CC BY
56
У статтi наведено результати дослиджень фракцшного складу крохмалiв залежно вiд крох-малоноыя, саме залежтсть властивостей крох-малю вiд розмiру i форми зерен, наслiдком чого е визначення виду та типу модифтацп крохмалю. Експериментально одержано науковi дат щодо змт процесу клейстеризаци крохмалiв фiзичноi модифтацп тд впливом технологiчних чиннитв (тривалостi тепловоi обробки, змти рН середо-вища)
Ключовi слова: крохмалi фiзичноi модифжацп, крохмальн зерна, мтроструктура, фракцшний склад, рН
□-□
В статье приведены результаты исследований фракционного состава крахмалов в зависимости от крохмалоноса, именно зависимость свойств крахмалов от размера и формы зерен, следствием чего есть определение вида и типа модификации крахмала. Экспериментально получены научные данные относительно изменений процесса клейстеризации крахмалов физической модификации под воздействием технологических факторов (длительности тепловой обработки, изменения рН среды)
Ключевые слова: крахмалы физической модификации, крахмальные зерна, микроструктура, фракционный состав, рН
УДК 001.8:664.2:664.144
|DOI: 10.15587/1729-4061.2014.275711
ДОСЛ1ДЖЕННЯ М1КРОСТРУКТУРИ КРОХМАЛ1В Ф1ЗИЧНОТ МОДИФ1КАЦ11 ДЛЯ ОБГРУНТУВАННЯ ВИКОРИСТАННЯ В ТЕХНОЛОГИ СОУС1В
С. С. Андреева
Астрант*
E-mail: andre.svetlana2012@yandex.ua М. Б. Колесникова
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: hduht@kharkov.com *Кафедра технологи харчування Хармвський державний уыверситет харчування та торгiвлi вул. Клочмвська, 333, м. Хармв, УкраТна, 61051
1. Вступ
Соуси - багатокомпонентш за складом та коло'д-ним станом, харчовi гетерогенш системи. В умовах сучасного виробництва закладiв ресторанного госпо-дарства, сегменту НоЯеСа, реалiзащi бiзнес-процесу В2В, В2С, де суттево змiнюються вимоги до складу асортименту, технологи виробництва.
Вищеозначене спонукае вже тд час проектування рецептурного складу та технологiчного процесу виробництва обгрунтувати вибiр iнгредiентiв, якi здатнi забезпечити стабiльнi показники якост та безпечностi у процеа механiчного впливу, термообробки первин-ноi та повторноi, зберiгання, реалiзацii.
На тепершнш час пiдприемство галузi активно впроваджують у практику виробництва сучасш рецеп-турнi компоненти, якi формують необхiдну консистен-цiю та текстуру готовоi продукцii.
2. Аналiз лкературних даних та постановка проблеми
Розвиток технологш соусно1 продукцii передбачае розширення асортименту, одержання продукцii i3 за-даними технологiчними та споживними властивос-тями, забезпечення нових способiв використання та подавання, оптимiзацiю виробництва. Виробники, з одного боку, прагнуть до випуску новинок, а з шшого -
прагматично зосереджують свою увагу на виробни-цтвi конкурентоспроможноi продукцii.
Слвд зауважити, що ринок соусiв поступово переходить до моделi готовоi продукцii (соус до вiдповiдноi страви), про що сввдчить збiльшення обсягу '¿х прода-жiв. За останне десятирiччя активно розвиваються такi групи продукцп, як iнновацiйнi соуси, тотнги та дресiнги (заправки) десертного та закусочного спря-мування [1, 2].
Значний внесок у розвиток технологи соуив на основi плодово-ягiдноi та плодово-овочевоi сирови-ни зробили вичизняш та зарубiжнi вченi: I. С. Гу-лий, М. С. Дудкш, Н. С. Карпович, В. Н. Корзун, Л. П. Малюк, В. В. Нелша, Г. Б. Рудавська, S. Christensen, К. Gierschner, Я. Lohmann, D. Pathak та ш., в роботах яких розглянуто теоретичш та приклад-нi аспекти забезпечення коло'дно' стабiльностi систем шляхом використання добавок полiсахаридноi природи: пектишв, солей альгiнових кислот, кара-гiнанiв, камедiв [3-5].
