CC BY
94
УДК 637.35.04 Л.А. Остроумов, Т.Н. Садовая, В.А. Ермолаев
ФОРМЫ СВЯЗИ ВЛАГИ В СЫРАХ С ПЛЕСЕНЬЮ
В статье приведены результаты исследований форм связи влаги в сырах с плесенью. Определено процентное соотношение отдельных форм связи влаги. Установлена равновесная влажность сыров с плесенью в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха.
Ключевые слова: сыр, плесень, влага, связь, равновесная влажность.
L.A. Ostroumov, T.N. Sadovaya, V.A. Yermolaev FORMS OF MOISTURE BOND IN BLUE CHEESES
The research results of the forms of moisture bond in blue cheeses are given in the article. Percentage ratio of the separate forms of moisture bond is determined. Balanced blue cheese moisture depending on temperature and relative air humidity is determined.
Key words: cheese, mold, moisture, bond, balanced moisture.
Целью данной работы является исследование форм связи влаги в сырах с плесенью.
При физико-химических исследованиях структуры пищевых продуктов, в частности сыра и ему подобных белковых систем, часто возникает необходимость количественной дифференциации содержащейся в них влаги на свободную и связанную. Взаимодействие вода-сухое вещество продукта является сложным процессом, оказывающим значительное влияние на оба компонента. Под действием сухого вещества вода приобретает новые свойства: изменяются ее плотность и теплоемкость, теряется способность растворять другие вещества. Под действием воды белки претерпевают конформационные превращения, существенно изменяются также силы межмолекулярного взаимодействия.
В настоящее время взаимодействие вода-растворенное вещество принято характеризовать таким термином, как гидратация, понимая под ним то количество воды, которое испытывает на себя достаточно сильное влияние молекул растворенного вещества. Если вследствие такого влияния подвижность этой части молекул воды уменьшается, то используют термин «связанная вода».
Для определения количества связанной воды предложено много методов, однако большинство их мало пригодно для исследования таких гетерогенных белковых систем, как сырная масса. Одним из наиболее приемлемых для этого является термографический метод изотермической сушки по М.Ф. Казанскому. Согласно этому методу производится анализ термограмм, записанных при помощи электронного потенциометра и характеризующихся изменением температуры тонкого (1-2 мм) образца материала в процессе медленной изотермической сушки [1].
Под изотермической сушкой понимали сушку при строго постоянной температуре среды. Тонкий срез сыра помещали в специальные кюветы, изготовленные в виде цилиндра из малотеплопроводного материала (фторопласт). Кювету подвешивали к чашке автоматических фотоэлектрических весов для записи изменения массы образца сыра. На дно кюветы с внутренней стороны помещали термометр сопротивления. Запись изменения температуры, снятие термограмм производилось самопишущим потенциометром. Кювета с сыром помещалась в вакуумный термостат, в котором обеспечивается автоматическое регулирование и запись постоянной температуры воздуха [1, 2].
Этот метод позволяет определить все формы связи влаги из одного опыта с данным материалом путем последовательного испарения влаги по автоматически записанным термограммам и кривым сушки. В зависимости от вида связи влаги с данным материалом изменяется число критических точек на термограмме. Проецированием критических точек термограмм на кривые сушки определяется характер связи влаги с материалом.
Объектами настоящих исследований являлись сыры с белой и голубой плесенью. Мягкие сыры характеризуются повышенным содержанием влаги (48-52 %), что способствует быстрому развитию молочнокислых бактерий и других необходимых микроорганизмов.
На рисунках 1, 2 представлены термограммы форм связи влаги с сыром с белой и голубой плесенью соответственно. На термограммах имеются характерные точки, появление которых обусловлено началом удаления влаги, различно связанной с материалом. Характер изменения термограмм для сыра с белой и
голубой плесенью совпадает друг с другом. Массовая доля влаги сыра с белой плесенью составляет 50 %, сыра с голубой плесенью - 48 %.
