CC BY
33
УДК 637.146
Исследование форм связи влаги в творожных продуктах методом дифференциально-сканирующей калориметрии
и термогравиметрии
Е.А. Пожидаева, канд. техн. наук; Е.С. Попов, д-р техн. наук, профессор; A.B. Илюшина; Н.В. Болотова
Воронежский государственный университет инженерных технологий Е.В. Иванова, канд. техн. наук Смоленская государственная сельскохозяйственная академия
Реферат
Актуальным направлением совершенствования технологий функциональных продуктов питания является применение природных биологически активных веществ в инженерных технологиях пищевых производств, что позволит обеспечить положительную коррекцию пищевого статуса широких слоев российского населения, включая социально незащищенные. В качестве объектов исследований рассмотрены творожные системы с введением композиции продуктов переработки растительного сырья, образующихся при производстве масел методом холодного прессования - муки из жмыхов семян тыквы, кунжута и грецкого ореха. Контролем служили образцы творога с массовой долей жира 5%. В разработанных продуктах исследовали состояние влаги методом дифференциально-термического анализа с помощью прибора синхронного термического анализа, с применением методов дифференциально-сканирующей калориметрии и неизотермической кинетики. Процесс дегидратации в контрольных образцах творога происходит в менее широком температурном интервале по сравнению с образцами творожных систем, что свидетельствует о росте содержания связанной влаги в системах. Количественную оценку соотношения фракций влаги с различной связью проводили с применением экспериментальных кривых, полученных методом термогравиметрии. Определены диапазоны эндотермических эффектов, свидетельствующие о ступенчатом удалении влаги, в соответствии с формами и энергией ее связи с биополимерами экспериментальных образцов. Установлено увеличение доли химически связанной влаги в образцах творожных систем по сравнению с контрольными образцами, в том числе по истечении процесса хранения, что свидетельствует о наличии связанных форм влаги биополимерами растительного сырья. Полученные данные позволяют прогнозировать увеличение срока годности творожных систем, улучшение их потребительских свойств и сохранность биопотенциала всех рецептурных компонентов. Разработанные пищевые продукты могут быть рекомендованы в качестве природных биокорректоров, предназначенных для профилактического питания организованных коллективов и алиментарной коррекции пищевого статуса различных групп населения.
Ключевые слова
биологически активные добавки; дифференциально-сканирующая калориметрия; неизотермическая кинетика; творожные системы; термогравиметрия
Цитирование
Пожидаева Е.А., Илюшина A.B., Болотова Н.В., Иванова Е.В. (2018) Исследование форм связи влаги в творожных продуктах методом дифференциально-сканирующей калориметрии и термогравиметрии // Пищевая промышленность. 2018. № 11.С. 73-77.
Study of the forms of moisture binding in curd products by differential
scanning calorimetry and thermogravimetry
E.A. Pozhidaeva, Candidate of Technical Sciences; E.S. Popov, Doctor of Technical Sciences, Professor; A.V. Ilyushina, N.V. Bolotova
Voronezh State University of Engineering Technologies E.V. Ivanova, Candidate of Technical Sciences Smolensk State Agricultural Academy
Abstracts
The actual direction of perfection of technologies of functional food stuffs is application of natural biologically active substances in engineering technologies of food production that will allow to provide positive correction of the food status of wide layers of the Russian population, including socially unprotected. As objects of research, curd systems with the introduction of a composition of products of processing of vegetable raw materials, formed during the production of oils by the method of cold pressing - flour from oil cakes of pumpkin seeds, sesame and walnut are considered. Control samples served cottage cheese with a mass fraction of fat 5%. In the developed products, the state of moisture was studied by differential thermal analysis using a synchronous thermal analysis instrument, using differential scanning calorimetry and nonisothermal kinetics. The process of dehydration in control samples of cottage cheese occurs in a less wide temperature range compared to samples of curd systems, which indicates an increase in the content of bound moisture in the systems. A quantitative assessment of the ratio of moisture fractions with different bonds was carried out using experimental curves obtained by thermogravimetry. The ranges of endothermic effects indicating the stepwise moisture removal are determined in accordance with the forms and energy of its connection with the biopolymers of the experimental samples. An increase in the proportion of chemically bound moisture in samples of curd systems as compared to control samples was established, including after the storage process, which indicates the presence of bound forms of moisture with biopolymers of plant raw
materials. The obtained data allow to predict the increase in the shelf life of curd products, the improvement of their consumer properties and the safety of the biopotential of all prescription components. The developed food products can be recommended as natural biocorrectors intended for preventive nutrition of organized collectives and alimentary correction of the nutritional status of various population groups.
