CC BY
49
УДК 664.849
М Л. КУЛ1ГЩ, О.Я. СЕМЕШКО
Херсонський нацiональний техшчний ушверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ МОДИФ1КОВАНОГО КРОХМАЛЮ НА РЕОЛОГ1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 КЕТЧУПУ
Встановлено, що гелi модифжованого крохмалю (Е1401) мають в'язюсть меншу нiж гель, утворений з нативного крохмалю. В 'язюсть модифжованого крохмалю значно змтюеться в залежностi eid швидкостi зсуву, але система з його використанням бшьш стабшьна, нiж системи з нативного крохмалю або з додаванням води до томатног пасти. Низька температура значно впливае на реологiчнi властивостi кетчупу; тсля циклу заморожування-розморожування зростае в 'язюсть системи як при використаннi нативного крохмалю, так i модифжованого. Додавання модифжованого крохмалю до кетчупу дозволяе пiдвищити стшюсть системи до впливу низьких температур.
Ключовi слова: кетчуп, крохмаль, модифкований крохмаль, реологiя.
М.Л. КУЛИГИН, О.Я. СЕМЕШКО
Херсонский национальный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО КРАХМАЛА НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА КЕТЧУПА
Проведено сравнение эффективности использования в качестве стабилизатора консистенции кетчупа нативного и модифицированного (Е1401) крахмала. Установлено, что гели модифицированного крахмала имеют вязкость меньше, чем гель нативного крахмала. Вязкость модифицированного крахмала значительно меняется в зависимости от скорости сдвига, но система в его присутствии более стабильна, чем система с использованием нативного крахмала или добавлением воды к кетчупу. Низкая температура оказывает значительное влияние на реологические свойства кетчупа; после цикла замораживания-размораживания растет вязкость системы, как при использовании нативного крахмала, так и модифицированного. Добавление модифицированного крахмала в состав кетчупа позволяет повысить устойчивость системы к воздействию низких температур.
Ключевые слова: кетчуп, крахмал, модифицированный крахмал, реология.
M. KULIGIN, O. SEMESHKO
Kherson National Technical University
INVESTIGATION OF THE EFFECT OF MODIFIED STARCH ON THE RHEOLOGICAL
PROPERTIES OF KETCHUP
Comparison of the effectiveness of using as a stabilizer a consistency of ketchup native and modified (E1401) starch. It is found that the modified starch gels have a viscosity less then than the native starch gel. Viscosity modified starch significantly varies depending on the shear rate, but its presence in the system is more stable than the system using native starch or by adding water to the tomato paste. Low temperatures have a significant impact on the rheological properties of ketchup, after freeze-thaw cycles increases the viscosity of the system, as when using the native collapse of small and modified. The use of modified starch allows the system to increase resistance to low temperatures.
Keywords: ketchup, starch, modified starch, rheology.
Постановка проблеми
Кетчуп вщноситься до соуав, яш доповнюють i полшшують смак mi, сприяють покращенню апетиту, кращому засвоенню основних компоненпв страви i шдвищенню !! калоршносп. Зазвичай кетчупи виробляються шляхом гарячо! обробки з гарячим або холодним розливом. В основному кетчуп складаеться з сумiшi томатно! пасти, стабшзатору консистенци, консервуючого агенту - оцту, солi i цукру. У якосп загусника використовуеться крохмаль або iншi стабшзатори. Роль стабшзатора полягае в тому, щоб зв'язати вшьну воду i запобтати И видшенню при збер^анш продукту. Консистенщя кетчупу залежить ввд шлькосп вологи в продукт^ концентрацп томатно! пасти та регулятора консистенци. Тому, щоб отримати продукт з хорошою в'язкою консистенщею, використовуючи в рецептурi меншу шльшсть томатно! пасти, необхвдно застосовувати стабшзатори, яш не тшьки зв'язують воду, але також надають готовому продукту необхвдну в'язшсть. Кшьшсть стабшзатора залежить ввд температури, до яко! кетчуп
нагр!ваеться в процес виробництва, а також ввд типу розливу - гарячого або холодного [1]. Тому пошук i дослщження властивостей нових речовин у якосп стабiлiзаторiв в'язкостi е актуальною проблемою.
Аналiз останнiх досл1джень i публiкацiй
Створення (конструювання) гелевих харчових систем здшснюеться за допомогою велико! групи харчових iнгредiентiв - пдроколощв, як1 додаються в рщш або твердi продукти харчування в процесi !х виготовлення для надання бажано! в'язкостi або консистенци.
