CC BY
36
641.562
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМБИНИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ОВОЩНЫХ ПЮРЕ, КРУПЯНЫХ ХЛОПЬЕВ И ТВОРОГА
Н.Т. ШАМКОВА, Т.В. ЯКОВЛЕВА, Г.М. ЗАИКО,
Л.В. БОРОВСКАЯ
Кубанский государственный технологический университет
При приготовлении овощекрупяных масс на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога происходит перераспределение свободной влаги овощного пюре в капиллярную систему хлопьев. Оптимальными технологическими параметрами производства данных пищевых систем являются условия, при которых крупяные хлопья достигают максимальной степени набухания в овощных пюре. Так как процессы замораживания и размораживания вызывают изменения свойств пищевых систем, для получения кулинарной продукции высокого качества с наименьшим разрушением структуры необходимо, чтобы изменения их физико-химических показателей при этом были минимальны [1].
Нами исследовались термодинамические характеристики пищевых систем на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога в процессе замораживания и размораживания на дифференциальном сканирующем калориметре ДСМ-2М.
Навески исследуемых образцов запечатывали в контейнеры из нержавеющей стали массой 42 мг и помещали в рабочую камеру калориметрического блока прибора. В эталонную камеру помещали контейнер с веществом равной массы, которое не имеет фазовых
переходов в исследуемом интервале температур. Образцы охлаждали до температуры -75° С, а затем сканировали вверх со скоростью 8°С/мин до 0°С. На основании зарегистрированных данных получены термограммы модельных пищевых систем различной влажности, на которых зафиксированы начальные и конечные температуры фазовых переходов влаги при замораживании и размораживании образцов.
Установлено, что фазовые изменения, происходящие при замораживании и размораживании комбинированных пищевых систем на основе овошцых пюре, крупяных хлопьев и творога, сопровождаются выделением и поглощением теплоты. Формы полученных эндотермических и экзотермических пиков характерны для процессов кристаллизации - плавления льда в системах с эвтектическойточкой [2]. ДСК-диаграммы пищевых систем на основе овощного пюре, крупяных хлопьев и творога представлены на рис. 1-3.
Рис. 3
Площадь, заключенная между кривой плавления или замораживания и базовой линией, пропорциональна тепловому эффекту наблюдаемого фазового перехода. Абсолютную величину теплового эффекта плавления определяли на основании градуировочных данных. В качестве эталонного вещества использовали бидистиллированную воду.
Поскольку связанная вода не замерзает при охлаждении ее ниже 0°С вследствие нарушения водородных связей под действием активных центров субстрата, то при размораживании замороженных пищевых систем на термограмме нагрева определяется эндотермический пик плавления только свободной воды. Количество незамерзающей воды вычисляется как разность между общим содержанием воды в образце и массой воды замерзающей, т. е. тойчастьюводыв системе, которая подвергалась фазовым переходам в процессе охлаждения и нагрева.
Анализ результатов обработки полученных ДСК-кривых и исходных данных исследованных объектов (таблица) свидетельствует, что с увеличением влажности системы температура начала ее замораживания возрастаете одновременным повышением энергии фазового перехода, что объясняется ростом количества теплоты, выделившейся в результате соединения молекул в сложные агрегаты, а также образования общей кристаллической решетки.
При замораживании пюре тыквенного, морковного и гидратированных крупяных хлопьев (рис. 1: кривые 1, 2,3 соответственно) существует разница не только в высоте экзотермических пиков, но и температур начала и конца экзотермического эффекта. С уменьшением
массовой доли влаги в образце площадь экзотермического пика уменьшается, температурный интервал фазового перехода сужается и сдвигается в сторону увеличения температуры. Возникновение новых связей между компонентами систем приводит к уменьшению гидрофильных центров, участвующих в образовании гидрофильного взаимодействия.
Максимумы эндотерм для всех исследованных систем (рис. 1) лежат вблизи точки плавления чистого льда в интервале температур 270-271°К (-3,15°С). Вторая характерная точка эндотерм отвечает началу плавления льда в системе и изменяется в зависимости от ее влажности в довольно широком интервале температур -9... -20°С. Сравнивая кривые плавления на рис. 1, можно констатировать, что увеличение свободной влаги в образце приводит к смещению пика плавления в отрицательную область температур.
В морковном пюре началу плавления соответствует температура -18° С, в тыквенном -20°С. Плавление льда в гидратированных крупяных хлопьях начинается при -7°С. По площади эндотермических пиков определено, что количество связанной влаги в пюре морковном составляет 3,6% от общего ее содержания, в пюре тыквенном - 1,9%. Эти данные на 95% совпадают с данными, полученными нами ранее методом ЯМР.
