CC BY
242
Методы исследования / ТЕХНОЛОГИИ
ЁР
Определение активности воды в высоковлажных пищевых продуктах по криоскопической температуре
С.Г. Юзов
МГУ прикладной биотехнологии
Пищевые продукты представляют собой сложные гетерогенные биологические системы. Большинство из них содержат значительное количество воды, которая оказывает существенное влияние на их физические, химические и биохимические свойства. Поэтому в связи с выбором рациональных параметров механических, гидромеханических и гидротермических, биохимических и микробиологических процессов производства необходимо контролировать как содержание, так и состояние воды в продуктах.
^ Такой контроль может производиться путём оценки различных термодинамических показателей. В производственных условиях для управления технологическими процессами из всех термодинамических характеристик наиболее приемлемым и информативным является показатель «активность воды» [15, 16]. Этот показатель может стать важным в стандартизации пищевой продукции по состоянию влаги при дальнейшем повышении технологического уровня пищевого производства.
Для проведения научно-исследовательских и учебных работ, производственно-контрольных испытаний, разработан высокоскоростной способ определения активности воды (а№) пищевого сырья и продуктов. Предлагаемая методика основана на расчёте значения активности воды пищевых продуктов в зависимости от их криоскопической температуры (температура начала замерзания) — °С. Из литературных данных известно несколько уравнений, описывающих взаимосвязь активности воды и криоскопической температуры [3, 6, 7, 9]. Эти зависимости получены на основании термодинамического анализа процесса кристаллизации влаги в пищевых продуктах. Уравнения в большей степени справедливы для пищевых продуктов и сырья, содержащих в своей структуре воду в виде раствора, т. е. для высоко влажных пищевых продуктов (а№ > 0,900; массовая доля влаги W > 40 %) [2, 4]. Из соображения наиболее точного определения активности воды была выбрана зависимость:
= 1,152-314,7 •(-1-) (1)
" 273,15'' к '
где г, — криоскопическая температура (температура начала замерзания) пищевого продукта, °С, [6].
Принцип определения температуры начала замерзания (1^, °С) основан на изучении термограмм замораживания исследуемого образца продукта: ^ = £ (Х|). При этом возможны два случая замораживания (рис. 1).
Рис. 1. Термограммы замораживания пищевых продуктов: а — кривая без переохлаждения; б — кривая с переохлаждением; ^ — температура начала замерзания продукта, °С; ^ — температура переохлаждения продукта, °С; тз и тз' — момент времени замера температуры начала замерзания продукта, мин., сек.
В первом случае (кривая а) при замораживании продукта падение температуры исследуемого образца значительно замедляется вследствие выделения скрытой теплоты кристаллообразования при фазовом переходе влаги из жидкого агрегатного состояния в твёрдую фазу. Во втором случае (кривая б) при охлаждении пробы продукта её температура сначала снижается ниже точки замерзания без процесса кристаллообразования до температуры переохлаждения воды в продукте Затем происходит адиабатическое повышение температуры продукта вследствие кристаллообразования воды до значения начала замерзания Далее температура продукта стабильно снижается, т. е. осуществляется последующее замораживание продукта [1, 10, 11, 12, 14].
№1 февраль 2009 Всё 0 МЯСЕ
29
На основании литературных материалов и собственных экспериментальных исследований создан лабораторный метод в ручном исполнении для измерения криоскопической температуры пищевых систем и на его основе — методика определения активности воды высоко влажных пищевых продуктов, и разработано несложное по конструкции устройство (приспособление) для измерения температуры начала замерзания продуктов. Оно состоит из электронного термометра марки Checktemp (фирма «Hanna instruments», Германия), термоэлектрического охлаждающего прибора на основе эффекта Пельтье [5, 9] и электронного таймера (секундомера) для отсчёта интервалов времени замораживания. Выбранный термометр создан на основе платинового датчика электрического сопротивления, способного проводить замеры с погрешностью ±0,2 °С. Это позволяет определять значение активности воды пищевых продуктов с погрешностью ±0,002 ед. aw. Достигнутая точность методики соответствует техническим характеристикам современных анализаторов активности воды импортного производства.
