Влияние D-сорбита на связывание воды в диабетических кондитерских изделиях Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

І

: і.іМЙ!

I Л? *

11І.І-Т :і И іЦїЙІ '

(V} -г І'вї-тищ^і

Елі;

II ^ л '■

к І і> -|

.іі'і

•т-

\.і.'

і,її

Су-ц-ш ь и.-:-Ір.р.Д-еїтя^

Іійїіряиї

годе*

:'ис7пя-

і |: :Д'-■п 4 N м.і-.<к.М ІШЗЙїЙ зстп —

Ьі^Й-

КііШііН-

Р"!ї. ілйя

>■:■ ".чи і ■>

|ГІ * !..Ю-3 г.иі": ьП

Ы 4.1 і»

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 6, 1990 --- П

664.14.002.612

ВЛИЯНИЕ О-СОРБИТА НА СВЯЗЫВАНИЕ ВОДЫ В ДИАБЕТИЧЕСКИХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЯХ

Т. я. ПОЛИЩУК, А. Н. ДОРОХОВЫМ, В. А. МИХАИЛИК, Е. О. ДАВЫДОВА, В. В. МАНК

Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности

институт технической теплофизики АН УССР

Важную роль в профилактике и лечении сахарного диабета играет диетотерапия. В настоящее время ассортимент диабетических мучных кондитерских изделий не выделяется особым разнообразием. Он представлен в основном сахарным печеньем и вафлями, вырабатываемыми на основе сорбита и ксилита. В КТИПП разработаны новые виды диабетических изделий: сдобное печенье, пряники,

кекс, бисквит, торт. Изделия прошли республиканскую дегустацию, одобрены Институтом эндокринологии и обмена веществ М3 УССР.

В предлох^енных изделиях взамен сахарозы используется сахароспирт — О-сорбит, который по сравнению с сахарозой менее сладкий и обладает более низкой калорийностью. Однако использование сорбита в приготовлении кондитерских изделий связано с определенными технологическими особенностями и трудностями. Сорбит оказывает отрицательное влияние на тепломассообменные процессы при выпечке, специфически воздействует на текстуру кондитерских масс, увеличивает гигроскопичность изделий. Например, процесс выпечки диабетического пряника удлиняется на 8—9% по сравнению с временем выпечки пряника на сахаре, плотность готового пряника на сорбите 0,71, на сахаре — 0,60 г/см3. Причины такого изменения свойств тестовых масс с использованием сорбита до сих пор остаются невыясненными.

В данной работе проведено исследование влияния сахарозы и сорбита на связывание воды в модельных тестовых смесях и выявление причины ухудшения теплофизических свойств диабетических тестовых масс, приготовленных на сорбите.

Количественные исследования связанной воды проводили методом вымораживания [1]. Изучаемые системы подвергали глубокому охлаждению в дифференциальном сканирующем калориметре ДСК-2М, с помощью которого и определяли количество связанной воды. Эта методика широко применяется при исследовании состояния воды в биологических объектах и коллоидных дисперсиях [1—3]. Суть ее заключается в отличии физико-хими-ческих свойств связанной воды от объемной. Благодаря нарушению водородных связей под действием активных центров субстрата связанная вода не замерзает при охлаждении ее ниже 0°С. В результате этого, если систему со связанной и свободной водой подвергнуть замораживанию, то при оттаивании ее на термограмме нагрева будет виден эндотермический пик плавления только свободной воды.

Зная общее содержание воды в системе, удельную теплоту плавления объемной воды и тепловой эффект плавления, легко вычислить количество плавящейся или свободной воды и, в конечном итоге, рассчитать содержание связанной воды в системе.

Для получения данных о количестве связанной воды навеску образца герметически закрывали в специальном контейнере, устанавливали его в измерительную калориметрическую ячейку и охлаждали со скоростью 32 К/мин до —100°С. После установления температурного равновесия в калориметрической ячейке образец нагревали со скоростью 4 К/мин, одновременно регистрируя на ленте самопишущего прибора кривые теплопоглоще-ния при плавлении кристаллов льда свободной воды. Ь

-40 Но ~20 40 О

Рис. 1

На рис. 1 и 2 представлены ДСК-кривые плавления льда в модельных тестовых смесях, растворах сахарозы и сорбита. В них содержится, %: 1 — 60,95 муки и 38,05 воды;

2 — 49,39 муки, 34,69 воды и 15,92 сахарозы; 3—• 50,05 муки, 33,81 воды и 16,14 сорбита; 4 — 42,91 сахарозы; 8 — 42,30 сорбита.