Key words
biologically active additives; curd systems; differential-scanning calorimetry; non-isothermal kinetics; thermogravimetry Citation
Pozhidaeva E.A., Popov E.S., llyushina A.V., Bolotova N.V., Ivanova E.V. (2018) Study of the forms of moisture binding in curd products by differential scanning calorimetry and thermogravimetry // Food processing industry = Pishhevaja promyshlennost". 2018. № 11. P. 73-77.
Вопросы здоровья населения занимают важное место в государственных программах развития Российской Федерации, о чем свидетельствуют государственная политика в области здорового питания и концепция развития системы здравоохранения в РФ до 2020 г., констатирующие ключевую роль алиментарных факторов в коррекции гомеостаза организма. В связи с этим актуальным направлением развития индустрии питания является применение природных биологически активных веществ в инженерных технологиях пищевых производств, что позволит обеспечить положительную коррекцию пищевого статуса не только отдельных групп населения, но и регионов, отдаленных от сырьевых источников с неблагоприятными климатическими условиями. Данные обстоятельства нашли отражение в развитии современной элемен-тологии и разработке методологии ликвидации элементозов различного характера посредством расширения ассортимента продуктов, обогащенных эссенциальными нутриентами направленного лечебного и профилактического действия [1, 2].
Предпочтительно в качестве биокорректоров пищевого статуса использовать натуральные природные объекты, обладающие более выраженной эффективностью позитивного воздействия на организм по сравнению с искусственно синтезированными формами. На основе анализа потенциальных природных источников биологически активных веществ установлено, что наибольшим потенциалом, доступной стоимостью и значительными объемами производства обладают продукты глубокой переработки растительного сырья - мука из жмыхов семян тыквы, кунжута и грецкого ореха [1]. Функциональная композиция данных растительных объектов вводилась в состав творога (массовая доля жира 5%) в количестве 20% с получением модельных творожных систем, подвергаемых дальнейшему хранению [3, 4].
Цель работы - исследование изменений содержания и соотношения различных форм связанной влаги
в творожных системах с функциональными растительными композициями в процессе хранения.
Исследуемые объекты - творожные системы, содержащие функциональные растительные композиции на основе муки из жмыхов семян тыквы, кунжута и грецкого ореха. Готовые и упакованные продукты хранили при температуре минус 20± 2 °С в течение 90 суток. Контролем служили образцы творога с массовой долей жира 5%.
Оценку состояния влаги в творожных системах проводили методом дифференциально-термического анализа с помощью прибора синхронного термического анализа (ТГ-ДТА/ДСк), модель STA 449 F3 Jupiter. Были использованы методы термогравиметрии (ТГ), дифференциально-сканирующей калориметрии (ДСК) и неизотермической кинетики с нахождением степени превращения а. Метод ДСК позволяет регистрировать тепловые эффекты физико-химических и структурных изменений, происходящих в продукте при управляемом воздействии высокой температурой. Метод ТГ обеспечивает контроль изменения массы исследуемого образца при нагреве или охлаждении в диапазоне температур, соответствующих фазовым превращениям влаги в образце [5, 6]. Для представления полученных результатов в виде дифференциальных зависимостей с1ТГ и сЩСК, их обрабатывали с помощью программного обеспечения MS Excel и NETZSCH Proteus. Нагрев производили в диапазоне температур 25300 "С, скорость нагрева составляла 2 К /мин, использовали тигли из оксидированного алюминия, среда -гелий, расход продувочного газа -30 мл/мин. Количественную оценку фракций влаги различных форм связи проводили по экспериментальным данным в соответствии с методикой.
В процессе термолиза исследуемых образцов (рис. 1~4) в диапазоне температур от 25 до 300 °С выявлено наличие эндотермических эффектов (кривые ДСК) и соответствующих изменений массы (кривые ТГ).
В процессе термолиза исследуемых образцов зафиксированы тепловые эффекты, характеристики которых приведены в табл. 1.
В процессе экспериментальных исследований опытных и контрольных образцов выявлены эндотермические эффекты в различных температурных интервалах:
- до проведения процесса хранения: №1-25-131 °С; №2 (контроль) -25-128 °С;
- по истечении 90 суток хранения: № 3-25-130 °С; №4 (контроль) -25-119 "С.
Процесс термолиза в контрольных образцах происходит в менее широком температурном диапазоне, что говорит о большей степени связанности влаги в опытных творожных системах.