З урахуванням вищевикладеного, харчову систему - соусу можна розглядати як споиб створення фь зичних тiл iз заданою структурою, метою якого е або формування фази, або запоб^ання и утворенню [5]. Пiд формуванням необхвдних текстурних характеристик харчових дисперсних систем, у тому чи^ соуав, мають на увазi таю характеристики:
- наявшсть еластичноi, пружно' або iншоi текстури;
g
ее
- наявшсть однорвдно1 чи iншоi текстури за об'е-мом (глянець на поверхш, гелева неоднорiднiсть;
- наявшсть неоднорщносп з точку зору наповню-вачiв;
- здатнiсть до танення чи опору таненню пiд дieю рiзних температур.
Одним iз шляхiв забезпечення колоiдноi стабшь-ностi е використання модифiкованих крохмалiв, якi залежно вщ виду модифiкацii (хiмiчна, фiзична, фер-ментативна) набувають заданi технолопчш власти-востi. Але використання хiмiчних реагентiв, прина-лежнiсть до групи харчових добавок, з шдексом «Е» мають упереджене вiдношення споживачiв, визнача-ють доцiльнiсть пошуку та наукового обгрунтування альтернативних видiв згущувачiв, вимог до соуив.
З урахуванням фiзико-хiмiчних процесiв, перебiг яких призводить до зниження стшкосп за низьких значень рН (3,3....4,5), механолiзу, здатнiстю до ком-плексоутворення, сформульовано вимоги, за яких крохмаль як загусник може бути використано у складi соуав на основi плодово-ягiдноi сировини:
- висока дисперсшсть крохмальних зерен;
- монодисперсшсть крохмальних зерен;
- низький вмшт амiлози [4, 6, 7].
Аналогично доведено, що таким умовам вщповща-ють крохмалi фiзичноi модифжаци (КФМ).
3. Мета i завдання дослщження
Метою роботи е дослщження мжроструктури крохмалiв фiзичноi модифiкацii тд дiею техноло-гiчних чинникiв для обгрунтування використання у технологи соуив.
З метою вивчення властивостей крохмалiв фiзич-ноi модифiкацii, якi використовуються як структуро-утворювачiв у складi солодких соусiв, роботу спряму-вали на виршення таких завдань:
- обгрунтувати доцiльнiсть використання КФМ як загусника в технологи соуав;
- дослщити мiкроструктуру крохмальних зерен КФМ, '¿Х гранулометричнi властивостi;
- дослщити динамiку змiн процесу клейстеризацii крохмальних зерен в залежносп вiд технолопчних чинникiв (тривалiсть гiдротермообробки, змiни рН середовища).
4. Методи дослщження мжроструктури крохмаив фiзично¡ модифжаци та i'x змш пiд дieю технологiчних факторiв
Предметами дослщження були:
- крохмалi фiзичноi модифiкацii cepii Novation з восково'' кукурудзи «Endura», «Prime»;
- крохмаль фiзичноi модифiкацii cepii Novation з татоки «Indulge»;
- кpохмалi нативш кукурудзяний, картопляний (КН) виробник ООО Петровський крохмально-паточ-ний комбiнат.
Методом дослщження мжроскопування кpохмалiв фiзичноi модифжаци можна визначити змiни струк-ту ри крохмальних зерен та оклейстеризованих крох-мальних дисперсш пiд дieю тeхнологiчних фактоpiв:
тpивалоcтi заварювання крохмальних клeйcтepiв, piв-ня рН.
Модeльнi системи дослщжували за допомогою свгг-лового мжроскопу при збiльшeнi у 40 pазiв.
5. Результати експериментальних дослiджень
Комплекс мжроскотчних доcлiджeнь модельних систем е одним з ключових завдань, для розумшня cутi пpоцeciв та обгрунтуванш властивостей кpохмалiв, що вiдбулиcя тд час модифiкацii [7].