-4о

-30

“1

-?м

Рис. 2

-ю о

Площадь, заключенная между кривой плавления и базовой линией, пропорциональна тепловому эффекту наблюдаемого фазового

перехода. Абсолютную величину теплового эффекта плавления определяли на основании градуировочных данных. В качестве эталонного вещества использовали бидистиллиро-ванную воду. Количество воды незамерзающей Мв.н., которое, по определению, является связанной, вычисляли как разность между общим содержанием воды в образце и массой воды замерзающей Мв-з-, т. е. той частью воды в системе, которая подвергалась фазовым переходам в процессе охлаждения и нагрева. Общее количество воды в исследуемом объекте определяли методом высушивания до постоянной массы. Для этого контейнер с образцом разгерметизировали и помещали в вакуумный сушильный шкаф.

Результаты обработки полученных ДСК-кривых и исходные данные исследованных объектов приведены в таблице. Процентный состав тестовых масс выбран, исходя из возможности работы ДСК и влажности рецептурных кондитерских масс, колеблящейся от 66 до 16%. При этом номера позиций в таблице соответствуют номерам кривых 1, 2, 3, 4, 8 на рисунках.

Сравнивая кривые плавления на рис. 1» можно констатировать, что введение в тестовую массу сахарозы и сорбита приводит к

Таблица

№ п/п Состав, % образца £ сухого о вещества •“ а >~1 воды замерзающей, Мв.а. воды незамерзающей, Мв.н. Мв. 1,/Мс. В.г г/г Содержание незамерзающе? воды в общей массе воды, %

1. Мука+вода

60,95 38,05 11,54 6,52 3,09 1,93 0,30 38,45

2. Мука + вода -(-сахароза

49,39 34,69 15,92 13,86 8,57 2,50 2,79 0,33 52,74

3. Мука+вода +сорбит

50,05. 33,81 16,14 21,02 12,74 3,83 4,45 0,35 53,74

4. Вода+сахароза

57,09 42,91 8,46 3,63 3,09 1,74 0,48 36,02

5. Вода+сахароза

45,86 54,14 8,33 4,51 2,02 1,80 0,4 47,12

6. Вода+сахароза

37,77 62,23 7,89 4,91 1,42 1,56 0,32 52,35

7. Вода+сорбит

68,94 31,06 9,24 2,87 3,95 2,42 0,84 37,99

8. Вода+сорбит

57,70 42,30 11,30 4,78 3,35 3,17 0,66 48.62

9. Вода+сорбит

47,15 52,85 9,82 5,19 1.91 2,72 0,52 58,74

10. Вода+сорбит

37,11 62,89 7,60 4,78 0,63 2,19 0,46 77.66

смещению пика плавления в отрицательную область температур. Для смеси мука+вода началу плавления соответствует температура — 12,5°С. Плавление льда в тесте, содержащем 49,39% муки, 34,69% воды и 15,12% сахарозы, начинается при —25°С. Замена сахарозы сорбитом приводит к еще большему смещению начала плавления. Так, в тестовой

массе, содержащей 16,14% сорбита, начало плавления регистрируется с —35°С.

Из данных таблицы видно, что добавка сладких компонентов в тестовую массу вызывает увеличение доли незамерзающей воды в общем ее количестве. Введение сорбита, при прочих равных условиях, приводит к связыванию большего количества воды. Это убеди-

.4: Г: к: ЧССМ; I

иусюм С С- I: :>г

Э || .. 1/т

Гл 1тя I К С'и г то I юл:: н !

1.1-.К 1-^

!-I Г.- и I

г;,.и- ! т

1:гг£ л и ч у

-:.-1 ГПЛ..Л.

ruv.Lpi.ui1

.Ttl.llII

I ;■; м | ,Г£:ид: ||

р:М. IЛ<-.ч “ :.Г1'1. | - И

ОС1Д;л I Одиаки I V :к.ч и п Ul I.ii: г. И I; н11 ч н 1

ЛЫКП-^

^ .ч:.-нц« ГТ-.:'л;,

■I: г^|

О<1!--'Я]0гЦ

футггуф

Гп"< ,_и. ■ Ч2С -(.«ми:

.ЧЛН I. "|р^| 11(.Ч\ I: 'К \<. ИДИ1."

цик-рчи

111 |':Д:’г:ф -| .рг.=1^ ЛЭДСк К VI

С. от-I

1>! ■ 1.0 Г Я Г? [4.4 [■ Ч Г.ГП

I пу-гтг". Г:-:-.чтсну,

.11' МП!;..

I !! I! И1- я ч:

М

.'И-ПК;-?; ТГ1К Ч. Г-о -тьм Р

м |.1. .11ит ;■ > [С]. У.чоч

1£Ы я мягс

к:, I—11 п.1

т1 к-1IV

V у I

г-.К1

зггер/| 1 1

иО^Ы I. :ц

ЕшИ I1l4I.1I ирн [И ".:

I

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 6, 1990

19

тельно иллюстрируется ростом характеристической величины Мв.н./Мс.в., представляющей отношение массы незамерзающей воды к мас-.се сухого вещества исследуемого образца.