Для удобства практического применения формулы 1 автор разработал расчётным методом таблицу значений активности воды в высоковлажных пищевых продуктах. Активность воды по данным расчетам зависит от криоскопической температуры (температура начала замерзания продукта, t,, °С) (табл. 1). Использование табл. 1 заключается в нахождении значения активности воды пищевого продукта (aw), расположенного на пересечении строки с обозначением целого числа (целой составляющей) температуры начала замерзания продукта (t,, °С) и столбца с обозначением десятичной дроби (дробной составляющей) температуры начала замерзания продукта (-0,1 °С).
Из табл. 1 видно, что для определения активности воды (aw) с точностью ±0,001 ед. aw требуется измерять температуру начала замерзания продукта с точностью ±0,1 °C, а диапазон измерения температуры начала замерзания составляет: минус 10,4...0,0 °С.
С целью проведения экспериментальных работ была составлена таблица-бланк для учёта значений
температуры исследуемого образца продукта в процессе его охлаждения-замораживания без точки переохлаждения (табл. 2) для определения температуры начала замерзания пищевого продукта. Использование табл. 2 заключается в нахождении максимального значения временного интервала Дх; = max = Дхз, соответствующего моменту времени и температуре начала замерзания продукта (в качестве момента времени ij была принята единица времени, равная 1 секунде). С этой целью осуществляется запись момента времени процесса охлаждения-замораживания при каждом изменении температуры исследуемого образца на ±0,1 °C в ячейке, расположенной на пересечении строки и столбца табл. 2. Каждая строка соответствует целому значению (целой составляющей) температуры в процессе охлаждения-замораживания исследуемой пробы (t;, °С), каждый столбец — дробному десятичному значению (дробной составляющей) температуры пищевого продукта (-0,1 °С). Затем выявляется максимальный временной интервал между соседними моментами времени измерения (обычно его значение больше других интервалов на 1-2 порядка, обозначается в табл. 2 рамкой), за момент времени начала замерзания продукта принимается его начальное значение в найденном интервале, например «3:59» (3 минуты 59 секунд). По обнаруженной ячейке табл. 2, содержащей момент времени начала замерзания продукта, отмечается строка и столбец. Строка соответствует целому значению [целой составляющей] температуры начала замерзания исследуемой пробы jt;, °С}, а столбец соответствует дробному десятичному значению [дробной составляющей] температуры начала замерзания пищевого продукта j—0,1 °С}. Обнаруженные целая и дробная составляющие температуры процесса охлаждения-замораживания являются найденной температурой начала замерзания пищевого продукта (t„ °С).