Количество теплоты, затраченное на плавление влаги в исследуемых пищевых системах больше, чем затраченное на замораживание, вследствие роста количества теплоты, образующейся при превращении кристаллов льда в воду. На кривой размораживания пики крупнее, т. е. толщина каждого слоя влаги при размораживании увеличивается. Так, в хлопьях гидратиро-
Пищевая система
Влажность, % Температурный интервал ф перехода, °С азового
замораживания плавления
94 [-2 ■ ■ -17] [-18 .. -1]
82 [-4 ■ ■ -15] [-15 .. -1]
74 [-5 ■ -14] [-13 .. -2]
64 [-6 . -13] [-12.. -2]
74 [-5 . -15] [-13 .. -2]
73 [-6 . -14] [-14.. -2]
72 [-7 . -13] [-9 . -3]
98 [0 ■■ -19] [-20 .. 0]
84 [-2 -17] [-18 .. -1]
74 [-4 . -16] [-17.. -1]
68 [-4 . -14] [-16 .. -2]
74 [-4 . -16] [-16 .. -1]
73 [-6 . -14] [-13 .. -1]
72 [-6 . -12] [-12.. -2]
54 [-10 ■ -12] [-7 . -2]
Энергия фазового перехода АН, Дж/г
замор аживания
плавления
Пюре морковное с добавкой хлопьев, %: без добавки 10 20 30
Пюре морковное с добавкой хлопьев (20%) и творога, %:
10
20
30
Пюре тыквенное с добавкой хлопьев, %: без добавки 10 20 30
Пюре тыквенное с добавкой хлопьев (20%) и творога, %:
10
20
30
Хлопья гидратированные 1: 1
-246,9
-228,1
-222,8
-208,9
-220,9
-213,8
-210,2
-261,8
-236,6
-229,9
-209,7
-227,4
-212,2
-210,1
-6,1
251.2
237.2 229,5 211,4
222,7
215.9 211,6
263,2
242,6
224,1
211.9
225.0
212.1 211,9
6,9
ванных на плавление потребовалось 6,9 Дж/г, на замораживание - 6,1 Дж/г, в пюре морковном - 251,2 и 246,9 Дж/г соответственно.
С увеличением массовой доли крупяных хлопьев в тыквенном и морковном пюре (рис. 2, а и б соответственно; содержание хлопьев, %: 7- 10, 2 - 20, 3 - 30) площадь эндотермических пиков и количество энергии, выделившейся при плавлении влаги, уменьшается. При этом увеличивается количество связанной влаги, так как по отношению к овощным пюре хлопья являются водосвязывающим агентом, и повышается температура начала плавления. Полученные значения количества связанной влаги также соответствуют данным, полученным методом ЯМР. При добавлении хлопьев к овощному пюре площадь экзотермического пика, а следовательно, массовая доля замершей воды уменьшается. Причем температура начала замерзания пищевых систем на основе овощных пюре и крупяных хлопьев ниже, чем в овощных пюре без добавок, и понижается пропорционально увеличению количества хлопьев. Тогда как криоскопическая температура повышается пропорционально увеличению количества хлопьев в пищевой системе. Таким образом, с уменьшением массовой доли влаги происходит снижение температуры начала замораживания и повышение значений конечных температур, процесс замораживания в системах с меньшим влагосодержанием происходит быстрее.
При исследовании ДСК-диаграмм, полученных для пищевых систем на основе тыквенного и морковного пюре (рис. 3, а и б) с добавлением 20% крупяных хлопьев и творога (кривые: 1 -10%, 2-20%, 3-30%), также установлены эндотермические и экзотермические пики, кривые замораживания имеют монотонный характер.
Выявлено, что с увеличением массовой доли творога в системе пюре овогцное-крупяные хлопья-творог происходит понижение температуры начала замораживания и повышение температуры начала плавления. При этом количество теплоты, затраченное на замораживание и плавление влаги, уменьшается пропорционально увеличению количества творога. Также установлено, что количество связанной влаги возрастает с увеличением количества творога в системах как на основе морковного, так и тыквенного пюре. Однако при одинаковом влагосодержании системы на основе морковного пюре более связаны, чем на основе тыквенного пюре.
Все полученные кривые температурных зависимостей имеют гистерезис, т. е. несовпадение кривых замораживания и размораживания, что свидетельствует
о частичном нарушении структуры воды в системе [3]. Величина гистерезиса, вероятно, связанная с биохимическим составом образцов, может быть показателем обратимости процесса замораживания изучаемых овощекрупяных масс.
В гидратированных крупяных хлопьях, вследствие прочной связи содержащейся в них влаги со структурными элементами, мицеллы внутри клеток не образуются, поэтому влага в них вымерзает монотонно и седлообразные участки на температурной кривой замораживания не образуются. В овощном пюре в процессе замораживания мицеллы внутриклеточного геля также не образуются, по-видимому, благодаря содержанию пектинов и растворимых сахаров, способных связывать водородными связями молекулы воды. Однако в пюре тыквенном содержится меньше углеводов и органических кислот, в связи с чем количество связанной влаги в них меньше, чем в морковном, и процесс ее вымерзания начинается раньше.
При замораживании комбинированных пищевых систем на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога в твердую фазу переходят все виды влаги, кроме химически связанной, так как ее количество не зависит от влажности системы. Кривые размораживания имеют небольшие седлообразные участки, свидетельствующие о наличии полностью сохранившихся форм связи влаги при размораживании. После размораживания количество связанной и свободной влаги в системах как на основе морковного, так и на основе тыквенного пюре, остается практически неизменным. Эго позволяет сделать вывод о возможности замораживания и хранения в замороженном виде продуктов питания на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога без значительного ухудшения их первоначальных свойств.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 08-08-99081).
ЛИТЕРАТУРА
1. Данилин В.Н., Марцинковская A.B., Гнеушев М.Ю., Железняк A.B. Исследование системы миристиновая-пальмитино-вая-стеариновая кислоты методом дифференциальной сканирующей калориметрии // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2006. - № 1. - С. 21-23.
2. Пилипенко Т.Д., Манк В.В. Состояние воды в биологических объектах при криоконсервировании // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1990. - № 6. - С. 24-27.
3. Влияние D-сорбита на связывание воды в диабетических кондитерских изделиях / Т.Я. Полищук, А.Н. Дорохович, В.А. Михайлик и др. // Изв. вузов. Пищевая технология. - 1990. - № 6. -С. 17-19.
Кафедра технологии и организации питания
Поступила 24.03.08 г.
