CC BY
52
4. Колмакова, Н. Пектин и его применение в различных пищевых производствах / Н. Колмакова // Пищевая пром-сть. - 2003. - № 6. - С. 60-62.
5. Методические указания по использованию в лечебно-профилактических целях пектинов и пектиносодержащих продуктов. № 5049-89. - Киев: Урожай, 1990. - 15 с.
6. Типсина, Н.Н. Мелкоплодные яблоки Сибири в кондитерских изделиях пищевой промышленности и массовом питании / Н.Н. Типсина. - Красноярск: КрасГАУ, 1998. - 103 с.
7. Типсина, Н.Н. Использование пектиносодержащих продуктов при отравлении солями тяжелых металлов / Н.Н. Типсина, Е.М. Типсина // Вестн. КрасГАУ. - Красноярск, 200б. - №14. - С. 181-184.
8. Бетева, Е.А. Пектин, его модификации и применение в пищевой промышленности / Е.А. Бетева, А.А. Кочеткова, М.В. Гернет. - М.: АгроНИиТэИПП, 1992. - № 4. - 36 с.
'-------♦-----------
УДК 66.047.755(088.8) А.Н. Остриков, И.В. Кузнецова, Ю.В. Складчикова
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМ СВЯЗИ ВЛАГИ В БЕЛЫХ КОРЕНЬЯХ ПАСТЕРНАКА, ПЕТРУШКИ И СЕЛЬДЕРЕЯ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Дифференциально-термическим анализом осуществлена оценка состояния воды в пастернаке, петрушке и сельдерее, изучено наличие в них воды различной степени связанности: свободной, физико-механической и физико-химической, определены интервалы состояния воды при различной связи влаги с материалом.
Ключевые слова: сельдерей, петрушка, пастернак, влага, дифференциально-термический анализ.
A.N. Ostrikov, I.V. Kuznetsova, Yu.V. Skladchikova THE RESEARCH OF THE DAMPNESS CONNECTION FORMS IN THE WHITE PARSLEY, PARSNIP AND CELERY ROOTS BY MEANS OF THE DIFFERENTIAL- THERMAL ANALYSIS TECHNIQUE
The estimation of water condition in parsley, parsnip, celery is realized by the differential-thermal analysis. The availability of water in parsley, parsnip, celery of different link degree such as free, physic-mechanical, physic- chemical is studied. The intervals of water condition are defined at different dampness and material links are determined.
Key words: parsley, parsnip, celery, dampness, differential-thermal analysis.
Сушеные белые коренья пастернака, петрушки и сельдерея являются важной пищевой добавкой при производстве вкусовых приправ. От правильности выбора режима сушки зависят пищевая ценность и качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом структурно-механических, биологических и физико-химических преобразований веществ. Для эффективной реализации процесса сушки белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея необходимо изучить характер связи влаги с определением участков, на которых осуществляется преобразование веществ при повышении температуры.
В качестве объекта исследования использовали пластины белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея толщиной 3-4 мм.
Исследование закономерностей теплового воздействия на растительные продукты осуществляют методом неизотермического анализа на дериватографе системы «Паулик - Паулик - Эрдей» в атмосфере воздуха с постоянной скоростью нагрева 3 °С/мин до 300 °С.
Дифференциально-термический анализ позволяет установить направление и величину изменения энтальпии, связанной с изменением влагосодержания белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея в результате их нагрева. Исследования осуществляли в кварцевых тиглях с общей массой навески для образца - 500 мг. В качестве эталона использовали AhOз, прокаленный до 2800 °С. Применяемые для количественной обработки методом неизотермической кинетики термоаналитические кривые одновременно регистрируют изменения температуры, массы образца, скорости изменения температуры или энтальпии и изменения массы (кривые ТА, ТG, DTA и DTG). Регулировочное устройство давало возможность равномерного нагревания печи, а достижение линейности программы нагрева печи обеспечивало воспроизводимость кривых ТА, ТG, DTA и DTG.
Выбор режимов записи дериватограмм определялся с учетом методики [3]. Были выбраны следующие режимы снятия дериватограмм: чувствительность гальванометра йТЛ - 1/10; чувствительность гальванометра йТв - 1/5; чувствительность гальванометра ТG - 200 мг; скорость изменения температуры нагрева печи - 3 °С/мин; максимальная температура нагрева - 300 °С.