При проведении термического анализа зафиксировано изменение массы навесок исследуемых образцов, которая составила - 47,65% в опытном и 65,23% в контрольном образце. Полученные данные свидетельствуют о возрастании степени связывания влаги в опытных образцах творожных систем по сравнению с контрольными, вследствие связывания влаги биополимерами растительного сырья. По окончании процесса хранения, изменение массы в опытном образце, подвергнутому термолизу, составило - 32, 67% и 49,43% в контрольном образце, что позволяет констатировать прочность удержания влаги растительными объектами.
Преобразование участка зависимости изменения массы ТГ, соответствующего процессу дегидратации в указанных выше температурных интервалах позволило получить зависимость превращения вещества а, мг/мг от температуры образца Т, К (рис. 5). Степень превращения вещества вычисляли по отношению текущего изменения массы Дт| на момент времени т к общему изменению массы Дт .
тах
Полученные экспериментальные зависимости соответствуют сложному процессу дегидратации опытных образцов и высвобождения фракций влаги с различной энергией связи
на различных этапах термического анализа.
Интервалы степени превращения Да, соответствующей первой (свободной), второй (механически связанной) и третьей (химически связанной) ступени удаления влаги представлены в табл. 2.
Графическая зависимость (~1да) от величины (103/Т) позволяет идентифицировать три фазы дегидратации образцов, которые соответствуют высвобождению влаги различных форм и энергий связи: 1 ступень -участки А|В| - нагрев и удаление свободной влаги, 2 ступень - участки В|С| ~ удаление адсорбционно и осмотически-связанной влаги, 3 ступень - участки СД - выделение газообразных продуктов термического разложения и удаление физико-химически связанной влаги (рис. 6). Выделенные участки свидетельствуют о ступенчатом удалении влаги, в соответствии с формами ее связи с биополимерами растительных объектов.
Анализ экспериментальных данных показал, что на первых участках АД -А4В4 в температурном диапазоне 298-316 К происходит удаление свободной влаги и разрушение связей типа «вода-вода», количество удаляемой влаги составляет 6,67%, 2,94% в опытных образцах №1,3 и 15,65%, 8,89% в контрольных образцах №2, 4 соответственно. В диапазоне температур 312-362 К располагаются участки В1С1 - В4С4, соответствующие удалению механически связанной влаги. Массовая доля удаляемой влаги составила 34,78 %, 22,54% для исследуемых образцов №1, 3 соответственно, 43,70 и 35,09% -для контрольных образцов №2, 4. Участки СЮ1 - С404 располагаются в температурном диапазоне 357-404 К и соответствуют возрастанию доли физико-химически связанной влаги. Полученные данные свидетельствуют о возрастании доли химически связанной влаги в образцах творожных систем по сравнению с контрольными образцами, в том числе по истечении процесса хранения, что позволяет констатировать наличие связанных форм влаги биополимерами растительного сырья.
Таким образом, введение в состав творожных продуктов растительного сырья обеспечивает увеличение количества связанной биополимерами влаги, а, следовательно, способствует улучшению их потребительских свойств, потенциальному увеличению срока годности пищевых продуктов и гарантированному обеспечению биопотенциала всех рецептурных ингредиентов. Полученные результаты
Температура i
Рис. 1. Термограмма творожной системы с функциональной растительной композицией
Интеграл 1% ДСК/(мБт/мг) ДТГ /(%/м
40 60 80 1 00 1 20 140 160 180 Температура ГС
Рис. 2. Термограмма творога с массовой долей жира 5% (контроль)
100
so
so
40
30
о
4
2 0
-г
■4
-е -в -10 -12
Рис. 3. Термограмма творожной системы с функциональной растительной композицией по истечении срока хранения
тгг*.
де*
CJJCK ч uflTi иг.ut* ■ !u3Mirj ДТГ ЦЧ, LI
1 *»
! ^^ч.
\ Ь-, еЧ
V / ч / fi
^ - V п а
____—ri7 '
ц л
V
10
10
OS
■0.5
iî
OA
ОЛ
4.2
HO
TCMWP&IVP« '"C
Рис. 4. Термограмма творога с массовой долей жира 5% (контроль) по истечении срока хранения
Температура Т, К
Рис. 5. Зависимость степени превращения а от абсолютной температуры нагрева ~ Т образцов творожных систем (1, 3) и контрольных образцов творога с массовой долей жира 5% (2, 4)
позволяют рекомендовать разработанные творожные системы в качестве природных биокорректоров, предназначенных для организации
профилактического питания, в том числе организованных коллективов в отдаленных от сырьевых источников районах и алиментарной коррекции гомеостаза организма различных групп населения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов, Е. С. Оценка перспектив производства сбалансированных по полиненасыщенным жирным кислотам продуктов из отечественного растительного сырья/Е.С. Попов [и др.] // Гигиена и санитария. - 2016. - № 1. -С. 79-84.
