CC BY
13Определение активности воды методом криоскопии растворов изомальтулозы
Шишкина Дарья Ивановна,
аспирант, кафедра ресторанного бизнеса , РЭУ им. Г. В. Плеханова, darya.shishkina.92@mail.ru
Шишкина Екатерина Ивановна,
бакалавр, МГУПП,
Дырива Екатерина Васильевна,
аспирант, кафедра ресторанного бизнеса, РЭУ им.Г.В.Плеханова
Борковой Валентин Иванович,
к.т.н., кафедра ресторанного бизнеса, РЭУ им. Г.В.Плеханова,
Беркетова Лидия Владиславовна,
к.т.н., доцент, кафедра ресторанного бизнеса, РЭУ им. Г.В. Плеханова
Пищевые продукты являются собой сложными гетерогенными биологическими системами. Большая часть из них включает большое количество воды, которая проявляет значительное воздействие на их физические, химические и биохимические свойства. Поэтому в связи с выбором рациональных параметров механических, гидромеханических и гидротермических, биохимических и микробиологических процессов производства нужно контролировать как количество, так и состояние воды в продуктах. Данный контроль может осуществляться путем оценки разнообразных термодинамических параметров. В производственных условиях для управления технологическими процессами из всех термодинамических характеристик самым приемлемым и информативным является показатель «активность воды». Данный показатель может стать значительным в стандартизации пищевой продукции по состоянию влаги при последующем увеличении технологического уровня пищевого производства. Криоскопический метод является одним из самых популярных.
Ключевые слова: активность, вода, изомальтулоза, криоскопия, раствор, навеска, концентрация
Введение
Активность воды в пищевых продуктах находится в зависимости от большого количества факторов, таких как состав, массовая доля и свойства рецептурных компонентов. В молочных продуктах активность воды в основном устанавливается соотношением водорастворимых веществ и воды [2]. Считается, что чем меньше молекулярная масса соединений, тем более эффективно они уменьшают активность воды в системе. Значения показателя активности воды в молочных продуктах лежат в широком диапазоне (от 0,996 - цельное молоко; до 0,913 - сыры; 0,821 - сгущенное молоко; 0,225 - сухое молоко). Уменьшение активности воды достигается сочетанием двух технологических приемов: обезвоживанием путем сушки или выпаривания и употреблением водорастворимых консервантов (поваренной соли, углеводов).
Криоскопический метод определения активности воды имеет ряд преимуществ по сравнению с иными методами [3], прежде всего высокую разрешающую способность и нечувствительность к внешним факторам и загрязнению датчика летучими компонентами. Его можно употреблять там, где иные методы непригодны, к примеру, при исследовании спиртосодержащих продуктов
Практическая часть
Для оценки степени участия воды в различных химических, биохимических и микробиологических реакциях обширно используется показатель активность воды «aw». Он определяется как отношение парциального давления паров воды над продуктом к парциальному давлению пара над чистой водой. Показатель «активность воды» был предложен W.J. Scott и в настоящее время широко используется в научной практике.
Активность воды определялась криоскопиче-ским методом по температуре замерзания. Использовалось устройство алюминиево воздушного
0 55 I» £
55 П П
о ы
а
клапана, разработанного сотрудниками ВГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Результаты обрабатывались методами математической статистики с помощью программы Microsoft Excel.
Устройство представляет собой программно-аппаратный комплекс для прецизионного измерения температуры по заданной программе и для протоколирования результатов измерения.
В качестве исследуемых растворов использовались растворы изомальтулозы различной концентрации.
Навески для растворов были произведены с помощью электронных весов Ohaus Scout, позволяющих делать измерения с точностью до 0,01г.
Перечень лабораторных приборов и оборудования, необходимых для составления водного раствора изомальтулозы и измерения активности воды:
• АВК-4;
• Весы электронные точностью до 0,01 г;
• Стеклянные баночки объемом 100 мл;
• Компьютер со стандартной программой Microsoft Excel.
В ходе эксперимента была поставлена задача, определить активность воды растворов изомальтулозы различной концентрации. Для приготовления растворов необходимо сделать навески (табл.1).
Таблица 1
Изомальтулоза, г Вода, мл
5 95
10 90
15 85
20 80
25 75
30 (насыщенный) 70
5
«
а
6
Далее необходимо налить раствор изомальтулозы в железный резервуар, закрыть его прецизионным регистратором с кварцевым преобразователем температуры. Затем поместить данную конструкцию в аппарат АВК-4 и включить его. На компьютере запустить программу и наблюдать за изменениями на графике. После достижения определённой температуры выключить прибор и сохранить получившийся график. Повторить данную операцию со всеми растворами и водой. После проведения каждой операции необходимо дождаться размораживания раствора и только потом начинать работу со следующим раствором. Зависимость aw от крио-скопической температуры может быть выражена несколькими формулами. По-
сле измерений необходимо рассчитать активность воды по формуле 1.