На рис. 1, 2 наведено мжроскотчш дослщження кpохмалiв модифiкованих (з воcковоi кукурудзи, тапiокового) та нативних кpохмалiв (картопляного, кукурудзяного). Для доcлiджeнь використовували су-cпeнзii кpохмалiв у водному середовишд (t=20±2 °C), що дозволяе виявити конгломерати зерен.
Як видно з рис. 1, крохмальш зерна являють собою cфepичнi кристали з природно оргашзованою структурою. На рис. 1, а, б структура зерен крохмалю представ-ляе неправильну та багатогранну форму. Це, ймовipно, пов'язано з умовами утворення i розвитку зерен: вони сформуються в б^ковш матриц при низькiй вологост
i здавлюються пiд час дозpiвання зерна. В дiапозонi
pозмipiв КФМ з воcковоi кукурудзи «Endura» (а) вира-жений наявнicтю монодиcпepcноcтi фракцшного складу. КФМ з воcковоi кукурудзи «Prime» (б) складаеться
з дpiбних зерен, що мають багатогранну форму. Даний крохмаль менш виражений середньозернистою фрак-щею, але йому притаманна також монодисперсшсть, а саме наявшстю одшею фpакцiею - дpiбнозepниcтою. Зерна крохмалю кукурудзяного (рис. 1, в) мають б^ьш овальну форму, що притаманно крохмалю з борошни-стих сорив кукурудзи.
При мжроскотчному доcлiджeннi (рис. 2) вияв-лено, що крохмальш зерна КФМ з татоки «Indulge» та КН картопляний мають круглу та овальну форму, а на '¿х поверхш розташоваш концентричш смужки, що властиве крохмалям з каpтоплi та тапiоки.
Як видно, КФМ з татоки Indulge (а) складаеться з двох фракцш дpiбнозepниcтоi та середньозернисто''. Таке pозподiлeння зерен впливае на структуру, вмкт амшози, тepмодинамiчнi та peологiчнi характеристики крохмалю. Крупнозерниста фракщя вiдcутня, але е присутшсть крупних зерен до 10 % вщ об'емноi частки фракци.
Фpакцiйний склад нативного картопляного крохмалю (б), в основному, становить крупне зерно, яке мае найбiльшi максимальш pозмipи до 100 м.
Розмipи зерен крохмалю в залежносп вiд виду крохмалю коливаються в широкому iнтepвалi вiд 1 до 150 мкм [6, 8]. На пiдcтавi мжроскотчних доcлiджeнь побудовано ^mi pозподiлу за cepeднiм pозмipом та об'емно'' частки фpакцii зерен дослщних кpохмалiв (рис. 3).
Гранулометричне розподшення КФМ з восково'' кукурудзи «Endura» мае оптимальну монодисперс-а нicть зерен, що становить вщ 12,0 до 18,0 мкм б^ьш 35 % вщ об'емно' частки фpакцii. Поpiвнюючи КН ку-курудзяний з КФМ «Prime», на перший погляд, мають вiзуальну cхожicть за формою, але спостертеться вiдмiннicть за фракцшним складом. КФМ «Prime» мае прорив за pозмipом вiд 7,0 до 13,0 мкм, що становить
65 % вщ об'емно' частки фракцп, що ж стосуеться на-тивного кукурудзяного, то основний стрибок припадае на pозмipах вiд 1 до 8 мкм, що становить 50 % фракцш-ного складу крохмалю.
в
Рис. 1. Микроструктура крохмальних зерен в суспендованому стаж при збтьшеш в 40 разiв: а — КФМ з восковоТ кукурудзи «Endura»; б — КФМ з восковоТ кукурудзи «Prime»; в — КН кукурудзяний контроль
фракцшшсть, а саме дpiбнозepниcту (55 %), середньо-зернисту (35 %), крупнозернисту (10 %). Аналопчш закономipноcтi протжають i для КН картопляного фракцшний склад складае за cepeднiм pозмipом зерен вщ 15 до 35 мкм приблизно 39 %.