Отсчёт момента времени процесса охлаждения-замораживания нужно начинать от 0 мин., 00 сек., а температуры — при 0,0 °С (при поверке прибора по дистиллированной воде [ttj = 0,0 °С, aw = 1,000] отс-
Таблица 1
ta, °С 4 -°'ГС Активность воды (aw) ta, °С 4
-0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9
-0,0 1,000 0,999 0,998 0,997 0,996 0,995 0,994 0,993 0,992 0,991 -0,0
-1,0 ^ 0,990 0,989 0,988 0,987 0,986 0,985 0,984 0,983 0,982 0,981 -1,0
-2,0 0,980 0,979 0,978 0,977 0,977 0,976 0,975 0,974 0,973 0,972 -2,0
-3,0 0,971 0,970 0,969 0,968 0,967 0,966 0,965 0,964 0,963 0,962 -3,0
-4,0 0,961 0,960 0,959 0,958 0,957 0,956 0,955 0,954 0,953 0,952 -4,0
-5,0 0,951 0,951 0,950 0,949 0,948 0,947 0,946 0,945 0,944 0,943 -5,0
-6,0 0,942 0,941 0,940 0,939 0,938 0,937 0,936 0,935 0,934 0,933 -6,0
-7,0 0,932 0,931 0,930 0,930 0,929 0,928 0,927 0,926 0,925 0,924 -7,0
-8,0 0,923 0,922 0,921 0,920 0,919 0,918 0,917 0,916 0,915 0,914 -8,0
-9,0 0,913 0,912 0,911 0,910 0,910 0,909 0,908 0,907 0,906 0,905 -9,0
-10,0 0,904 0,903 0,902 0,901 0,900 0,899 0,898 0,897 0,896 0,895 -10,0
-0,1 °С ^ -0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 aw- 0,9
30
ВСё О МЯСЕ №1 февраль 2009
Методы исследования / ТЕХНОЛОГИИ
[ЕР
Таблица 2
И, °С ^ +1,0 +0,9 +0,8 +0,7 +0,6 +0,5 +0,4 +0,3 +0,2 +0,1 Поверка по воде
т| (Дт|) ^ — — — — — — — — — —
И, °С 1 0 1 °С \ Время измерения, т; (Дт;) {минуты : секунды} <1, °С 1
-0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 1 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9
-0,0 0:00 0:07 0:14 0:21 0:28 0:36 0:46 0:56 1:06 1:16 -0,0
-1,0 ^ 1:32 1:48 2:09 2:42 3:59 7:50 8:11 8:21 8:32 8:37 -1,0
-2,0 8:44 8:49 8:56 9:01 9:05 9:09 9:13 9:17 9:21 9:25 -2,0
-3,0 9:29 9:33 9:37 9:41 9:45 9:49 9:53 9:57 10:01 10:05 -3,0
-4,0 10:09 10:13 10:17 10:21 10:25 10:29 10:33 10:37 10:41 10:45 -4,0
-5,0 10:49 10:53 10:57 11:01 11:05 11:08 11:11 11:14 11:17 11:20 -5,0
-6,0 11:23 11:26 11:29 11:32 11:35 11:38 11:41 11:44 11:47 11:50 -6,0
-7,0 11:53 11:56 11:59 12:01 12:03 12:05 12:07 12:09 12:11 12:13 -7,0
-8,0 12:15 12:17 12:19 12:21 12:23 12:25 12:27 12:29 12:32 12:34 -8,0
-9,0 12:36 12:38 12:40 12:42 12:44 12:46 12:48 12:50 12:51 12:52 -9,0
-10,0 12:53 12:54 12:55 12:56 12:57 12:58 12:59 13:01 13:02 13:03 -10,0
-0,1 °С ^ -0,0 -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 -0,7 -0,8 -0,9 Замер
Здесь т (Ат;) — момент времени измерения (временной интервал между двумя моментами времени измерения) текущей температуры исследуемой пробы продукта, минуты и секунды.
чёт температуры — со значения +1,0 °С {две верхние строки таблицы с пометкой «Поверка по воде», остальная часть таблицы с пометкой «Замер» — для тестирования продукта}).
Для определения активности воды по температуре начала замерзания пищевого продукта из табл. 2 в табл. 1 переносятся целое значение (отмечается строка табл. 1) и дробное десятичное значение (отмечается столбец табл. 1) температуры начала замерзания пищевого продукта °С). На пересечении указанной строки и столбца находят ячейку со значением активности воды исследуемого продукта (а№) {отмечается в табл. 1 рамкой}.
Исследование образца пищевого продукта завершено. Рекомендуется проводить исследование на 3— 4 пробах, отобранных из разных участков тестируемого образца продукта.
В табл. 2 приведён пример определения крио-скопической температуры говядины высшего сорта. Её значение равно —1,4 °С, значение активности воды (находим по табл. 1) равно 0,986 ед. а№.
