CC BY
83
УДК 547
В. Ф. Пучкова, А. Т. Васюкова, З. Ш. Мингалеева
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ
СИСТЕМ ГУАРА И КСАНТАНА
Ключевые слова: эмульсионные смеси, вязкость, раствор, полисахариды, водные системы.
Иccледована зависимость влияния рецептурных компонентов на вязкость водных систем гуара и ксантана.
Keywords: emulsion mixture,viscosity, solute,polysaccharides,water .systems
Investigated the dependence of the effect of components of the prescription on the viscosity of water systems guar and xanthan.
При производстве эмульсионных смесей (основных и производных) используются продукты или вещества (поваренная соль, сахар, фруктовые порошки, кислоты, двууглекислый натрий, консерванты), способные не только изменять органолепти-ческие показатели, но и влиять на реологические свойства водных систем полисахаридов (набухание, растворение, коллоидную устойчивость), а также изменять активную кислотность, ионную силу дисперсионной среды.
Известно, что концентрация водородных ионов может оказывать влияние на структуру полисахаридов вследствие наличия функциональных групп, подверженных диссоциации, что влечет за собой изменение реологических и функциональных свойств полисахаридных систем. Введение в рецептурный состав смесей кислот (лимонной, уксусной) создает низкий уровень рН, обеспечивающий микробиологическую стойкость, а значения рН большинства эмульсионных смесей находятся в пределах от 4 до 7. В молекуле гуаровой камеди полуацетальные связи, объединяющие остатки двух моносахаридов, относительно неустойчивы: присоединяя воду, гуар способен гидролизоваться. Процесс катализируют ионы водорода, поэтому существует предположение, что в кислых средах (при рН около 3,2) гуар не способен создавать длительно вязкие растворы. Дегидратирующая способность характеризуется, главным образом, анионами, которые по силе действия можно расположить в лиотропный ряд.
Для изменения значений рН среды в модельных системах водных систем ксантана и гуара использовали уксусную кислоту. Зависимость вязкости водных систем гуара и ксантана при различных значениях рН представлена на рисунке 1. Как видно, для водных систем гуара и ксантана исследованных концентраций характерны общие тенденции изменения эффективной вязкости в зависимости от рН. По мере увеличения концентрации полисахаридов отмечаются характерные для водных растворов нейтральных полисахаридов незначительные изменения вязкости в зависимости от значений рН, связанные, вероятно, с низкой степенью диссоциации ионогенных групп макромолекул.
Так, при рН от 3 до 7 наблюдается некоторое повышение вязкости, которое составляет для растворов исследованных концентраций от 5 до 8 %. Дальнейшее изменение величины рН от 8 до 10 и
выше приводит к незначительному снижению вязкости растворов полисахаридов (на 6-7 %).
Рис. 1 - Зависимость вязкости водных систем «полисахарид - вода» от рН при концентрации: гуара 1 - 0,3 %, 2 - 0,5 %; ксантана 3 - 0,1%, 4 - 0,3 %
Полученные данные согласуются с исследованиями авторов, изучавших влияние концентрации ионов водорода на вязкость растворов экзопо-лисахарида X. сатреБЙБ РУ СатреБМБ 8162.
Для обоснования использования водных растворов полисахаридов в пищевых эмульсионных системах исследована динамика изменения вязкости растворов ксантана и гуара в зависимости от продолжительности хранения, которая показала, что значения вязкости для растворов веществ при значениях рН от 3 до 10 сохранялись на протяжении более 40 суток. Обобщая полученные данные, можно отметить достаточно высокую устойчивость исследованных растворов в широких диапазонах рН, что создает возможность использования их в эмульсионных смесях.
Известно, что добавление к водным растворам высокомолекулярных веществ растворов солей оказывает влияние на скорость образования равновесных систем. Поэтому, результаты исследования модельных трехкомпонентных систем, содержащих полисахарид, соль и воду могут послужить основой для изучения более сложных многокомпонентных систем. С учетом использования полисахаридов в составе сухих смесей формирование модельных систем проводили путем смешивания ксантана (или гуара) с поваренной солью, после чего приливали
расчетное количество воды. Исследование влияния ионной силы на вязкостные характеристики водных систем гуара и ксантана различных концентраций представлены на рис. 2 и 3.
2
Рис. 2 - Зависимость вязкости водных систем гуара от содержания поваренной соли при концентрации гуара: 1 - 0,3 %, 2 - 0,5 %
При этом продолжительность стадии перехода системы в равновесное состояние увеличивается на (2,0-2,5) х 3600 с. Рассмотрение зависимостей для 0,3 % раствора ксантана показало, что увеличение содержания соли от 1 % до 5 % снижает вязкость полисахарида в среднем на 7-10 % по сравнению с контрольным образцом и полисахарида на (2,0-2,5) х 3600 с.