2. Мельникова, Е.И. Функционально-технологические свойства низкокалорийного плодово-ягодного морожено-го/Е.И. Мельникова [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. -№8. - С. 33-35.
3. Изучение влияния условий замораживания на микроструктуру творожных полуфабрикатов/Л.В. Голубева [и др.]. -Явления переноса в процессах и аппаратах химических и пищевых производств. Сборник трудов. - Воронеж: ВГУИТ, 2016. - 207-210 с.
Таблица 1
Характеристика тепловых эффектов в процессе термолиза образцов творожных систем
№ Продукт Температурный интервал, ДТ, °С Энтальпия, Дж/кг (кривая ДСК) Изменение массы образца, % (кривая ТГ)
1 Творожная система с функциональной растительной композицией 25-131 0,920 47,65
2 Творог с массовой долей жира 5% (контроль) 25-128 1,039 65,23
По истечении 90 суток хранения
3 Творожная система с функциональной растительной композицией 25-130 0,496 32,67
4 Творог с массовой долей жира 5% (контроль) 25-119 0,849 49,43
Рис. 6. Зависимость ~1да=1 (НУ/Т) при скорости нагрева среды 5 К /мин для образцов творожных систем (1, 3) и контрольных образцов творога с массовой долей жира 5% (2, 4)
Таблица 2
Характеристика процесса дегидратации образцов творожных систем
№ п/п Продукт Номер ступени дегидратации ДТ, К Да Массовая доля удаляемой влаги, %
1 Творожная система с функциональной растительной композицией 1 2 3 298-316 316-362 362-404 0-0,14 0,14-0,87 0,87-1,0 6,67 34,78 6,19
2 Творог с массовой долей жира 5% (контроль) 1 2 3 298-314 314-360 360-401 0-0,24 0,24-0,91 0,91-1,0 15,65 43,70 5,87
По истечении 90 суток хранения
3 Творожная система с функциональной растительной композицией 1 2 3 298-315 315-361 361-403 0-0,09 0,09-0,78 0,78-1,0 2,94 22,54 7,18
4 Творог с массовой долей жира 5% (контроль) 1 2 3 298-312 312-357 357-392 0-0,18 0,18-0,89 0,89-1,0 8,89 35,09 5,43
4. Пожидаева, E.A. Разработка технологии замороженного творожного полуфабриката/Е.А. Пожидаева, A.B. Илюшина, Н.В. Болотова // Экономика. Инновации. Управление качеством. - 2016. - №3 (16). -С. 32-33.
5. Магомедов, Г.О. Исследование форм связи влаги зефира различного состава методом термического анализа/Г.0. Магомедов [и др.] // Вестник ВГУИТ. - 2017. - Т. 79. - №3. -С. 42-50.
6. Коротков, Е.Г. Исследование форм связи влаги в твороге с микропартику-лятом сывороточных белков/Е.Г. Коротков, А.Н. Пономарев, Е.И. Мельникова// Молочная промышленность. - 2016. -№8. - С. 31-32.
REFERENCES
1. Popov, E.S. Ocenka perspektiv proiz-vodstva sbalansirovannyh po polinena-syshhennym zhirnym kislotam produk-tov iz otechestvennogo rastitel'nogo syrja/E.S. Popov [i dr.] // Gigiena i sani-tarija. - 2016. - №1. - S. 79-84.
2. Mel'nikova, E.I. Funkcional'no-tehno-logicheskie svojstva nizkokalorijnogo plodo-vo-jagodnogo morozhenogo/E.I. Mel'nikova [i dr.] // Hranenie i pererabotka sel'hoz-syrja. - 2012. - №8. - S. 33-35.
3. Izuchenie vlijanija uslovij zamorazhi-vanija na mikrostrukturu tvorozhnyh po-lufabrikatov/L.V. Golubeva [i dr.]. - Javlenija perenosa v processah i apparatah himicheskih i pishhevyh proizvodstv. Sbornik trudov. -Voronezh: VGUIT, 2016. - 207-210 s.
4. Pozhidaeva, E.A. Razrabotka teh-nologiizamorozhennogo tvorozhnogo po-lufabrikata/E.A. Pozhidaeva, A.V. ILjushi-na, N.V. Bolotova // Jekonomika. Inno-vacii. Upravlenie kachestvom. - 2016. -№3 (16). - S. 32-33.