Для повышения надёжности и удобства проведения опытов в ручном исполнении были подобраны интенсивность охлаждения, масса исследуемой пробы продукта и тип термоэлектрического датчика таким образом, чтобы температура начала замерзания пищевого продукта оставалась на одном уровне в течение интервала времени Д^ = 1-5 минут (разрешающая способность термометра равна 0,1 °С).
В настоящее время данный способ определения активности воды по криоскопической температуре высоковлажных пищевых продуктов и сырья проходит апробацию в МГУ Прикладной биотехнологии при проведении научно-исследовательских и лабора-торно-практических работ. Результаты экспериментальных исследований показали достаточную точность, надёжность и дешевизну разработанной высокоскоростной методики а№ для исследования пи-
щевых продуктов и сырья. В ходе определения активности воды в экспериментальных образцах мясной и молочной продукции было показано, что точность (сходимость) предлагаемой методики составляет в среднем ±0,0005 ед. а№, что сопоставимо с величиной допустимой погрешности измерения для современных криоскопических анализаторов активности воды пищевых продуктов импортного производства. Продолжительность одного измерения данного показателя продукта составляла около 20 минут.
Следует отметить, что помимо показателя активности воды в пищевых технологиях имеет значение криоскопическая температура продукта, по значению которой возможен выбор рационального режима хранения, например, колбасных изделий [13]. Предлагаемый метод определения криоскопической температуры позволяет установить минимальную температуру хранения высоковлажных пищевых продуктов в охлаждённом виде, что в перспективе может увеличить срок годности, например, мясных, рыбных изделий и молочных продуктов. Данная работа выполнена в рамках государственного контракта № 02. 522. 11. 2001 от 27 апреля 2007 года «Разработка технологий переработки сырья животного происхождения с целью получения многофункциональных потребительских продуктов с улучшенными свойствами».
В дальнейшем, планируется апробировать и адаптировать данный способ определения активности воды для пищевых продуктов с промежуточной влажностью (0,600 < а№ < 0,900; массовая доля влаги W = 10-40 %) [2, 4, 8].
В результате анализа экспериментальных данных, проведённых в МГУПБ, возникают предпосылки к созданию экспресс-метода определения активности воды в высоко влажных пищевых продуктах по крио-скопической температуре, готового к официальному утверждению как лабораторного стандартного метода исследования.
№1 февраль 2009 ВСЁ О МЯСЕ
31
Литература:
1. Аверин Г.Д., Журавская Н.К. Физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов. — М.: Агропромиз-дат, 1985.
2. Вода в пищевых продуктах. /Под ред. Р.Б. Дакуорта; Пер. с англ. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 374 с.
3. Здановский А.Б. Расчёт температур замерзания растворов по активности воды. — Физическая химия, 1977, т. 51, вып. 9.
4. Значение показателя «активность воды» в оценке сельскохозяйственного сырья: Обзорная информация / И.А.Рогов, У.Ч. Чоманов, А.М. Бражников и др. — М.: АгроНИИТЭИММП, сер. Мясная промышленность, 1987. — 44 с.
5. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. — Л.: Изд-во «Наука», 1967. — 267 с.
6. Кулагин В.Н. Изменение активности воды как показателя качества продуктов при термообработке // «Мясная индустрия СССР», 1982 г, № 3, с. 31-33.
7. Кулагин В.Н. Оценка активности воды и энергии связи влаги при замораживании мяса // Проблемы совершенствования холодильной техники и технологии: Сборник научных трудов, посвящённых памяти А.М. Бражникова. Выпуск 4 — М.: МГУПБ, 2008, с. 97.
8. Пищевые продукты с промежуточной влажностью. Под ред. Р. Дэвиса, Г. Берга, К. Паркера. — М.: Пищевая промышленность, 1980. — 208 с.
9. 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, 2003. — 27 с.