Крохмаль i його модифтаци (Е1401-1451) в рiзних формах е одними з найбшьш поширених регуляторiв консистенци харчових продуктiв. Реологiчнi властивосп !ж1 на основi крохмальвмiсних продукпв включають в себе основнi властивосп гелю - вiдсутнiсть плинностi i «мехашчно!» мiцностi (текстури). Модифiкацiя текстури i в'язкостi харчових продуктiв змiнюють !х органолептичнi властивостi i тому г1дроколо!дш компоненти використовуються в якосп найважливiших харчових добавок. Таким чином, технолопчна модифiкацiя крохмалю дозволяе керувати властивостями готового продукту: пдрофшьшстю, параметрами клейстеризаци i гелеутворенням, реологiчними характеристики, що вiдкривае широк! можливостi для молекулярного дизайну затребуваною продукци громадського харчування.
Однак крохмальвмiснi продукти мають характерну особливють: при охолодженнi вироб!в на базi нативних чи модифiкованих крохмал1в вiдбуваеться ретроградащя - агрегацiя i ущiльнення спiралей амiлозних макромолекул. При концентрацп 5% i вище крохмаль злашв утворюе твердi гел1, жорстшсть яких збiльшуеться при зберiганнi. Ретроградащя оборотна при нагрiваннi, проте щоб зняти И повшстю, необхiдно названия крохмальвмiсного продукту в автоклавi при 125°С [2-4].
Формулювання мети дослщження
Мета дослвдження - визначити вплив регуляторiв консистенци на основ! нативного та модифшэваного крохмалю на реолопчш властивосп кетчупу.
Необхвдно дослщити вплив регулятор!в консистенци (нативного картопляного крохмалю та кислого модифшэваного крохмалю) на реолопчш властивосп кетчупу при р!зних концентращях та часу збереження.
Викладення основного матерiалу досл1дження
Тип структури ! мехашчш властивосп продукту визначають його консистенщю, яка е одним з важливих показник1в якосп.
Консистенщя - це складне поняття, що характеризуе властивють маси речовини в цшому, И мщшсть, м'як1сть, густоту. Консистенщя являе собою сукупшсть реолопчних властивостей у вигляд! в'язко! рщини, в'язко-пластичного або гнучкого еластичного тша, стушнь твердосп, щ!льшсть продукту. Дослвдниками ! технологами прид!ляеться велика увага консистенци харчових продукпв як однш з важливих характеристик, що визначають споживчу прийнятшсть вироб!в.
1нструментально консистенщя може бути охарактеризована через реолопчш властивосп матер!алу. Залежно в!д характеру прикладених зовшшшх зусиль ! спричинених ними деформацш до реолопчних властивостей вщносяться рухом! (при вплив! дотичних зусиль), компресшш (визначеш впливи нормальних зусиль) ! поверхнев! (ощнюваш при зсув! або вщриву продукту в!д твердо! поверхш) властивосп.
При отриманш харчових продукпв з використанням крохмал!в вщбуваеться змша р!зних властивостей: ф!зико-х!м!чних, бюлопчних, органолептичних, структурно-мехашчних. В якосп основних метод!в дослвджень обраш реолопчш методи дослщжень структурно-мехашчних властивостей крохмал1в. Вони дозволяють к1льк1сно ощнити сили взаемоди м1ж частинками системи, вказують на змшу в нш внутршньо! оргашзаци. Знання реолопчних параметр!в може дати можливють ощнки якосп продукту ! можливють цшеспрямовано! змши основних споживчих властивостей одержуваного концевого продукту (кетчупу) в потр!бному напрямку.
Нативш крохмал! при використанш в харчових ! техшчних щлях, як правило, шддаються терм!чнш обробщ в присутносп води. При шдвищенш температури водних крохмальних суспензш б!льше 30оС ввдбуваеться частковий розрив водневих зв'язшв молекул в зерш крохмалю, що веде до змши його мжроструктури. При цьому р!зко зростае пдратащя амшози ! амшопектину ! вщповщно зб!льшуються розм!ри зерен - вщбуваеться !х «набухання». При щдвищенш температури амшоза частково дифундуе з аморфно! частини зерен ! переходить в розчин, а амшопектин залишаеться в основному в нерозчиненому стан!. При руйнуванш зерен вщбуваеться деструкщя кристал!чно! частини зерен, полюахариди переходять в розчин ! починаеться процес клейстеризаци [5].
Процеси набухання ! клейстеризаци супроводжуються змшою в'язкосп суспензи ! пропкають по-р!зному для р!зних вид!в крохмалю [6]. Так, високоамшозш крупш зерна вах вид!в крохмал!в набухають ! клейстеризуються швидше, шж др!бш.