70
0>
я й0 50
40
к 30
20 10 о
л.
f
—\— 2
! \ tí—\— 3
г' N 1 .-1
V *
'1 S* -5
/ л
/ -'Уу
/ 'УУ
10 15 20 25 30 (^редншрозтрзеренкроямашо.ыкы
35
40
Рис. 2. Мкроструктура крохмальних зерен в суспендованому стаж при збтьшеш в 40 разiв: а — КФМ з татоки «Indulge»; б — КН картопляний
Вщомо [6, 9], що дpiбнi зерна (вiд 1 до 10 мкм) мш-тять б^ьше амiлози i бiльш стшю до кислотного i ферментативному гiдpолiзу.
Стосовно кpохмалiв, з бульбово' кpохмалeвмicноi сировини, КФМ з татоки «Indulge» мае характерну
Рис. 3. Розподт зерен дослщних крохмал^ за середшм розмiром: 1 — КФМ з восковоТ кукурудзи Prime;
2 — КН кукурудзяний; 3 — КФМ з восковоТ кукурудзи Endura; 4 — КФМ з татоки Indulge; 5 — КН картопляний
Для обгрунтування використання кpохмалiв у технологи соуав нами проведено дослщження мжро-структури крохмальних клeйcтepiв у залежност ввд технолопчних чинниюв.
Якщо поступово нагpiвати розбавлену водну су-cпeнзiю крохмалю i на в«х cтадiях рееструвати змiни за допомогою мжроскопу, то можна встановити певну динамжу змiни стану кpохмалiв [9].
Вiдповiднi кpохмалi за концентращею 3 %, на^ва-ли до температури 80±2 °С, за piзноi тpивалоcтi термо-обробки (5; 15; 30; 45-60 с) (рис. 4, 5).
За даних рис. 4, 5 розвинуто представлена динамжа процесу клейстеризацп кpохмалiв фiзичноi модифжа-цп у поpiвнянi з нативними.
Для забезпечення переб^у процесу клейстеризацп обрано параметри за яких, температура гвдрообробки крохмалю становила 80±3 °С. За лггературними дани-ми [3, 10] при тдвищенш температури водних крох-мальных cуcпeнзiй бiльшe 30 °С вiдбуваетьcя частко-вий розрив водневих зв'язьлв молекул в зepнi крохмалю, що веде до змши його мжро-структури. Пepeхiд полшаха-pидiв в розчин, грунтуеться на тривалосп термообробки, таким чином обрано параме-три тpивалоcтi термообробки (5...45>60 с.
На першому eтапi термо-обробки крохмальной су-спензп через 5^60 с, вщбу-ваеться набухання зерен, якi адсорбують вологу за раху-нок полярних гщроксильних груп. Для КФМ спостерь гаеться значне збiльшeння зерен в особливосп для крохмалю з восково' кукурудзи «Prime» рис. 4, б, де зб^ьшення досягае в три рази, з лиературних джерел [2, 6] дане набухання сввдчить про високоамшопек-тинний склад. Для крохмалю з восково' кукурудзи
а
«Endura» рис. 4, а вщбуваеться noMipHe набухання у 1,5...2,0 рази, що у пopiвняннi з нативним кукурудзя-ним в 1,5 рази менше. Ця тенденщя набухання може залежати вщ певно! витримки гiдpoтepмooбpoбки.
б
в
Рис. 4. Динамка змши клейстеризаци крохмальних зерен залежно вщ тривалосп термообробки (при збiльшенi в 8 разiв): а — КФМ з восковоТ кукурудзи «Endura»; б — КФМ з восковоТ кукурудзи «Prime»; в — КН кукурудзяний)
Для кpoхмалiв з фракцшним складом крупного зерна (тапюковий, картопляний), набухання протжае зi збiльшeнням зерен в 4.6 pазiв, за рахунок poзмipних характеристик зерен (рис. 5, а, б).