Формулы, предложенные C.S.Chen имеют следующий вид:
aw=1/(1+0.0097Tkr+CTkr2) (1)
или
aw=1/(1+0.0097Тkr), (2)
где Tkr - криоскопическая температура, К, С - коэффициент, C=5-5(K-2).
Таблица 2
Наименование &VJ
Вода 1
5%-ый раствор изомальтулозы 0,94
10%-ый раствор изомальтулозы 0,939
15%-ый раствор изомальтулозы 0,937
20%-ый раствор изомальтулозы 0,935
25%-ый раствор изомальтулозы 0,933
30%-ый раствор изомальтулозы 0,931
Методом криоскопии была определена активность воды растворов изомальтулозы различной концентрации: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30% с помощью аппарата АВК- 4. В ходе исследования были получены следующие данные. Экспериментально полученные данные зависимости активности воды растворов изомальтуло-зы показаны на рис. 1.
Рис 1. Зависимость активности воды растворов от концентрации С, %,
Как видно из рисунка, наибольшей способностью понижать активность воды при одинаковой массовой концентрации обладает изомальтулоза. Наименьшей способностью снижать активность воды обладают растворы сахарозы, последнее объясняется тем, что сахароза имеет наибольшую молекулярную массу из исследованных веществ и соответственно меньшую молярную концентрацию при одинаковой процентной. Полученные значения активности воды растворов изомальту-лозы могут быть использованы для прогнозирова-
ния активности воды пищевых смесей. Известно, чем больше активность воды, тем меньше сроки хранения продуктов.
Уравнение графика зависимости активности воды от концентрации растворов изомальтуло-зы имеет вид: С, % у=0,9563х-0,008 , величина достоверности аппроксимации равна: Р2=0,974. Уравнение графика зависимости активности воды от концентрации растворов изомальтулозы имеет вид: у=1,081х-0, 37, величина достоверности аппроксимации равна: Р2=0,9725. Ниже представлены графики зависимости, полученные с помощью аппарата АВК- 4.
I: сеч = 427 1 = -1.91 Активность воды = 0.9809 (
IV) к ристаллтзция: сен = 549 1 коме = 0,293 н а я ■ 6 ,46 КТЬ вод ы = 1,00 *
м>
и1' 1*0 II) Л в п /1 Ю II) * II) М »1 г> ш * I) 1Ш «п ш VI Г» «в
■МО
Рис.2. График зависимости - вода
Рис.3.График зависимости- 5%-ый раствор изомальтулозы
Рис. 4. График зависимости- 10%-ый раствор изомальтулозы
Рис.5. График зависимости-15%-ый раствор изомальтулозы
Кристаллизация: с«с = 422 с = -2,684 Антнвностьводы = 0,9735 I
конечна =-9,777
■ | К 1 * Н» 1Р 11* 1» И| ■! *ц 1В чи » н 1 — » «■ ч»
Рис.6. График зависимости -20%-ый раствор изомальтулозы
Рис.7. Графикзавистимости -25%-ыйраствор изомальтулозы
О 55 I» £
55 П П
Рис.8 График зависимости -30%-ый раствор изомальтулозы
ы
а
s
«
а б
На графиках показана температура замерзания растворов изомальтулозы различной концентрации. Чем выше концентрация раствора изомальтулозы, тем больше его креоскопиче-ская температура, следовательно, меньше активность воды. Как известно, понижение активности воды приводит к повышению устойчивости веществ к термическому воздействию.
Заключение
Показатель активности воды может быть применен для контроля качества готовых продуктов с целью обнаружения применения не предусмотренных технологией углеводов. С иной стороны, регулируя концентрацию в продукте углеводов и солей, прежде всего хлорида натрия, можно обеспечить добавочный консервирующий эффект в сочетании с иными консервирующими факторами (барьерами) при минимальной их интенсивности [8].
Литература
1. Люк Э., Ягер М. Консерванты в пищевой промышленности. Свойства и применение. -СПб.: ГИОРД, 2010.
2. Фатьянов Е.В. Активность воды в молочных продуктах // Молочная промышленность. 2011. № 2.
3. Фатьянов Е.В., Алейников А.К., Мокрецов И.В. Анализ криоскопического метода измерения активности воды в пищевых продуктах // Вестник СГАУ. 2011. № 3.