На термограммах можно наметить следующие наиболее характерные участки: 1-2 - осмотическая влага; 2-4 - влага микропор; 4-5 - влага полимолекулярной адсорбции; 5 - начало удаление влаги мономо-лекулярной адсорбции. Точка 3, разбивающая участок 2-4, характеризует переход сыров из влажного состояния в гигроскопическое.
Осмотическая влага связана с твердым скелетом материала непрочно, поэтому она удаляется при построении термограммы раньше, чем влага микропор. Влага микропор, содержится в капиллярах, связана с сухим веществом механически и в неопределенном количестве.
Рис. 1. Виды связи влаги в сыре с белой плесенью:
I - изменение температуры сыра; II - изменение массовой доли влаги
Рис. 2. Виды связи влаги в сыре с голубой плесенью:
I - изменение температуры сыра; II - изменение массовой доли влаги
Влага поли- и мономолекулярной адсорбции расположена в виде тончайших пленок по поверхности мицелл и удерживается ими благодаря силам поверхностного натяжения. Эта влага, характеризующая степень гидрофильности коллоида, трудно удалима. Связь адсорбционной влаги и влаги микропор с сухим веществом является физико-химической связью. Соотношение же этих форм влаги с сухим веществом не строго определено.
Гигроскопическое состояние сыра характеризуется наличием остаточной влаги микропор, моно- и по-лимолекулярной адсорбции. Из совместного анализа изменения массовой доли влаги и термограммы определены границы периодов удаления отдельных форм и видов связи влаги с материалом. По критическим точкам термограммы, находящимся на границах, и по кривой изменения массовой доли влаги сыров можно точно определить процентное соотношение отдельных форм связи влаги (табл. 1).
Таблица 1
Содержание различных видов влаги в исследуемых сырах, %
Вид связи влаги Сыр с белой плесенью Сыр с голубой плесенью
Массовая доля влаги 50,0 48,0
Осмотическая влага 31,5 27,4
Влага микропор 11,5 13,0
Влага полимолекулярной адсорбции 4,0 4,5
Влага мономолекулярной адсорбции 3,0 3,1
Влага поли- и мономолекулярной адсорбции в обоих видов сыров практически равно. Осмотической влаги на 4,1 % больше в сыре с белой плесенью. Влаги микропор в сыре с белой плесенью на 1,5 % меньше, чем в сыре с голубой плесенью. Проведенный анализ форм связи влаги в сырах с белой и голубой плесенью позволяет их отнести к коллоидным капиллярно пористым телам, так как жидкость в них имеет различные формы связи.
Основным показателем гидратации является влага мономолекулярной адсорбции (ВМА), обладающая наибольшей энергией связи и наиболее прочно связанная с продуктом. В качестве энергетического барьера, который преодолевается молекулами воды при дегидратации сыра, формально можно принять энергию активации Е. При отождествлении Е удельной теплотой испарения правомерно использовать уравнение Аррениуса.
К = А-е-Е/кт, (1)
где К - коэффициент скорости;
А - предэкспоненциальный множитель;
Е - энергия активации процесса (в нашем случае соответствует удельной теплоте испарения воды), Дж/моль;
Я - универсальная газовая постоянная, равная 8,32 Дж/моль;
Т - абсолютная температура, К.
При изотермической сушке сыра определена удельная теплота испарения влаги (табл. 2).
Таблица 2
Энергетическая характеристика влаги в сыре
Удельная теплота испарения, кДж/моль
Вид связи влаги Сыр с белой Сыр с голубой
плесенью плесенью
Осмотическая влага 48,56 50,14
Влага микропор 50,45 52,26
Влага полимолекулярной адсорбции 59,65 62,52
Влага мономолекулярной адсорбции > 59,65 > 62,52
У сыра с голубой плесенью удельная теплота испарения всех видов влаги больше, чем у сыра с белой плесенью. Это связано с тем, что влага в сыре с белой плесенью связана более прочно с сухим веществом.
Одним из важных параметров, который имеет практическое значение при производстве сыров, особенно с плесенью, является равновесная влажность поверхностного слоя сыра. Знание изотерм сорбции -десорбции поверхностного слоя необходимо для установления усушки сыров, поскольку она зависит от равновесной влажности поверхностного слоя.