В данш робот! кр!м нативного, використовувався модифжований кислотою (з подальшою нейтрал!защею) крохмаль. Для проведення пор!вняльних дослвджень реолопчних характеристик було дослвджено клейстери (гел1) нативного та модифшованого картопляного крохмал1в у д!апазош
концентрацш 2-10%. З щею метою було дослщжено швидшсть зсуву дослвджуваних гелiв на ротацiйному вiскозиметрi «Яео1е81». Результати дослiдження наведено на рис. 1.
-п д -п д
а) б) Рис. 1. Вплив концентрацп на реологiчнi властивосп крохмалiв: а) нативний крохмаль; б) модифшований крохмаль.
Аналiз даних рис. 1 сввдчить про те, що 3% гель модифiкованого крохмалю мае меншу в'язшсть шж гель картопляного крохмалю при тiй же концентраций Також значно вiдрiзняються залежностi напругу зсуву вiд швидкостi зсуву - спостертаються яскраво вираженi релаксацiйнi явища. При збiльшенi концентрацп модифiкованого крохмалю до 5% значно змiнюеться характер залежносп напругу зсуву вiд швидкосп зсуву - з'являеться характерний мшмум. При концентрацп крохмалю 7% спостерпаеться релаксацiйнi явища на середнiй швидкосп зсуву як на графiку, що характеризуе в'язк1сть гелю, так i на графiку залежностi напруги зсуву. Порiвняння отриманих даних для нативного та модифжованого крохмалю свiдчить, що при той же концентрацп в'язшсть модифшэваного крохмалю значно нижче шж в'язк1сть нативного крохмалю.
Оск1льки метою роботи е вивчення та порiвняння реологiчних характеристик картопляного та модифжованого крохмалю при використаннi 1х в якосп одного з стабiлiзаторiв консистенци кетчупу наступним етапом роботи було вивчення реолопчних характеристик основного з компонента кетчупу -
Ьп д
Рис. 2. Залежшсть в'язкосп томатноТ пасти вiд швидкостi зсуву при рiзнiй концентраци.
Реолопчш характеристики томатно! пасти (рис. 2) значно в^^зняються вщ крохмального гелю, осшльки вона мае бшьшу густоту. Кривi, що характеризують змiну в'язкостi в залежностi вщ швидкостi зсуву мають схожий ниспадаючий характер, а залежнiсть напругу зсуву мае два характерних пiки максимуму та мшмуму при рiзних швидкостях зсуву. При додаваннi до томатно! пасти 10% води на кривих, що характеризують залежшсть в'язкостi ввд швидкостi зсуву, з'являються признаки релаксацшних процесiв: максимальнi при низьк1й швидкосп зсуву та зменшуються при зростанш швидкостi. З'являеться розбiжнiсть в значениях прямого та зворотного ходу на кривих залежносп напругу зсуву вщ швидкосп зсуву. При додаваннi 20% води релаксацшш явища спостерiгаються на низьких швидкостях зсуву. Введення 30-40% води приводе до поступового зменшення в'язкостi, але характер кривих та релаксацшш процеси зберiгаються. Додавання 50% води шяк не змiнюе характер кривих в'язкосп та напругу зсуву при зменшеш 1'х абсолютних значень.
Таким чином можна зробити висновок, що додавання води в томатну пасту навiть в пропорцй' 1: 1 не стабшзуе ïï в'язк1сть, яка хоч i зменшуеться але досить нелiнiйно. Тому в кетчуп треба додавати окремi стабшзатори консистенцiï.
Для практичного застосування штерес являе досл1дження реологiчних властивостей сумiшi томатно1 пасти та стабiлiзатору консистенци. Тому на наступному етапi роботи було дослiджено реологiчнi властивостi томатно1 пасти з додаванням нативного картопляного крохмалю з концентращею 10-50% та модифжованого з концентрацiею 50%.
2
4
Ln g
-10% нат. крохмалю - паста 100% -паста + вода 10%
а)
2
4
6
Ln g
-паста + 20% нат. крохмалю -паста 100% -паста + вода 20%
2
4
6
Ln g
-паста + 30% нат. крохмалю -паста 100% -паста + вода 30%
б)
в)
2
4
6
8
3 -2 1 0 -1 -2 --3 --4
0
2
4
6
8
0
2
4
6
Ln g
-паста + 40% нат. крохмалю -паста 100% -паста + вода 40%
г)
Ln g
-паста + 50% мод. крохмалю -паста 100% -паста + вода 50% -паста + 50% нат. крохмалю
Рис.