Эндотермы плавления льда при нагревании охлажденных водных растворов сахарозы и •сорбита приведены на рис. 2. Форма этих пиков плавления является характерной для процессов кристаллизации — плавления в системах с эвтектической точкой. В растворе с концентрацией сахарозы 42,91% лед начинает плавиться при —30:С, в то время как в растворе сорбита с концентрацией 42,80% плавление начинается с —40°С. Как видно, для указанных растворов практически равных концентраций разница температур начала плавления равна 10 К-

Изучение растворов сахарозы и сорбита показало [4], что с увеличением концентрации раствора количество связанной воды, приходящейся на единицу массы растворенного вещества, уменьшается, в тоже время доля ее в общем количестве воды возрастает (таблица). Однако степень связывания воды единицей массы сахарозы и сорбита различна. В растворе с концентрацией 42,30% на 1 г сорбита приходится примерно в 1,4 раза больше связанной воды, чем на 1 г сахарозы в растворе с концентрацией 42,91%.

Представив Мв.н./Мс.в., как отношение количества молей незамерзающей воды к молю растворенного вещества и изобразив его в функции концентрации, выраженной в молярных долях (рис. 3), легко убедиться в том, что экспериментальные точки, полученные как для сорбита, так и для сахарозы, в области исследованных концентраций, укладываются на одну общую кривую. А это значит, что концентрационная зависимость чисел гидратации, представленных отношением Мв.н./Мс.в., в интервале концентраций 3,79—14,38% молярных долей имеет общий характер.

Следовательно, молекулы растворенных в воде сахарозы и сорбита, образующие растворы равных молярных концентраций, гидратированы равным количеством молекул воды. Поэтому, ввиду существенного различия молярных масс сахарозы (342,3) и сорбита (182,18), добавка равных количеств этих веществ в тестовые массы приводит к связыванию различного количества воды.

Известно, что свойства связанной воды отличаются от воды в объеме. Такие характеристики, как плотность, теплопроводность, растворяющая способность, активность и др., изменяются при переходе в связанное состояние [5]. Увеличение доли связанной воды в тестовых массах при введении сорбита, естественно, приведет к изменению теплофнзических характеристик теста, а, следователый), и к вынужденному изменению технологического режима выпечки. Так, в связи с необходимостью преодоления адсорбционных псил расход энергии на удаление адсорбционно связанной воды при выпечке превышает величину удельной теплоты испарения объемной воды {'б], что при регламентированном температурном ре-

wln/ffc.S, m/ujfoM 10-г 6

■'і 1

І о І і О !} М/Спф>

Рмс. 3. Зависимость чисел гидратации сорбита и сахарозы от концентрации растворов: О — сорбит О — сахароза

жиме приведет к увеличению времени выпечки изделий, содержащих большее количество связанной воды.

ВЫВОДЫ

Введение в тестовую массу сахарозы и сорбита приводит к смещению пика плавления в отрицательную область температур.

Молекулы растворенных в воде сахарозы и сорбита, образующие растворы равных молярных концентраций, гидратированы равным количеством молекул воды. Поэтому, ввиду существенного различия молярных масс сахарозы (342,3) и сорбита (182,18), добавка равных количеств этих веществ в тестовые массы приводит к связыванию различного количества воды.

Увеличение доли связанной воды в тестовых массах при введении сорбита приводит к изменению теплофизических характеристик теста и к вынужденному изменению технологического режима выпечки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вода в пищевых продуктах: Пер. с англ./Под ред. Р. Д. Дакуорта. —• М., 1980. — 376 с.

2. Вода в полимерах: Пер. с англ. /Под ред. С. Роуленда. — М.: Мир, 1984. — 555 с.

3. Вода в водных растворах при температуре ниже 0°С /Под ред. Ф. Франкса. — Киев: Наукова думка, 1985. — 387 с.

4. Д я в ы л о в а Е. О., М и х а й л и к В. А.. М а н к В. В. Колориметрическое исследование гидратации углеводов. 12-я Всесоюзная конференция по химической термодинамике и калориметрии /Тез. стендовых докладов. Ч. I. — Горький, 1988. — С. 107.

5. Drost-Hahsen W. Structure and properties of Water at biological interfaces //Chemi-■ stry of the cell interface. B. D. D. Brown ed. Academic Press’. — N.-Y. — 1971. — Ch. 6. — P. 1 — 184.

6. Г.Н н з б у p г А. С., Громов М. А. Теплофнзичес-кие характеристики картофеля, овощей и плодов. — М.: Агрппромиздат, 1987. — 272 с.

Кафедра технологии хлеба, кондитерских, макаронных изделий и пищеконнентратов

Поступила 30.06.89