Равновесную влажность сыров определяли тензометрическим методом. В эксикаторах с помощью растворов серной кислоты создавали влажность воздуха от 10 до 100 % с шагом в 10 %. После чего в каждый эксикатор устанавливали чашки Петри с образцами сыра массой 5 г. Через каждые сутки производили взвешивание навески до тех пор, пока масса образца не станет постоянной.
На рисунках 3, 4 приведены кривые десорбции влаги сыром с белой и голубой плесенью соответственно.
й
&
2
о
К
и
Й
Ч
И
«
ч
о
Продолжительность хранения, сут
Рис. 3. Кривые десорбции влаги сыром с белой плесенью при относительной влажности воздуха, %: 1-100; 2-90; 3-80; 4-70; 5-60; 6-50; 7-40; 8-30; 9-20; 10-10
Рис. 4. Кривые десорбции влаги сыром с голубой плесенью при относительной влажности воздуха, %: 1-100; 2-90; 3-80; 4-70; 5-60; 6-50; 7-40; 8-30; 9-20; 10-10
174
Равновесная влажность сыра зависит от относительной влажности окружающего воздуха. При относительной влажности воздуха 100 %, то есть в среде насыщенного водяного пара, равновесная влажность сыров наступает после 1-2 суток хранения. С понижением относительной влажности воздуха происходит увеличение времени достижения сыром равновесной влажности. Равновесная влажность сыром с белой плесенью достигается несколько быстрее, чем сыром с голубой плесенью. Это связано с тем, что у сыра с белой плесенью массовая доля влаги на 5 % меньше, чем у сыра с голубой плесенью. Также сыр с голубой плесенью, как было установлено ранее, имеет более энергоемкие формы связи влаги с сухим веществом. Следовательно, при десорбции влаги из сыра с голубой плесенью потребуется больше времени для установления равновесной влажности.
Полученные кривые сорбции необходимо использовать при подборе влажностных режимов хранения сыров, а также при подборе способа упаковки и упаковочного материала. Как следует из рисунков 3, 4, сыры с плесенью достаточно легко десорбируют влагу при влажности окружающего воздуха от 10 до 90 %. Кривые получены при температуре воздуха 20±2 °С.
При хранении сыра в процессе созревания и при реализации в торговых сетях температура хранения поддерживается в пределах от 2 до 20 °С, в связи с чем возникает практический интерес равновесной влажности сыра при температуре хранения. В таблице 3 приведены значения равновесной влажности поверхностного слоя сыров с белой и голубой плесенью.
Таблица3
Равновесная влажность сыров с плесенью в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха, %
Температура, °С Относительная влажность воздуха, %
70 80 90 70 80 90
Сыр с белой плесенью Сыр с голубой плесенью
20 4,9 8,8 14,7 7,5 12,0 19,3
15 5,1 8,9 15,3 7,8 12,5 20,1
10 5,9 9,5 17,2 9,7 14,9 23,4
5 7,6 11,6 19,5 14,0 18,3 25,2
0 15,8 17,5 23,4 19,4 22,0 29,3
Влажность поверхностного слоя сыра равна равновесной, соответствующей гидротермическому режиму воздуха в камерах созревания и хранения, поэтому при большой усушке происходит обветривание и образование толстой корки. Равновесная влажность сыров повышается с повышением относительной влажности воздуха и понижением температуры воздуха. Для сыров с голубой плесенью равновесная влажность при одинаковой относительной влажности и температуре воздуха выше, чем для сыра с белой плесенью.
Выводы
На основании проведенных исследований получены термограммы форм связи с сыром с белой и голубой плесенью. Определено процентное соотношение отдельных форм связи влаги. Определена удельная теплота испарения влаги. Получены кривые десорбции влаги сыром с белой и голубой плесенью. Установлена равновесная влажность сыров с плесенью в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха.
Литература
1. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1973. -528 с.
2. Сушка пищевых растительных материалов / Г.К. Филоненко [и др.]. - М.: Пищевая пром-сть, 1971. -439 с.