На стадп подальшо! гщротермообробки суспeнзii настае момент, коли структура зерна радикально, але поступово змiнюеться. Саме цей момент eндoтepмiчнoi зупинки пов'язаний iз поглинанням зернами крох-малю енергп, яка йде на руйнування !х внутpiшньoi структури за рахунок топлення водневих зв'язюв, результатом чого е втрата !х шаpуватoстi. Як видно для КФМ з восково! кукурудзи «Prime» рис. 4, б та з тато-ки «Indulge» рис. 5, а, за тривалштю 15 60 с усередину зерна крохмалю проникае вода, i зерно перетворюеть-ся на набряклу кулясту структуру, зникае оптичний ефект бачення зерен. Для шших кpoхмалiв суттевих змш структури зерна не ввдбуваеться, лише пльки збiльшeння набухання зерен за рахунок «розпако-
вування» крохмальних пoлiсахаpидiв i прагнення !х набути сво!х максимальних poзмipiв.
При подальшш гiдpoтepмooбpoбки усiх видiв крох-малю при тpивалoстi вiд 30...45^60 с, зерна вибухають, вiдбуваеться частковий гiдpoлiз i бiльш-мeнш повне розчинення складових зерен, за певних умов - !х ди-фузiя у водний проспр. Дифузiйнi процеси в б^ьшосп спoстepiгаються у нативних кpoхмалiв, наслвдком чого е зниження в'язкoстi.
б
Рис. 5. Динамка змши клейстеризаци крохмальних зерен
залежно вщ тривалосп термообробки (при збтьшеж в 8 раз1в): а — КФМ з тапюки «Indulge»; б — КН картопляний
Основною складовою солодких соуив е плодо-во-ягiдна сировина, яка мштить органiчнi кислоти, моно-i полiсахариди (глюкоза, сахароза, пектиновi ре-човини тощо) мiнеральнi солi, ферменти i т. ш. Кожнi з цих речовин впливають на згущуючу основу солодких соусiв. Як ввдомо, основними загусниками солодких соуав е пектини, модифiкованi крохмалi, камедi тощо. Певнi плоди i ягоди, таю як смородина, малина, жу-равлина, яблука зимових сорив та ш. мають значно низькi значення рН вщ (3,0.4,0), що може посилити гвдролггичну дiю кислот на стаб^ьшсть крохмальних зерен.
Нами проведено дослщження впливу рН середо-вища на динамжу клейстеризацii крохмальних зерен (рис. 6).
а
а
Як видно, пдролггичний вплив кислоти спостерь гаеться для вах крохмалiв. але залежно вщ виду крох-малiв ступiнь гiдролiзу рiзна. Характерна нестабшь-нiсть проявляеться для нативних картопляного рис. 6, д та кукурудзяного крохмалiв рис. 5, в, що пояснюеться накопичення редукуючих речовин.
КФМ з восково' кукурудзи рис. 6, а, б, менш стшю до дп кислоти, а вiзуальнi змiни в структурi зерна ви-являються виразно незначними розмiрними характеристиками, але все одно спостержаеться стiйкiсть, яка може пояснюватися наявшстю фосфатних груп, якi запобтють змiни рН суспензп.
КФМ з тапюки рис. 6, г в процес кислотного гiдролiзу проявив себе б^ьш стiйким, який мiстить ту чи шшу кiлькiсть домiшок, якi знижують концентра-цiю кислоти в розчиш.
рН-5,4
рН-3,5
рН-5,5
рН-3,5
д
Рис. 6. Динамка змши клейстеризацп крохмальних зерен в залежностi вщ впливу рН (при збiльшенi в 8 разiв): а — КФМ з восковоТ кукурудзи «Endura»; б — КФМ з восковоТ кукурудзи «Prime»; в — КН кукурудзяний; г — КФМ з тапюки «Indulge»; д — КН картопляний
5. Висновки
На пiдставi аналiзу науково-технiчноi шформацп доведено дощльшсть використання крохмалiв фiзич-ноi модифiкацii серп «Novation», як загусниюв, що надають заданих технологiчних властивостей соусам на основi плодово-ягiдноi сировини.