4. Лукиянчук И.Н., Кобзаренко Т. А. Инновационные технологии в управлении предприятием ресторанно-гостиничного в условиях кризиса. Прорывные научные исследования как двигатель науки: сборник статей Международной научно-практической конференции (г.Самара) /в 3 ч. Ч. 1/ Уфа: АЭСТЕРНА, 2015.
5. Лукиянчук И.Н., Кобзаренко Т.А. Инновационные технологии продукции предприятий общественного питания. Прорывные научные исследования как двигатель науки: сборник статей Международной научно-практической конференции (г.Самара) /в 3 ч. Ч. 1/ Уфа: АЭСТЕРНА, 2015.
6. Ждановский А.Б. Расчёт температур замерзания растворов по активности воды. — Физическая химия, 2017, т. 51, вып. 9.
7. Кулагин В.Н. Изменение активности воды как показателя качества продуктов при термообработке // «Мясная индустрия», 2012 г, № 3, с. 31-33.
8. Рогов И.А., Жаринов А.И., Фатьянов Е.В., Алейников А.К., Юзов С.Г. Определение активности воды в пищевых системах и продуктах криоскопическим методом: Метод. указ. — М.: МГУПБ, 2013. — 27 с.
9. Соколов А.Ю. Разработка маркетинговой стратегии реализации инновационных пищевых
продуктов профилактического назначения//» Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов», 2016. № 2 (37). с. 108-112.
10. Соколов А.Ю., Борковой В.И., Акимова
H.А. Экспресс-методы контроля качества продовольственного сырья и пищевых продуктов// В сборнике: «Траектории развития» материалы Первой международной научной конференции. 2018. с. 598-606.
Measurement of water activity by cryoscopy isomaltulose solutions
Shishkina D.I., Shishkina E.I., Dyriva E.V., Borkovoy V.I., Berketova L.V.
Plekhanov Russian University of Economics, Moscow State University of Food Production Food products are complex heterogeneous biological systems. Most of them include a large amount of water, which has a significant impact on their physical, chemical and biochemical properties. Therefore, in connection with the choice of rational parameters of mechanical, hydromechanical and hydrothermal, biochemical and microbiological production processes, it is necessary to control both the quantity and the state of water in the products. This control can be carried out by evaluating various thermodynamic parameters. In the production environment, the "water activity" indicator is one of the most acceptable and informative parameters out of all thermodynamic characteristics for controlling technological processes. This indicator can be significant in the standardization of food products on the level of moisture with the subsequent increase in the technological level of food production. Cryoscopic method is one of the most popular. Key words: activity, water, isomaltulose, cryoscopy, solution,
batch weight, concentration Rerences
I. Luke E., Jager M. Preservatives in the food industry. Properties and application. - SPb .: GIORD, 2010.
2. Fatyanov EV Activity of water in dairy products // Dairy industry. 2011. № 2.
3. Fatyanov EV, Aleinikov AK, Mokretsov I.V. Analysis of the cryoscopic method for measuring water activity in food products // Vestnik SGAU. 2011. № 3.
4. Lukiyanchuk IN, Kobzarenko TA Innovative technologies in the management of the restaurant and hotel enterprise in the conditions of the crisis. Breakthrough scientific research as the engine of science: a collection of articles of the International Scientific and Practical Conference (Samara) / at 3 pm Part 1 / Ufa: AESTERNA, 2015.
5. Lukiyanchuk IN, Kobzarenko TA Innovative technologies of products of public catering establishments. Breakthrough scientific research as the engine of science: a collection of articles of the International Scientific and Practical Conference (Samara) / at 3 pm Part 1 / Ufa: AESTERNA, 2015.
6. Zhdanovsky A.B. Calculation of freezing points of solutions by
water activity. - Physical Chemistry, 2017, Vol. 51, no. 9.
7. Kulagin V.N. Change in water activity as an indicator of the
quality of products during heat treatment // Meat Industry,
2012, No. 3, p. 31-33.
8. Rogov IA, Zharinov AI, Fatyanov EV, Aleinikov AK, Yuzov SG
Determination of water activity in food systems and products by cryoscopic method: Method. decree. - Moscow: MGUPB,
2013. - 27 pp.
9. Sokolov A.Yu. Development of marketing strategy for the implementation of innovative food products for preventive purposes // "Technology and Commodity Research of Innovative Food Products", 2016. No. 2 (37). from. 108-112.
10. Sokolov A.Yu., Borkova VI, Akimova N.A. Express methods of quality control of food raw materials and food products / / In the collection: "Development trajectories" materials of the First International Scientific Conference. 2018. p. 598-606.