Ln g
—•—паста + 50% нат. крохмалю -■—паста 100% А паста + вода 50%
д)
3. Поршнчннч залежностей в'язкосп ввд швидкосп зсуву в №creMi «томатна паста-вода-регулятор консистенци» при pi3H^ концентращях крохмалiв та томатно'1 пасти.
е)
Аналiз даних рис. 3а сввдчить, що максимальна в'язшсть фшсуеться при мшмальних швидкостях зсуву, при додаванш 10% нативного крохмалю в'язшсть зменшуеться б№ше шж ввд додавання 10% води. При мшмально1 та максимальноï швидкостях зсуву значения в'язкосп томатноï пасти з вмютом 10% нативного крохмалю та 10% води наближаються.
0
6
8
0
8
0
8
4
8
0
Аналiз даних рис. 3б сввдчить, що при додаваннi 20% води в'язшсть системи зменшуеться до 4 раз, а додавання 20% нативного крохмалю зменшуе в'язк1сть лише в 2 рази. В'язшсть томатно! пасти з додаванням 20% крохмалю б№ш стабiльна.
Аналiз даних рис. 3в сввдчить, що при додаванш 30% нативного крохмалю в томатну пасту в'язк1сть системи рiзко знижуеться в 4 рази ввдносно значень в'язкосп томатно! пасти та в 2 рази вщносно пасти, розбавлено! водою на 30%. При цьому спостерiгаеться ще бiльша стабiльнiсть в'язкосп системи «томатна паста-нативний крохмаль 30%», як вщносно пасти так i ввдносно розбавлено! пасти.
Аналiз даних рис. 3г сввдчить, що при 40%-овому розведеннi томатно! пасти як нативним крохмалем так i водою спостерпаеться збiльшення в'язкостi системи. При мшмальнш швидкостi зсуву в'язк1сть пасти з додаванням 40% крохмалю в 6 разiв нижче, нiж в'язшсть пасти, а в'язшсть системи «паста-вода 40%» в 2 рази нижче шж 100%-ово! томатно! пасти.
Аналiз даних рис. 3д свiдчить, що додавання 50% нативного крохмалю та води по^зному впливае на реологш системи. Збшьшення кiлькостi води з 40 до 50% знизило в'язшсть системи, а збшьшення шлькосп крохмалю з 40 до 50% привело до зростання в'язкосп системи. Крiм того, даннi рис. 3д сввдчать про те, що додавання до томатно! пасти 50% нативного крохмалю стабшзувало реолопчш властивостi системи у всьому дiапазонi швидкостей зсуву.
Аналiз даних рис. 3е свiдчить, що навиъ при концентрацi!' модифiкованого лише 10% реолопчш характеристики системи з його використанням практично не вiдрiзняються вщ характеристик системи з використанням нативного крохмалю. Залежшсть в'язкостi модифшэваного крохмалю значно змiнюеться в залежносп вiд швидкостi зсуву, але система з його використання все одно б№ш стабiльна нiж система з додаванням води до томатно! пасти.
Кетчуп, як i iншi товари продуктово! групи може тривалий час зберпатися та перевозитися автомобiльним, залiзничним, морським транспортом в рiзних погодних умовах, в том числ й при мшусових температурах. Зазвичай виробники вказують температуру зберiгання кетчупу в межах плюсових температур, але пщ час транспортування цi умови школи можуть бути порушенi i кетчуп може бути шдданий впливу низьких (мiнусових) температур на достатньо тривалий час, за який вiн може встигнути замерзнути. Пiсля вiдтавання може спостертатись значна змiна консистенцi!, роздшення, змiна смакових характеристик.
Тому на наступному еташ роботи було дослщжено вплив циклу «заморожування-розморожування» на реологiчнi характеристики системи «томатна паста-крохмаль». Заморожування вщбувалась при температурi -5оС впродовж 12 год., розморожування при температурi 15оС впродовж 6 год. Результати дослщжень наведено на рис. 4.
4
3 2 1 0
с
-3 -4
012345678 1-п д
Рис. 4. Пор1вмяммя залежностей в'язкостi сумiшей томатноТ пасти з крохмалями вiд швидкостi зсуву шсля циклу «заморожування-розморожування».
Аналiз даних рис. 4 сввдчить про те, що цикл «заморожування-розморожування» значно вплинув на реолопчш властивосп дослщжуваних. Зменшилась в'язшсть томатно! пасти в середньому на 32%, зменшилась в'язкiсть кетчупу на 52%, зросла в'язшсть системи «томатна паста-нативний крохмаль» на 305%, зросла в'язшсть системи «томатна паста-модифшэваний крохмаль» на 26%.