5. Magomedov, G.O. Issledovanie form svjazivlagizefira razlichnogo sostava metodom termicheskogo anal-iza/G.O. Magomedov [i dr.] // Vest-nik VGUIT. - 2017. - T. 79. - №3. -S. 42-50.
6. Korotkov, E.G. Issledovanie form svjazivlagiv tvoroge s mikropartikulja-tom syvorotochnyh belkov/E.G. Korotkov, A.N. Ponomarev, E.I. Mel'nikova // Molochnaja promyshlennost'. - 2016. -№8. - S. 31-32.
Авторы
Пожидаева Екатерина Анатольевна, канд. техн. наук, Попов Евгений Сергеевич, д-р техн. наук, профессор, Илюшина Алина Вадимовна, Болотова Наталия Владимировна
Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, д. 19, [email protected]; [email protected]; [email protected]; nata, bolotova. [email protected] Иванова Елена Вячеславовна, канд. техн. наук
Смоленская государственная сельскохозяйственная академия, 214000, г. Смоленск, ул. Большая Советская, д. 10/2, [email protected]
Authors
Pozhidaeva Ekaterina Anatolievna, Candidate of Technical Sciences, Popov Evgeny Sergeevich, Doctor of Technical Sciences, Professor, Ilyushina Alina Vadimovna, Bolotova Natalia Vladimirovna
Voronezh State University of Engineering Technologies, 19, Revolution Avenue, Voronezh, 394036, [email protected]; [email protected]; [email protected]; nata. bolotova. [email protected] Ivanova Elena Vyacheslavovna, Candidate of Technical Sciences Smolensk State Agricultural Academy, 10/2, Bolshaya Sovetskaya str., Smolensk, 214000, [email protected]
ГК «ЭФКО» рассказала о новинках ассортимента на Форуме кондитеров Казахстана
ЗЦ7Ки 2018 г. Коста-
най, Казахстан -Группа Компаний «ЭФКО», лидер рынка специализированных жиров и маргаринов в России и странах ЕАЭС, стала почетным гостем Форума кондитеров Казахстана и представила на мероприятии весь ассортимент своих пищевых ингредиентов, разработанный для предприятий кондитерской отрасли.
Форум, организованный Ассоциацией кондитеров Казахстана, проводился второй год подряд и собрал ведущих производителей кондитерских изделий, а также поставщиков ингредиентов, упаковочных материалов, как местных, так и из стран СНГ. В этот раз мероприятие прошло в Костанае на базе фабрики «Баян Сулу».
Для казахстанских производителей кондитерских изделий этот форум стал важной площадкой для обсуждения актуальных вопросов, таких как: техническое регулирование рынка, подготовка кадров для отрасли, формирование рекомендаций правительству Республики и др.
Производство кондитерской продукции, востребованной на рынке,
сегодня невозможно без использования высококачественных ингредиентов, пришли к выводу участники Форума. Специализированные жиры и маргарины являются основной составляющей рецептур абсолютного большинства кондитерских изделий, потому доклад компании «ЭФКО» -крупнейшего холдинга на рынке масложировой продукции России и стран ЕАЭС - стал одним из ключевых в рамках мероприятия.
Алексей Берёзкин, начальник отдела продаж специализированных жиров и маргаринов ГК «ЭФКО» не только представил собравшимся весь ассортимент пищевых ингредиентов для кондитерской отрасли, производимый «ЭФКО», но и рассказал о новых разработках Группы.
«В настоящее время компания «ЭФКО» выпускает самый широкий в России и странах ЕАЭС ассортимент жиров и маргаринов, в том числе и для кондитерской отрасли, - отметил в своем выступлении Алексей. - Технологи Группы регулярно выезжают на предприятия наших партнёров и помогают не только подобрать «идеальные» для каждого конкретного производства масложировые ингре-
диенты, но и внедрить их в технологические процессы».
Кондитерская фабрика «Баян Сулу», хозяйка Форума этого года, -одна из крупнейших в Казахстане. С ГК «ЭФКО» предприятие связывают давние партнерские отношения: вот уже более 10 лет один из лидеров кондитерской отрасли Казахстана использует в своем производстве специализированные жиры российской компании.
Выбор на продукцию «ЭФКО» пал не случайно: Группа не только производит уникальные для предприятий стран Таможенного союза масложировые ингредиенты, такие как эквиваленты и заменители масла какао, но также располагает собственным современным производством в Казахстане.
В 2015 г. «ЭФКО» запустила в городе Алматы завод по производству специализированных жиров и маргаринов. В кратчайшие сроки предприятию удалось наладить выпуск высококачественной масложировой продукции на основе глубокой переработки растительных масел, в том числе с использованием местного сырья.