В процессе теплового воздействия частицы растительных продуктов претерпевают значительные физико-химические изменения [1], в результате которых высвобождается вода, присущая конкретному продукту и определяющая характер протекающих внутри продукта преобразований веществ. За счет испарения влаги и разложения сахаров, клетчатки и других органических соединений их масса снижается: у пастернака и петрушки на 78...79 %, у сельдерея на 88...90 %. При этом происходит ослабление прочности структуры вследствие частичного гидролиза клетчатки, целлюлозы и других сложных углеводов, из которых состоят стенки клеток и межклеточные перегородки [6].
Кинетической характеристикой процесса является температура начала термолиза Т (отклонение от базовой линии кривой DTА на рис. 1). Температура Т2 соответствует точке наибольшего отклонения данной кривой. Участок возрастания кривой DTА, начиная с пика, соответствует выравниванию температурного поля образцов белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея до нового квазистационарного состояния, нарушенного ранее тепловым эффектом превращения [5].
пас т ер н ак петруш ка
сел ь дер е й
Рис. 1. Дериватограмма белых кореньев
Количественную оценку кинетически неравноценных молекул воды в продукте осуществляли по экспериментальным кривым, полученным методом термогравиметрии. Участок кривой изменения массы, соответствующий процессу дегидратации, преобразовывали в зависимость степени изменения массы или превращения вещества от температуры. Для этого через каждые 5 оС на кривой ТG, при определенных значениях температуры, находили изменение массы т, образца, соответствующее количеству высвобождающейся воды при температуре Т. Степень изменения массы а рассчитывали как отношение массы т, к общему количеству воды, содержащейся в продукте т, определяемому из кривой Тв в конце процесса дегидратации. Полученная кривая ТG в координатах «а - Т» имеет 5-образный вид, отражающий сложный характер взаимодействия воды и сухих веществ продуктов, и предполагает различие в скорости высвобождения воды на разных участках данной кривой (рис. 2). Следовательно, кривые зависимости степени превращения вещества от температуры позволяют изучить различные, кинетически неравноценные формы связи влаги и предполагают разную скорость дегидратации.
Рис. 2. Зависимость степени превращения а от температуры Т для белых кореньев
Для получения данных о механизме влагоудаления на основе полученных кривых, определения температурного интервала и количества влаги, десорбированной примерно с одинаковой скоростью, использовали кривую в координатах «(-/д а) - (103/Т)». Зависимость (-1д а) от величины (103/Т) (рис. 3) выполнена для интервала 298.403 К. На рисунке 3, а, б, в отчетливо видны четыре линейных участка для белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея, что свидетельствует о ступенчатом выделении воды. При температуре 315 К осуществляется разрушение связи «вода - вода» в пастернаке, при температуре 333 К - в петрушке и сельдерее; при 350 К удаляется полиадсорбционная влага в пастернаке, при 381 К - в петрушке, при 368 К -в сельдерее. При 380 К удаляется моноадсорбционная влага в пастернаке, при 396 К - в петрушке, при 390 К - в сельдерее. В интервале температур 380.403 К для пастернака, 396.403 К для петрушки и 390.403 К для сельдерея наблюдается разложение веществ с выделением газообразных составляющих и начало удаления химически связанной воды. Каждой из ступеней дегидратации соответствует процесс выделения воды с различной энергией связи. Кривые изменения массы исследуемых продуктов при температуре 380.385 К
для пастернака, 396.400 К для петрушки и 390.393 К для сельдерея имеют характерную точку перегиба, показывающую изменение механизма деструкции.
Дериватограмма белых кореньев пастернака, петрушки и сельдереея (см. рис. 1) имеет характеристические температуры ступеней гидратации, деструкции веществ и температурные интервалы устойчивости промежуточных соединений, определяемые пиками эндотермических эффектов, сопровождающихся испарением влаги и возможным отделением газообразных фракций (табл. 1).
Эффект на кривой йТЛ сопровождается изменением массы (кривая Тв) и эффектом на кривой йТв, что позволяет определить начало и окончание изменения энтальпии [5].
На кривой йТЛ наблюдается значительный эндотермический минимум при температуре 380 К для пастернака, 396 К для петрушки и 390 К для сельдерея (см. табл. 1, рис. 1), который соответствует процессам дегидратации продукта и сопровождается потерей массы образца, а также связан с преобразованием веществ белых кореньев пастернака, петрушки и сельдерея и началом возникновения газообразных фракций.