—•—паста + 50% мод. крох. пюля розм —■—паста 100% пюля розм. —А—кетчуп пюля розм. —♦—паста + 50% нат. крох. псля розм.
паста + 50% нат. крохмалю --о--паста + 50% мод. крохмалю --в--паста 100% --¿--■кетчуп
Таким чином можливо зробити висновок, що модифжований крохмаль дозволяе значно шдвищити стiйкiсть кетчупу до впливу низьких температур.
При тривалому зберiганнi клейстеризований крохмаль зазнае змш, як1 сукупно позначають термiном «ретроградащя». Ретроградацiя представляе собою процес частково! кристалiзацu молекул крохмалю, як1 в результат клейстеризацп були вiдокремленi одна ввд одно!. Ретроградацiя може вщбуватись як в розчиненому крохмалi, так i всерединi набряклих крохмальних зерен.
Для дослвдження процесiв ретроградацп було дослщжено гелi нативного та модифжованого крохмалiв пiсля 30 дiб збертания. Результати дослiдження наведено на рис. 5.
Ln g
• 5% нат. крохмалю —0—5% нат. крохмалю 30 д i6 —А—10% кис. крохмалю А 10% кис. крохмалю 30 дi6
Рис. 5. Пор1вмяммя реолопчних властивостей крохматв пiсля 30 дiб збер^ання.
Даних, представленi на рис. 4, вказують на те, що тсля 30 дiб зберiгання ретроградацп пiддався як нативний, так i модифiкований крохмаль. Найбiльшi розбiжностi у значения в'язкосп отриманi при низьких швидкостях зсуву, по Mipi зростання швидкостi зсуву розбiжиостi невiлюються. У середньому в'язк1сть нативного крохмалю змшилась на 1400%, модифiкованого крохмалю на 364%.
Висмовк'и
В результатi проведених експериментальних дослiджень встановлено, що гелi модифiкованого крохмалю мають в'язкiсть меншу нiж гель утворений з нативного крохмалю. При концентраций модифiковаиого крохмалю вдвiчi бiльше нiж нативного (10 проти 5%) реологiчнi характеристики системи з його використанням практично не вiдрiзняються вщ характеристик системи з використанням нативного крохмалю з бшьшою концентрацieю. Залежиiсть в'язкостi модифiковаиого крохмалю значно змшюеться в залежиостi вщ швидкостi зсуву, але система з його використання бiльш стабiльна шж система з додаванням води до томатно1 пасти. Низька температура значно впливають на реологiчнi властивостi вах систем, що дослiджувались, пiсля циклу заморожування-розморожування зменшилась в'язк1сть томатно1, зменшилась в'язк1сть кетчупу, зросла в'язк1сть системи «паста-нативний крохмаль», зросла в'язк1сть системи «паста-модифшований крохмаль». Додання в рецептуру кетчупу модифшованого крохмалю дозволяе значно шдвищити стiйкiсть системи до впливу низьких температур.
Шсля 30 дiб зберiгаиня ретроградацiï пiддався кетчуп з використанням як нативного, так i модифшэваного крохмалю, найбiльшi розбiжностi у значення в'язкостi отриманi при низьких швидкостях зсуву, по мiрi зростання швидкосп зсуву розбiжиостi невiлюються, модифжований крохмаль бiльш стiйкий до явища ретроградацiï.
Список використано!' лiтератури
1. Технология продукции общественного питания. Т.1. Физикохимические процессы, протекающие в
пищевых продуктах при их кулинарной обработке [под ред. А.С. Ратушного]. - М: Мир, 2003. -351с.
2. Крохмалепродукти [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://pidruchniki.com/11340614/tovaroznavstvo/krohmaleprodukti (дата звернення: 22.06.2016).
3. Деркач С.Р. Реология пищевых эмульсий / С.Р. Деркач, К.В. Зотова // Вестник МГТУ - 2012. - Т.15,
№1. - С.84-95.
4. Кузнецов О.А. Реология пищевых масс / О.А. Кузнецов, Е.В. Волошин, Р.Ф. Сагитов. - Оренбург: ГОУ ОГУ 2005. - 106 с.
5. Saha D. Hydrocolloids as thickening and gelling agents in food: a critical review / D. Saha, S. Bhattacharya // J. Food Sci. Technol. - 2010. - V. 47, №6. - P. 587-597.
6. Лукин Н.Д. Исследование действия амилолитических ферментов на нативный крахмал различных
видов в гетерогенной среде / Н.Д. Лукин, З.М. Бородина, А.А. Папахин, О.В. Шаталова, А.В. Кривандин // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - №10. - С.62-64.
