 1997;32(1):33–50. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(96)00146-4
27. Morariu VV, Mills R. Self-diffusion of water adsorbed on silica. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 1972;79:1–9. https://doi.org/10.1524/zpch.1972.79.1_2.001
28. Roos YH. Phase transition in foods. San Diego: Academic Press; 1995. 360 p.
29. Suzuki S, Kitamua S. Unfrozen water in amylosic molecules is dependent on the molecular structures – A differential scanning calorimetric study. Food Hydrocolloids. 2008;22(5):862–867. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2007.04.011
30. Tananuwong K, Reid DS. DSC and NMR relaxation studies of starch-water interactions during gelatinization. Carbohydrate Polymers. 2004;58(3):345–358. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2004.08.003
31. Brownstein KR, Tarr CE. Importance of classical diffusion in NMR studies of water in biological cells. Physical Review A. 1979;19(6):2446–2453. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.19.2446
32. Бучаченко А. Л., Вассерман А. М. Стабильные радикалы. М.: Химия, 1973. 408 с.
33. Timofeev VP, Misharin AYu, Tkachev YaV. Simulation of EPR spectra of the radical TEMPO in water-lipid systems in different microwave ranges. Biophysics. 2011;56(3):407–417. https://doi.org/10.1134/S0006350911030274
34. van den Dries IJ, van Dusschoten D, Hemminga MA, van der Linden E. Effects of water content and molecular weight on spin probe and water mobility in malto-oligomer glasses. Journal of Physical Chemistry B. 2000;104(44):10126–10132. https://doi.org/10.1021/jp0001541