Уральский государственный экономический университет
Бийск, Россия
Екатеринбург, Россия
Работа посвящена изучению подходов к оценке цветовых характеристик используемых в производстве кондитерских полуфабрикатов темноокрашенных растительных порошков. Цель работы – сравнительное исследование цветовых характеристик какао-порошка и образцов фитомеланина для использования последнего в качестве возможной замены части какао-порошка при изготовлении кондитерских глазурей. Исследовались интенсивность и оттенок цвета этанольных растворов какао-порошка и образцов фитомеланина из лузги гречихи, хроматическая структура цвета исследуемых образцов и определение цветовых различий между образцами по методике CIE L*a*b*. Установлено, что интенсивность цвета образцов меланина превышает аналогичный показатель какао-порошка в 1,8–2,0 раза, что говорит о более высокой красящей способности меланина. Значение оттенка цвета для меланинов также выше по сравнению с образцом какао-порошка (на 16 %), таким образом, можно свидетельствовать о большей интенсивности желто-коричневых тонов в цвете меланина. Показано, что значения относительных цветовых координат и координаты цветности в системе CIE 1931 XYZ являются близкими у изучаемых образцов. В эксперименте уставлено, что светостойкость образца какао-порошка оказалась практически в 2 раза ниже по сравнению с образцами меланина. Таким образом, визуальные различия между цветом какао-порошка и меланинов незначительны, поэтому потенциально меланин может рассматриваться как частичная замена какао-порошка в рецептурах кондитерских изделий. Кроме того, в составе пищевых систем меланин показывает более высокую стабильность к воздействию света. Использование спектрофотометрических методов для оценки цветовых характеристик меланина в перспективе позволит разработать оценочную шкалу для более простых и воспроизводимых методов оценки цвета меланина, например методов визуального сравнения с эталонами.
фитомеланин, какао-порошок, цвет, интенсивность, оттенок, хроматическая структура, светостойкость
Введение. Какао-порошок является основным сырьем для производства шоколада и других кондитерских изделий, а также полуфабрикатов для их производства. Как показывает практика получения какао-порошка, для достижения оптимальных цветовых показателей сырье подвергают алкализации, в результате которой цвет его становится более темным и насыщенным, привычным для потребителя, и повышается значение рН. Вместе с тем имеются сведения, что при подщелачивании происходит частичное снижение усвояемости и пищевой ценности (потенциальной антимутагенной, иммуномодулирующей и антиоксидантной активности за счет разрушения/деградации полифенольных соединений, незаменимых свободных аминокислот, пирона, фуранеола и других соединений) [1] и изменение ароматических свойств конечного продукта, что является важным фактором в сохранении качества какао-порошка [2].
Кроме того, современные реалии рынка какао-порошка свидетельствуют о нестабильности производства и колебаниях цен на этот важный ингредиент [3], таким образом, исследования, направленные на поиск новых видов сырья и изучение комплекса его свойств, позволяющего частично сократить расход какао-порошка в рецептурах, являются актуальными и значимыми.
Цель работы – сравнительное исследование цветовых характеристик какао-порошка и образцов фитомеланина для использования последнего в качестве возможной замены части какао-порошка при изготовлении кондитерских глазурей и других полуфабрикатов.
Задачи: изучение интенсивности и оттенка цвета растворов какао-порошка и образцов фитомеланина из лузги гречихи, исследование хроматической структуры цвета исследуемых образцов и определение цветовых различий между образцами по методике CIE L*a*b* в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по освещению 1950 г.
Объекты и методы. Для проведения исследований были выбраны образцы: какао-порошок натуральный без сахара Natural Premium Cocoa, используемый в том числе для приготовления глазури («Lebbeke-Wieze», Belgium); контрольный образец (к) меланин – экстракт тонких структур гречихи (ООО «Русские корни», Россия); опытный образец (о) фитомеланин, полученный путем щелочного гидролиза лузги гречихи с последующим осаждением в кислой среде, промыванием и высушиванием при температуре 60±5 °С [4].
Определение интенсивности и оттенка цвета образцов какао-порошка, контрольного и опытного меланина проводили в этанольных экстрактах. Этанольные экстракты получали экстракцией по следующей схеме: 1 г образца суспендировали в 100 см3 50 %-го водного раствора этанола в конических колбах и перемешивали на орбитальном шейкере (150 об/мин) в течение 30 мин при T=50 °С. Полученные экстракты отфильтровывали через фильтровальную бумагу, полученные фильтраты доводили до объема 500 см3 в мерных колбах тем же раствором, что был использован для экстракции окрашенных соединений. Оптическую плотность полученных экстрактов измеряли при 420, 520 и 620 нм с использованием сканирующего UV/VIS спектрофотометра Shimadzu UV1800 относительно экстрагента. Результаты выражали в единицах оптической плотности (е.о.п.). Интенсивность (I) цвета образцов определяли путем сложения полученных значений оптических плотностей, оттенок цвета (T) определяли путем отношения значений оптической плотности при 420 и 520 нм [5].
