CC BY
40
664.95
ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ КОАГУЛЯЦИОННЫХ КОНТАКТОВ В ФАРШЕ С ДОБАВКОЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ПЛАЗМЫ КРОВИ
Л.В. АНТИПОВА, С.А. ТИТОВ, Н.М. ИЛЬИНА, Н.Н. ПОПОВА, Д.С. САИКО
Воронежская государственная технологическая академия,
394000, г. Воронеж, пр-т Революции, 19; электронная почта: meatech@yandex.ru
Проведены физические исследования мясного фарша с добавлением электрохимически активированной плазмы крови. Предложена физическая модель образования коагуляционных контактов в фарше.
Ключевые слова: коагуляционные контакты, мясной фарш, электрохимическая активация.
Проблема дефицита белка животного происхождения актуальна во всем мире. Одним из часто практикуемых способов ее решения является комбинирование белков различного происхождения с эффектом взаимодействия, например животных и растительных. Другой способ снижения дефицита полноценных белков - максимальное и рациональное использование вторичных ресурсов перерабатывающих отраслей АПК. Особое место среди источников полноценного белка занимает плазма крови (ПК) убойных животных, обладающая уникальными полифункциональными свойствами [1]. Целенаправленно воздействуя на ПК при добавлении ее в мясной фарш для замены части мясного сырья или технологической воды, можно регулировать реологические и функционально-технологические свойства фарша и колбасных изделий [2, 3]. Одним из способов воздействия является электрохимическая активация (ЭХА) [4].
Цель настоящей работы - выбор оптимальных параметров процесса электрохимической обработки ПК и условий куттерования колбасного фарша с добавлением ЭХА-плазмы.
Электрохимическую активацию проводили при силе тока 4 А, плотности тока 0,087 А/см2 в емкости разделенной на две части полунепроницаемой мембраной, в одну из которых был помещен катод, а в другую - анод. Время обработки 4-5 мин. Плазма крови, характеризующаяся после активации кислотными свойствами, называется анолитом, щелочными - католитом. Значение рН нативной ПК составляет 7,7. После активации оно понижается до 5,8-6,0 у анолита и повышается до 9,9-10,1 у католита.
Для сравнительных испытаний готовили модельный фарш (контроль) говядина-свинина в соотношении 1:1с добавлением 20% технологической воды и образцы, в которых 40% от массы основного сырья заменяли ЭХА ПК - анолитом или католитом - с различным временем активации.
Оптимальную продолжительность куттерования фарша определяли по достижению максимальных значений его предельного напряжения сдвига и внутреннего трения.
Для изучения влияния ПК на структурно-механические свойства модельных фаршей исследовали кинетику деформации фарша с добавлением католита 4 и 5 мин ЭХА-обработки, анолита 4 мин ЭХА-обработки и контрольного фарша. По полученным результатам рассчитывали пластическую вязкость и вязкость упругого последействия [5] (таблица).
Таблица
Фарш с добавлением
Реологическая анолита (4 мин) католита нативной ПК 20% воды
характеристика 4 мин 5 мин (кон- троль)
Пластическая вязкость, Па ■ с 7,5 23 32 0,4 16
Вязкость упругого последействия, Па ■ с 0,1 0,25 0,2 0,24
Предельное напряжение сдвига, отн. ед. 3 30 35 5 23
Наибольшими пластической вязкостью и предельным напряжением сдвига характеризуется фарш с добавлением 40% католита, активированного в течение 5 мин, наименьшими - фарш, содержащий 40% неактивированной ПК. Фарши с добавлением анолита имеют гораздо меньшие пластическую вязкость и предельное напряжение сдвига, чем с добавлением католита. Несмотря на то, что пластическая вязкость у фарша с добавлением католита 5 мин активации наибольшая, вязкость упругого последействия у него ниже, чем у фарша с добавлением католита 4 мин активации и контрольного.
Максимальная водосвязывающая способность (ВСС) соответствует фаршу, содержащему католит, активированный в течение 4 мин, наиболее близкая к нему по значению - у фарша, содержащего католит, активированный 5 мин. У модельных фаршей, содержащих неактивированную ПК или анолит, ВСС практически равна и соответствует показателям контрольного фарша.
Известно [2], что при куттеровании фарша происходит эмульгирование жира, сопровождающееся обратным процессом агрегации его капель. От условий эмульгирования зависят равновесные размеры жировых шариков. Белки мясного фарша адсорбируются на стенках этих шариков и создают адсорбционный слой, являющийся структурно-механическим барьером для агрегации шариков. На основании этого для объяснения совокупности полученных результатов предложена физическая модель образования коагуляционных компонентов в фарше.