Полученные данные согласуются с работами многих ученых, в которых некоторое снижение вязкости водных систем высокомолекулярных веществ полисахаридной природы в присутствии солей объясняется изменением формы макромолекул. Вероятно, макромолекулы в развернутом состоянии оказывают наибольшее сопротивление и придают растворам высокую вязкость, а плотные макромоле-кулярные клубки отвечают наименьшей вязкости растворов. Поваренная соль в количествах от 1 % до 5 % увеличивает продолжительность образования равновесных систем на (2,0-2,5) х 3600 с.
Влияние сахара на свойства изучаемых полисахаридов имеет практическое значение при производстве наполнителей, сладких смесей, эмульсионных кремов. Наиболее распространенным рецептурным компонентом (носителем сладкого вкуса) является сахароза, количество которой в рассматриваемой продукции варьируется до 20 %. Как известно, сахароза затрудняет набухание гидроколлоидов в воде, что объясняется ее высокой водосвязываю-щей способностью и может оказывать влияние на вязкость водных систем исследуемых полисахаридов. Зависимость эффективной вязкости водных систем ксантана и гуара от содержания сахарозы представлено на рисунке 4.
1
Рис. 3 - Зависимость вязкости водных систем ксантана от содержания поваренной соли при концентрации ксантана: 1 -0,1%, 2 - 0,3%
Как свидетельствуют полученные данные, при добавлении поваренной соли общая тенденция гидратации полисахаридов, состоящая из стадий набухания и стабилизации значений эффективной вязкости, сохраняется.
Однако, с увеличением содержания соли в системе вязкость растворов несколько снижается по сравнению с контрольным (без соли) и увеличивается продолжительность образования равновесных систем. Исследование влияния поваренной соли на водные системы гуара показало, что при введении соли в количествах от 1 % до 5 % для всех исследованных концентраций наблюдается снижение вязкости на 5-10 % по сравнению с контролем.
Рис. 4 - Зависимость вязкости водных систем гуара от содержания сахара при концентрации сахара: 1 -5 %, 2 - 10 %,3 -15 %, 4 - 20 % и гуара - 0,5 %
Анализ кривых зависимости вязкости водных систем гуара показал следующие тенденции. При введении 10 % сахара (кривая 2) вязкость систем увеличивается на 10-25 % по сравнению с контрольным образцом (без сахара). Добавление 15 % сахара (кривая 3) к системам «гуар - вода», содержащим 0,5 % гуара приводит к повышению вязкости на 15-30 % относительно систем, не содержащих сахар.При введении 20 % сахара (кривая 4) вязкость систем снижается на 7-25 %. Введение 10-20 % са-
хара в водные системы ксантана при его концентрации в системе 0,1-0,3 % приводит к увеличению вязкости систем на 5-15 %.
Изученные зависимости влияния различных рецептурных компонентов на вязкость водных систем ксантана и гуара позволяют обосновать технологические параметры, режимы получения эмульсионных смесей в конкретных технологических процессах.
Литература
1. Грешнов А.Г., Взоров А.Л., Никитнов В.А. Пищевые добавки фирмы ТЬе^1га8м>ееКв1коСотрапу (Великобритания) // Пищевая промышленность - 1997. - № 11. - С. 21-26.
2. Европейский рынок гидроколлоидов // Пищевые ингредиенты. Сырье и добавки. - 2000. - № 1. - С. 12-13
3. Гвоздяк Р.И. Микробный полисахарид ксантан. - К.: Наука, 2007. - 198 с.
4. Т.А. Ямашев, Вестник Казанского технологического университета, 14, 16, 173-177 (2011).
© В. Ф. Пучкова - к.т.н., доцент, зав. каф. технологии продуктов общественного питания Смоленского гуманитарного университета, puchkova@shu.ru; А. Т. Васюкова - д.т.н., профессор ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского» vasyukova-at@ya.ru; З. Ш. Мингалеева - д.т.н, профессор каф. технологии пищевых производств КНИТУ, mingaleeva06@mail.ru.
© V. F. Puchkova - Candidate of Siences (Ph.D.) in Ingineering, Docent (Associated Professor), supervisor of the Department of technology products catering Smolensk Humanitarian University, puchkova@shu.ru; A.T. Vasyukova - Doctor of Technical Sciences, Professor FGBOU VPO "Moscow State University of Technology and Management of a name KG Razumovsky", vasyukova-at@ya.ru; Z. Sh. Mingaleeva - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Technology of Food Productions from Faculty of Food Technology, KNRTU, mingaleeva06@mail.ru.
14З