Вклады желтого (420 нм), красного (520 нм) и синего (620 нм) пигмента определяли согласно методике [5, 6], позволяющей определять хроматическую структуру цвета с использованием следующих соотношений:
D420(%) = 100 ∙ D420/I ;
D520(%) = 100 ∙ D520/I ;
D620(%) = 100 ∙ D620/I ;
Исследование трихроматических характеристик проводили в системе CIE 1931 XYZ, вмещающей в себя все воспринимаемые человеком цвета и позволяющей получить необходимый цвет путем смешивания трех основных цветов, по методикам, изложенным в [7], с последующим определением координат цветности (х и у) по следующим формулам:
;
,
где Х, У и Z – относительные цветовые координаты, определяемые как
X = 0,42 ∙ T625 + 0,35 ∙ T550 + 0,21 ∙ T445 ;
Y = 0,20 ∙ T625 + 0,63 ∙ T450 + 0,17 ∙ T495 ;
Z= 0,20 ∙ T495 + 0,94 ∙ T445 .
Цветовые различия (цветовую разницу ΔE) между образцами какао-порошка и меланином оценивали с использованием системы CIE L*a*b* [8] по формуле
,
где ΔL* – разница между светлотой образцов; Δа* – разница между значениями координат цвета двух образцов по зелено-красной хроматической оси; Δb* – разница между значениями координат цвета двух образцов по желто-синей хроматической оси.
Координаты цветности для расчета значений L*, a* и b* рассчитывали оптимизированным способом [9]:
Z = 
где 
– величина коэффициента пропускания при соответствующей длине волны.
Определение расчетных координат L*, a* и b* осуществляется согласно рекомендациям, приведенным в [10].
Cветостойкость растворов какао-порошка, контрольного и опытного меланина определяли путем экспозиции растворов образцов (концентрация 5 мг/мл) при естественном освещении, в темном месте и под ультрафиолетовым светом (254 нм) на расстоянии 30 см в течение 72 ч, каждые 12 ч измеряли максимальное поглощение при 220 нм на спектрофотометре Shimadzu UV1800 по [11].
Результаты и их обсуждение. Результаты определения интенсивности и оттенка цвета исследуемых образцов представлены на рисунке 1. Можно видеть, что интенсивность цвета образцов меланина превышает аналогичный показатель какао-порошка в 1,8–2,0 раза, что говорит о более высокой красящей способности меланина. Значение оттенка цвета для меланинов также выше по сравнению с образцом какао-порошка (на 16 %), таким образом, можно свидетельствовать о большей интенсивности желто-коричневых тонов в цвете меланина.
Рис. 1. Оптическая плотность образцов какао-порошка,
опытного и контрольного меланина из лузги гречихи (M, n = 3)
При определении соотношений пигментов, формирующих цвет какао-порошка и образцов меланина, было установлено, что исследуемые образцы имеют схожую хроматическую структуру цвета (рис. 2).
|
|
|
|
|
|
какао-порошок |
меланин (к) |
меланин (о) |
|
Рис. 2. Хроматическая структура цвета образцов какао-порошка,
опытного и контрольного меланина из лузги гречихи (M, n = 3)
Свидетельством наличия коричневых оттенков в цвете может являться угловой оттенок цвета (α), рассчитываемый как тангенс разницы оптической плотности при длинах волн 520 и 420 нм [12, 13]. Значение углового оттенка цвета для образца какао-порошка составило -7,01°, для контрольного и опытного образцов меланина: -20,27° и -18,19° соответственно. Отрицательные значения указывают на коричневый оттенок цвета.
В таблице представлены значения относительных цветовых координат исследуемых образцов, а также рассчитанные координаты цветности.
Значения относительных цветовых координат и координаты цветности
в системе CIE 1931 XYZ
|
Образец |
Относительные цветовые координаты |
Координаты цветности |
|||
|
Х |
У |
Z |
x |
y |
|
|
Какао-порошок |
21,61 |
15,66 |
8,04 |
0,4769 |
0,3456 |
|
Меланин (к) |
14,51 |
9,79 |
6,22 |
0,4754 |
0,3208 |
|
Меланин (о) |
13,21 |
10,13 |
6,43 |
0,4618 |
0,3292 |
Полученные результаты свидетельствуют о близости координат цветности изучаемых образцов, соответственно визуальные различия между цветом какао-порошка и меланинов незначительны, поэтому потенциально меланин может рассматриваться как частичная замена какао-порошка в рецептурах кондитерских изделий. На основании рассчитанных цветовых координат с использованием цветового конвертера [14] была осуществлена визуализация цвета какао-порошка, контрольного и опытного меланинов в системе цвета Adobe RGB(1998) (рис. 3).