Таблица 1
Кинетические температурные характеристики процесса термолиза белых кореньев, К
Кинетическая характеристика Пастернак Петрушка Сельдерей
Температура начала эндотермического эффекта 315 333 350
Температура пика эндотермического эффекта 382 398 393
Температура окончания эндотермического эффекта 390 400 395
Рассмотрим более подробно виды связи влаги в исследуемом растительном продукте. На первой стадии, при температуре 315 К для пастернака, 333 К для петрушки и 350 К для сельдерея, происходит нагрев и удаление «свободной» воды (участок АВ рис. 3, а, б, в), механически и осмотически связанной влаги, имеющей невысокую энергию связи с продуктом. Высвобождается вода, образующая ажурную сетку из ас-социатов молекул воды, связанных между собой водородными связями. При этом десорбция капиллярной воды характеризуется более низкими величинами энергии активации по сравнению с водой, высвобождающейся на второй ступени процесса. В процессе нагрева часть осмотически и иммобилизационно связанной влаги, удерживаемой в замкнутых ячейках белковых мицелл, высвобождается при развертывании их поли-пептидных цепей при температуре испарения адсорбционно связанной влаги в результате нарушения ми-целлярных и гидрофобных взаимодействий белков и углеводов с водой.
Вода, выделяющаяся на второй и третьей ступенях (промежуточная), образует несколько последующих слоев молекул, более прочно связанных с продуктом (участки ВС и Сй на рис. 3, а, б, в). Данные молекулы испытывают влияние активных групп сухих веществ и обладают более искаженной структурой по сравнению с водой в объеме [1].
В интервале температур около 315.380 К для пастернака, 333.396 К для петрушки и 350.390 К для сельдерея завершается удаление физико-механической связанной воды и начинается высвобождение незначительной части слабосвязанной адсорбционной влаги внешних полимолекулярных слоев внутри частиц продукта, а с температуры 382.403 К для пастернака, 398.403 К для петрушки и 393.403 К для сельдерея наблюдается деструкция веществ.
Рис. 3. Зависимость -1да от 1000/Т: а - пастернак; б - петрушка; в - сельдерей
5=>
ьо
о,
5ь
Ьо
Технология переработки
Пик эндотермического эффекта при температуре 382 К для пастернака, 398 К для петрушки и 393 К для сельдерея, сопровождающийся окончанием интенсивной потери массы, соответствует высвобождению молекул воды с физико-химической связью и удалению газообразных фракций. При температуре продукта свыше температуры пика эндотермического эффекта наблюдается начало распада веществ данных растительных продуктов. При дальнейшем повышении температуры пикообразные кривые йТв обусловлены значительной деструкцией веществ, что отмечается и на кривой Тв при снижении массы образца, с последующим обугливанием продукта. Общая потеря массы составляет при нагревании пастернака и петрушки 78-79 % (табл. 2), сельдерея - 88-90 %.
Таблица 2
Структурные изменения в белых кореньях при терморазложении
Структурное изменение Температурные характеристики белых кореньев Т, К
Пастернак Петрушка Сельдерей
Извлечение основной массы влаги Тв 315 333 350
Начало деструкции веществ продукта Тэ 382 398 393
Вторая и третья ступени дегидратации (участки ВС и СD на рис. 3, а б, в) соответствуют удалению сильносвязанной воды, гидратирующей активные группы сухих веществ.
На четвертой ступени (участок йй на рис. 3) завершается преобразование и разрушение структуры углеводов и белка.
Таким образом, анализ полученных данных позволил выделить четыре периода дегидратации воды и преобразования сухих веществ при термическом воздействии на белые коренья пастернака, петрушки и сельдерея, а также выявить температурные зоны, которые соответствуют высвобождению влаги с различной формой и энергией связи.
Литература
1. Вода в пищевых продуктах: пер. с англ. / под ред. Р.Б. Дакуорта. - М.: Пищевая пром-сть, 1986.
2. Дериватограф системы «Паулик-Паулик-Эрдей» // Теоретические основы / Венгерский оптический завод. - Будапешт, 1974.
3. Котова, Д.Л. Термический анализ ионообменных материалов / Д.Л. Котова, В.Ф. Селеменев. - М.:
Наука, 2002. - 156 с.
4. Уэндландт, У. Термические методы анализа / У. Уэндландт. - М.: Мир, 1978. - 526 с.
5. Нечаев, А.П. Пищевая химия / А.П. Нечаев. - СПб.: Гиорд, 2001. - 581 с.
6. Лыков, А.В. Теория сушки / А.В. Лыков. - М.: Энергия, 1968. - 470 с.