У вщповщносп до мети дослiджено мжрострук-туру крохмалiв фiзичноi модифiкацii пiд дiею техно-логiчних чинникiв для обгрунтування використання у технологи соусiв. При мжроскотчному дослiдженi визначено види крохмалiв в залежностi вiд грануломе-тричних характеристик крохмальних зерен. Вид^ено фракцп крохмалiв згiдно розподiлу крохмальних зерен за середтм розмiром. Враховуючи мжроструктурш характеристики крохмалiв, визначено тип модифжа-
цп кpoхмалiв (фiзична), за рахунок монодисперност крохмальних зерен.
Дoслiджeнo peoлoгiчнi характеристики модельних систем на основ! КФМ та КН вщ впливу тeхнoлoгiчних чинниюв (тpивалiсть клейстеризацп, змiна рН). Вста-новлено що при тpивалoстi процесу клейстеризацп (10...15-60с) кpoхмальнi клейстери в особливосп КФМ «Prime» проявляе б1льш ефективну в'язюсть. Виявле-но, що КФМ з восково! кукурудзи «Endura» та татоко-вий «Indulge» е б1льш стшкими до впливу кислот.
Отримаш результати дoслiджeння е основою для розробки технологш ново! харчово! продукцп - соуив солодких на основГ плодово-япдно! сировини з вико-ристанням кpoхмалiв ФГзично! мoдифiкацii.
Лиература
1. Гринченко, О. А. Научное обоснование и разработка технологии кулинарной продукции с использованием полуфабрикатов функциональных композиций на основе полисахаридов [Текст] : дис. ... д-ра. техн. наук: 05.18.16 / О. А. Гринченко. - Харьков, 2005. - 380 с.
2. Мостова, Л. Н. Технология десертной продукции эмульсионного типа с использованием стабилизационных систем на основе крахмала [Текст]: дис. канд. техн. наук : 05.18.16 / Л. Н. Мостовая. - Харьков, 2001. - 320 с.
3. Пивоваров, П. П. 1нновацшш технологи виробництва харчово! продукцй масового споживання [Текст] : моно-граф1я / П. П. Пивоваров та ¡н.; за заг. ред. П. П. Пивова-рова. - Харк. держ. ун-т харч. та торпвш, 2011. - 444 с.
4. Жушман, О. Крохмал1 нативш й модифшоваш [Текст] / О. Жушман // Харчова i переробна промис-ловють. - 2005. - № 5. - С. 25-26.
5. Филлипс, Г. О. Справочник по гидроколлоидам [Текст] / Г. О.Филлипс, П. А. Вильямс; пер. с анг. под ред. А. А. Кочетковой. Л. А.Сарафановой. - СПб.: ГИ-ОРД, 2006. - 536 с.
6. Андреев, Н. Р. Основы производства нативных крахмалов [Текст] / Н. Р. Андреев. - М. : Пищепромиздат, 2001. - 289 с.
7. Хоффстейн, М. Модифицированные крахмалы в современной разработке продуктов [Текст] / М. Хоффстейн // Пищевая промышленность. - 1998. - № 8. -С. 66-67.
8. Большакова, В. А. Використання стабшзацшних систем в технологи соуав [Текст] / В. А. Большакова, О. О. Гринченко // Вюник Харк. нац. ун-ту. Сер1я: «Ак-туальш проблеми сучасно! науки у дослщженнях моло-дих вчених м. Харкова». - 2000. - № 456. - С. 219-221.
9. Коваленко, А. А. Технолопя десер^в з використанням стабшзацшних систем на основ! крохмалю [Текст] : монограф1я / А. А. Коваленко та ¡н. - Харк. держ. ун-т харч. та торпвл1, 2010. - 136 с.
10. Серегин, С. Н. Продукция из крахмалсодержащего сырья в балансе сахаристых веществ России [Текст] / С. Н. Серегин // Пищевая промышленность. - 2004. -№ 1. - С. 48-54.
в
г