Более достоверно и объективно цветовые различия между двумя образцами можно оценить с использованием методологии CIE L*a*b* 1950 г. Как показали результаты проведенных расчетов для пар «какао-порошок – контрольный образец меланина» и «какао-порошок – опытный образец меланина», цветовые различия в этих парах составляют соответственно 0,2907±0,0364 и 0,2251±0,0213, при этом цветовые различия второй пары менее существенны.
Результаты определения светостойкости представлены на рисунке 4.
|
|
|
|
|
Какао-порошок |
Меланин (к) |
Меланин (о) |
Рис. 3. Визуализация цвета опытных образцов в системе цвета Adobe RGB (1998)
|
|
|
|
а |
б |
Рис. 4. Динамика светостойкости растворов какао-порошка (а),
контрольного и опытного растворов меланина (б)
под действием естественного освещения и ультрафиолетового облучения
Как показали полученные результаты, наибольшие изменения были отмечены для образцов, подвергнутых ультрафиолетовому облучению. При этом светостойкость образца какао-порошка оказалась практически в 2 раза ниже по сравнению образцами меланина. Таким образом, в составе пищевых систем меланин показывает более высокую стабильность к воздействию света, соответственно цвет шоколадных глазурей, полученных с добавлением меланина, будет сохраняться даже при длительной экспозиции готового продукта.
Заключение. Таким образом, показана возможность использования спектрофотометрических методов для оценки цветовых характеристик меланина, что в перспективе позволит разработать оценочную шкалу для разработки более простых и воспроизводимых методов оценки цвета меланина, например, методов визуального сравнения с эталонами. Результаты исследования показали, что применение меланина из лузги гречихи в качестве частичной замены какао-порошка в рецептурах кондитерских шоколадных глазурей весьма перспективно. Оценка цветовых характеристик меланина и какао-порошка позволила установить, что интенсивность коричневого цвета для образцов меланина значительно выше, что позволяет использовать в шоколадных глазурях неалкализированный какао-порошок, обладающий более выраженным флевором, а интенсивность цвета какаосодержащей глазури можно компенсировать добавлением порошка меланина из лузги гречихи в качестве натурального красителя.
1. Bonvehí J.S. Investigation of aromatic compounds in roasted cocoa powder // European Food Research and Technology. 2005. V. 221. P. 19–29. DOI:https://doi.org/10.1007/s00217-005-1147-y.
2. Bonvehí J.S., Ventura F.C. Factors Affecting the Formation of Alkylpyrazines during Roasting Treatment in Natural and Alkalinized Cocoa Powder // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2002. V. 50 (13). P. 3743–3750.
3. Кадрицкая Е.А., Школьникова М.Н. Исследование технологических свойств меланина для использования в составе какаосодержащих кондитерских глазурей // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2021. Т. 10, № 4 (56). С. 155–159. DOI:https://doi.org/10.46548/21vek-2021-1056-0031.
4. Школьникова М.Н., Кадрицкая Е.А. Обоснование использования лузги гречихи для получения функциональных пищевых красителей // Научный журнал НИУ ИТМО. Сер. Процессы и аппараты пищевых производств. 2020. № 4. С. 22–28. DOI: 10.17586/ 2310-1164-2020-10-1-22-28.
5. Sudraud P. Interprétation des courbes d’absorption des vins rouges // Ann. Technol. Agric. 1958. V. 7. P. 203–208.
6. Glories Y. La couleur des vins rouges // Con-naissance Vigne Vin. 1984. V. 4, № 18. Р. 253–271.
7. Plotting Colors on Color Circle: Interconver-sion between XYZ Values and RGB Color System // Current Trends in Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2017. V. 1, № 1. P. 1–8.
8. Горбунова Е.В., Чертов А.Н. Типовые расчеты по колориметрии источников излучения: учеб. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2014. 90 с.
9. Jensen J.S. Prediction of wine color from phenolic profiles of red grapes: Industrial PhD Thesis. FOSS and DTU Chemical and Biochemical Engineering. Denmark, 2008. 71 р.
10. ISO/CIE 11664-4:2019(F) Colorimétrie – Partie 4: Espace chromatique L*a*b* CIE 1976. 9 p.
11. Isolation of a novel strain of Aeromonas media producing high levels of dopa-melanin and assessment of the photoprotective role of the melanin in bio-insecticide applications / X. Wan, H.M. Liu, Y. Liao [et al.] // Journal of Applied Microbiology. 2007, 103: 2533-2541. DOI:https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2007.03502.x.
12. Остроухова Е.В., Пескова И.В., Луткова Н.Ю. Исследование сенсорных профилей белых столовых вин из винограда сорта Мускат белый // Магарач. Виноградарство и виноделие. 2015. № 4. С. 44–46.
13. Poiana M.-A., Gergen I., Alexa E. Establishing of chromatic and antioxidant characteristics of some red wines from minis vineyard // Scientific study & Research. 2007. V. 8 (3). P. 319–328.
14. Цветовой конвертер онлайн со слайдерами CIE LCh (JavaScript). URL: https://cielab.xyz/ colorconv.