Пусть навстречу друг другу движутся два жировых шарика. Будем считать один из них покоящимся, а другой - движущимся со скоростью V.
По закону сохранения энергии, в пренебрежение диссипативными силами, действующими на шарики, можно записать
2 2 mv _ mv1 ^
2 _ 2 д1
(Н )+и эл(2( + к)+ Н) (1)
22 mv2 mv
2
2
-илиш(Н )-и эл(2( + к)+ Н) (2)
В точке максимального сжатия кинетическая энергия шарика равна потенциальной энергии его максимальной упругой деформации.
Тогда
± -и цЕ , 2 д'
„(Л) — и эл(2( + к) + Н), (3)
и _-
А *
12Н
(4)
и (Н) _
Q V 1—17 J 2 422
(2 + Н) 2 + Н 525 . 2 + Н
где------ кинетическая энергия движущегося шарика на бесконеч-
2
ту?
ном расстоянии от неподвижного; —1— кинетическая энергия ша-
2
рика, когда его центр имеет координату х = 2 (р + к) + Н (р - радиус шариков, к - толщина прослойки между поверхностями шариков в тот момент, когда шарики начинают деформироваться); идасп - потенциальная энергия дисперсионных сил ван-дер-ваальсовского взаимодействия между молекулами поверхностей шариков; иэл - потенциальная энергия электростатических взаимодействий.
Отсюда
(5)
где Q - заряд шариков, Q = (п+ - п), п+ и п_ - число положительных и отрицательных зарядов на поверхности шариков.
С увеличением заряда на поверхности шариков увеличивается потенциальная энергия электростатического взаимодействия (5) и снижается величина ДХшах (4), т. е. вероятность коагуляции жировой эмульсии с увеличением заряда падает.
При добавлении в фарш католита, активированной 4 мин ПК, когда его pH достигает 10, увеличивается pH фарша, соответственно растет отрицательный заряд адсорбционного слоя и вероятность агрегации жировых шариков уменьшается. Проведение электронно-микроскопических исследований этого фарша не показало наличия сколько-нибудь значительных агрегатов жира.
Повышение степени дисперсности жировой эмульсии путем введения в фарш католита увеличивает общую площадь поверхности жировых шариков. Рост количества молекул белка, «фиксированных» в адсорбционном слое на поверхности шариков, т. е. слабее подверженных тепловому движению, приводит к увеличению числа коагуляционных контактов между ними и окружающими молекулами белка. Эти контакты осуществляются в основном гидрофобными взаимодействиями, слабо зависящими от pH [5]. Прочность структуры или предельное напряжение сдвига приблизительно равно [6]
Т пр _ ХТ к =
(5)
где х - число контактов на единицу поверхности разрушения; Тк -прочность индивидуального контакта, м.
В первом приближении, для не очень рыхлых структур:
1
(2г)2
(6)
где Е , - модуль упругости адсорбционного слоя, Н/м ; ц - коэффициент пропорциональности между коэффициентом упругости адсорбционного слоя и Е,.
С увеличением деформации растет механическое напряжение в адсорбционном слое. Если Дхмакс > Ахпред, где Дхпред - деформация, соответствующая предельному напряжению сдвига адсорбционного слоя, то слой разрушается и шарики сливаются в один.
Потенциальная энергия дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса выражается формулой:
где А - сложная константа Гамакера, учитывающая наличие дисперсионной среды, Дж; р - радиус сферы, м; Н - толщина зазора между сферами, м.
Рассматривая электростатическое взаимодействие жировых шариков, получим формулу
где г - радиус частиц.
Согласно формулам (5) и (6), с добавлением в фарш католита уменьшается радиус частиц, растет число коагуляционных контактов, увеличивается предельное напряжение сдвига. При добавлении анолита происходит обратное явление, что подтверждается экспериментально. Так как вязкость коагуляционных систем связана с переключением коагуляционных контактов, то с их увеличением возрастает и вязкость. Полученные зависимости распространяются и на глобулярные белковые образования. Отличие состоит в том, что роль адсорбционного слоя выполняет поверхность глобул, а уменьшение расстояния между ними приводит не к разрушению адсорбционного слоя, а к образованию близкодействующих гидрофобных контактов, приводящих к агрегации глобул. Еще одним дополнительным механизмом, приводящим к повышению предельного напряжения сдвига фарша с добавлением католита, может быть влияние pH среды на агрегацион-ные процессы в миофибриллах мышечной ткани.