10. Рогов И.А., Куцакова В.Е., Филиппов В.И., Фролов С.В. Консервирование пищевых продуктов холодом (теплофизиче-ские основы). — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: КолосС, 2002.
— 184 с.
11. Рютов Д.Г. Влияние связанной воды на образование льда в пищевых продуктах при их замораживании. — Холодильная техника, 1976, № 5, с. 32-37.
12. Технология мяса и мясопродуктов. / Под ред. Соколова А.А.
— М.: «Пищевая промышленность», 1970. — 740 с.
13. Фатьянов Е.В. Некоторые аспекты хранения колбас // «Мясные технологии», 2008 г, № 9 (69), с. 18-20.
14. Чижов Г.Б. Теплофизические процессы в холодильной технологии пищевых производств. — М.: Пищевая промышленность, 1979. — 272 с.
15. Чоманов У.Ч. Исследование гигроскопических характеристик и разработка методов и установок для определения активности воды, влажности мяса и мясопродуктов: Дис. на соискание уч. степени канд. техн. наук. — М.: МТИММП, 1979, 173 с.
16. Чоманов У.Ч. Разработка термодинамических методов и средств анализа связи влаги в пищевых продуктах: Дис. на соискание уч. степени докт. техн. наук. — М.: МИПБ, 1990, 436 с.
Мясокомбинат «Велком» подвел итоги 2008 года
^ 10 февраля мясокомбинат «Белком» подвел итоги 2008 года. К октябрю прошлого года предприятие достигло уровня производства, превышающего 80 тонн продукции в сутки. Б декабре этот показатель превысил 140 тонн. По итогам 2008 года объем продаж составил более 23,2 тысяч тонн; в количественном выражении это более, чем на 22 % превышает итоги 2007 года. Товарооборот в 2008 году достиг 5,1 миллиарда рублей. Прирост по сравнению с 2007 годом составил более 48 %. По оценке аналитической службы «Белкома», доля компании (в денежном выражении) на рынке мясопродуктов московского региона составляет более 7 %.
Сегодня около 20 % продукции предприятия реализуется через
гипермаркеты, 40 % — через супермаркеты, около 20 % — через дистрибьюторов. С момента основания «Белком» развивался за счет собственных средств, реинвестируя прибыль в дальнейшее расширение производства. Б 2008 году на развитие предприятия было направлено более 20 миллионов евро. Отсутствие долгов позволяет менеджменту компании с оптимизмом смотреть на перспективы комбината, сохранять неизменно высокое качество продукции, не прибегать к использованию заменителей мяса ради снижения производственных затрат. Б 2009 году компания планирует произвести 30 тысяч тонн продукции, что позволит достичь на региональном рынке доли в 8-9 %. При этом компания продолжит расширение дистрибуции в других регионах.
«Белком» — автор концепции «Без сои», которая предполагает максимальную открытость производителей перед потребителями. «Приверженность принципу производить только натуральный мясной продукт без заменителей мяса и опасных компонентов: химии,
синтетики, ГМ-ингредиентов, — это не просто маркетинговый ход, но и успешная бизнес-стратегия, которая позволяет нам не только выживать в нынешних условиях, но строить амбициозные планы на будущее, — утверждает Раиса Демина, генеральный директор мясокомбината. — Только таким образом можно сохранить лояльность клиентов, а лояльность — главный гарант будущего развития компании. Кризисы приходят и уходят, доверие же людей завоевывается годами, а разрушается в один миг. Мы очень ценим наших покупателей, они нам доверяют, а это — большая ответственность».
Мясокомбинат «Белком» был открыт в сентябре 2004 года в Истринском районе Московской области. Объем инвестиций в новое производство мощностью 100 тонн в смену (8 часов) составил более 50 млн. евро. Уникальность мясокомбината в том, что все производственные помещения были построены «с нуля» и оснащены самым передовым европейским оборудованием.
Пресс-релиз
32
ВСЁ 0 МЯСЕ №1 февраль 2009