х
х_____
При увеличении pH фарша возрастает число заряженных полярных групп белка, т. е. увеличивается вероятность их ионизации, что приводит к увеличению гидратации белковых молекул. Поэтому при добавлении католита повышается ВСС фарша.
Чем продолжительнее куттерование, тем меньше размеры частиц сырья, что приводит к возрастанию количества коагуляционных контактов и в соответствии с уравнениями (5) и (6) предельное напряжение сдвига увеличивается, достигая максимального значения. При дальнейшем увеличении времени измельчения в результате активно развивающихся процессов агрегации частиц жира, уменьшения числа полярных групп, осуществляющих взаимодействие между молекулами белка, предельное напряжение сдвига снижается, поскольку число коагуляционных контактов уменьшается.
Количество контактов и интенсивность взаимодействия при контактировании оказывают влияние на внутреннее трение в фарше, которое изменяется так же, как и предельное напряжение сдвига в зависимости от продолжительности куттерования.
Таким образом, представленная физическая модель применима для описания функционально-технологических свойств мясных фаршей в условиях куттерования поликомпонентных систем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипова Л.В., Жеребцов Н.А. Биохимия мяса и мясных продуктов. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1991. - 184 с.
2. Салаватулина P.M. Рациональное использование сырья в колбасном производстве. - М: Агропромиздат, 1985. - 225 с.
3. Жаринов А.И., Рогов И.А., Макарова Л.Б. Проблемы и возможности полифункционального использования фракций крови // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1995. - № 1-2. - С. 57-59.
4. Пащенко Л.П., Санина Т.В., Бывальцев А.И. Электрохимия в технологии хлеба, макаронных и кондитерских изделий / ВГТА. - Воронеж, 2001. - С. 233.
5. Измайлова В.Н., Ямпольская Г.П., Сумм Б.Д. Поверхностные явления в белковых системах. - М.: Химия, 1988. - 240 с.
6. Щукин Е.Д., Перцев А.В., Амелина Е.А. Коллоидная химия. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1982. - 384 с.
Поступила 05.02.10 г.
PHYSICAL MODEL OF COAGULATION CONTACTS IN THE SAUSAGE MEAT WITH ELECTROCHEMICAL ACTIVATED BLOOD PLASMA ADDITION
L.V. ANTIPOVA, S.A. TITOV, N.M. ILYINA, N.N. POPOVA, D.S. SAYKO
Voronezh State Technological Academy,
19, Revolution av., Voronezh, 394000; e-mail: meatech@yandex.ru
The physical investigations of sausage meat with electrochemical activated blood plasma addition are described. The physical model of coagulation contacts in the sausage meat is proposed.
Key words: coagulation contacts, the sausage meat, electrochemical activation.
663.8:628.1
ВЛИЯНИЕ ОСНОВНЫХ ОРГАНИЧЕСКИХКОНТАМИНАНТОВ ВОДЫ НА СТОЙКОСТЬ ОКРАСКИ НАПИТКОВ
И.В. ТИМОЩУК, Н.А. САРТИНА, И.В. ПРОСКУНОВ
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47; электронная почта: ekolog1528@yandex.ru
Исследовано влияние приоритетных загрязнителей водопроводной воды на стойкость окраски настоев, полученных на основе малины, смородины, клюквы, яблок, черноплодной рябины, вишни, облепихи. Выявлено снижение стойкости окраски всех настоев в присутствии фенола, формальдегида, хлорфенола. Установлено, что хлороформ не оказывает влияния на стойкость окраски.
Ключевые слова: безалкогольные напитки, стойкость окраски, формальдегид, фенол, хлорфенол, хлороформ.
Учитывая химический состав ягод, можно прогнозировать взаимодействие компонентов с приоритетными загрязнителями воды. Нами была изучена стойкость окраски во времени спиртовых настоев (40-50°) ягод, приготовленных по стандартным методикам, и безалкогольных напитков, произведенных на их основе с использованием воды, содержащей приоритетные загрязнители. Химический состав красящих компонентов исследованных ягод и плодов представлен в таблице. Воду для приготовления настоев использовали из системы централизованного водоснабжения.
Спиртовые настои для производства газированных безалкогольных напитков готовят на основе ягод и плодов, которые содержат различные соли и минеральные элементы, органические кислоты, ароматические, вкусовые вещества и ферменты, способствующие усилению действия пищеварительных соков и нормальному функционированию кишечника. Ягоды и плоды в своем составе содержат вещества, придающие им окраску - флавоноиды (антоцианы и катехины) и кароти-ноиды [1].
