CC BY
100
УДК 664. 951. 002
В.Д. Богданов, И.И. Пархутова, Дальрыбвтуз, Владивосток ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА РАСТВОРА СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЯ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТЕРМОТРОПНЫХ ГЕЛЕЙ
Приведены результаты исследований реологических свойств гелей, полученных с применением белково-полисахаридного комплекса при разных температурах нагрева гелеобразующего раствора. Показана целесообразность применения рыбного бульона в качестве растворителя
Получение гелей с определёнными структурно-механическими свойствами рационально производить путём применения в качестве структурообразователей белково-полисахаридных комплексов.
С точки зрения комплексного и рационального использования рыбного сырья актуальным является получение гелеобразующих сред на основе тепловых гидролизатов коллагенсодержащих рыбных отходов (головы, кости, кожа, плавники).
В настоящее время пищевая промышленность располагает рядом технологий производства гелеобразующих сред. Как правило, все они сводятся к использованию традиционного технологического процесса, где основу гелеобразующей среды составляет желатин или коллагенсодержащее рыбное сырьё [3]. Однако при использовании технологического процесса не уделяется внимание тому, как влияет температура получения раствора структурообразователя на его гелеобразующую способность.
Целью данного исследования являлось изучение влияния температуры нагрева растворов структурообразователей на реологические свойства получаемых на основе этих растворов термотропных гелей.
В ходе исследования ставилась задача установления рациональных температурных режимов получения раствора структурообразователя. Для этого сравнивались реологические характеристики термотропных гелей, полученных растворением структурообразователя в воде или в рыбном бульоне в температурном интервале от 40 до 100 °С.
Объектами исследований являлись структурообразователи белковой природы - тепловые гидролизаты рыбных коллагенсодержащих тканей, полученные из отходов филейного производства лососёвых, и желатин, а также структурообразователь полисахаридной природы - каррагенан. Желатин и каррагенан -структурообразователи, наиболее часто применяемые в различных технологиях производства пищевой продукции.
Для приготовления бульона рыбные отходы варили в воде при соотношении 1:1, время варки составляло от 20 до 120 мин. При производстве желированных изделий используются прозрачные бульоны, поэтому для осветления по окончании варки и охлаждения, в них добавляли яичные белки в количестве 7 % к массе рыбного бульона. Предварительно половину массы яичных белков взбивали с частью рыбного бульона при соотношении компонентов 1:5. Полученную смесь вливали в оставшийся бульон, доводили до кипения, остужали и добавляли другую половину белков, взбивали и вторично доводили до кипения. Затем бульон фильтровали через несколько слоев марли [7].
Для исследования гелеобразующей способности структурообразователей готовили образцы гелей, состоящих из рыбного бульона и каррагенана, рыбного бульона и желатина, а так же водно-каррагенановый и водно-желатиновый гели. Массовая доля сухих веществ в рыбном бульоне составляла 3,8 %, количество каррагенана и желатина в образцах - 0,5 % и 4,0 % соответственно.
Образцы подготавливали следующим образом: в воду с
температурой 18±1 °С вносили структурообразователь, полученный золь выдерживали для набухания 40 мин, нагревали до заданной температуры, выдерживая при ней в течение 5 мин. Полученный раствор структурообразователя выдерживали сначала в течение 2 ч при температуре 18±1 °С, а затем 12 ч при температуре 5-8 °С для осуществления процесса гелеобразования.
У полученных гелей определяли модуль упругости, модуль потерь и опытным путем - динамическую вязкость.
Реологические показатели - динамический модуль упругости при сдвиге G' (упругое состояние) и динамический модуль потерь при сдвиге G" (вязкое состояние) определяли с использованием прибора Rheolograph Sol-535 (Toyo Seki, Япония). Использовался предложенный Тагер А.А. метод деформирования исследуемого образца по колебательному гармоническому режиму [8].
Динамическую вязкость рассчитывали по формуле
G"
1 =-----(Па -с),
2я-Ъ
где G" - модуль потерь; 3 - частота колебаний ножа, Гц
В ходе эксперимента определялось количество сухих веществ в рыбном бульоне и его мутность в зависимости от времени варки. Сухие вещества определялись с помощью рефрактометра ИРФ 454Б2М при температуре 30±1 °С. Мутность бульона определялась на
фотоколориметре марки КФК 2УХЛ 4,2 при температуре 30±1 °С, мутность бульонов смотрели по отношению к дистиллированной воде
при жёлтом светофильтре и длине волны 590 Нм. Величину мутности выражали в процентах.
Исследуемые характеристики приготавливаемых бульонов представлены в табл. 1.
Таблица 1
Зависимость содержания сухих веществ и мутности рыбных бульонов от времени варки
^№пробы Показатель 1 2 3 4 5 6
Время варки, мин 20 40 60 80 100 120
Сухие вещества, % 2,5 3,0 3,5 3,8 4,0 3,5
Мутность, % 69 76 79 80 81 81
В ходе эксперимента установлено, что после 60 мин варки в бульон переходят сухие вещества в количестве 3,5 %, в дальнейшем их содержание увеличивается незначительно, а после 120 мин даже несколько уменьшается. При увеличении содержания в бульонах сухих веществ возрастает их мутность, что ухудшает органолептические показатели бульонов. Внесение структурообразователя влияет на мутность бульонов положительно или отрицательно. При исследовании мутности бульонов в присутствии структурообразователя установлено, что при использовании желатина мутность бульона меньше, чем при использовании каррагенана. Это связано с большой степенью агрегации двойных спиралей в структурной сетке геля из каррагенана [11-
Таким образом, основываясь на полученных результатах, дальнейшие исследования проводили с рыбными бульонами, полученными при варке рыбных отходов в течение 60 мин.
Исследования реологических характеристик термотропных гелей, полученных в температурном интервале от 20 °С до 100 °С, показали, что при температурах ниже 40 °С гель не образуется, образец представляет собой золь, а основные реологические изменения наблюдаются у образцов гелей, полученных при нагревании раствора гелеобразователя в температурном интервале от 40 до 100 °С.
Зависимость динамического модуля упругости при сдвиге G' гелей от температуры нагревания растворов представлена на рис. 1
Рис. 1. Зависимость динамического модуля упругости гелей от температуры нагревания раствора гелеобразователя
Из полученных данных о влиянии температуры нагревания раствора гелеобразователя на показатели модуля упругости видно, что при подъёме температуры увеличивается и модуль упругости, характеризующий жёсткость, в образцах желатиновых гелей. Это позволяет сделать вывод о том, что, увеличивая или уменьшая температуру нагрева раствора желатинового геля, можно увеличивать или уменьшать его жёсткость.
Модуль упругости образцов гелей, полученных с применением каррагенана, увеличивается при нагревании растворов до 60 °С, при дальнейшем росте температуры нагревания раствора каррагенана показатели модуля потерь снижаются. Это позволяет сделать вывод о том, что увеличение жёсткости каррагенанового геля происходит при увеличении температуры до 60 °С, при применении температуры выше 60 °С жёсткость гелей уменьшается.
Также из приведённых графиков видно, что применение рыбного бульона увеличивает прочностные характеристики получаемых гелей, следовательно, использование в качестве растворителя рыбного бульона целесообразно.
Зависимости динамической вязкости образцов гелей с желатином и с каррагенаном от температуры образования раствора гелеобразователя представлены на рис. 2.
п 25 Па с 20
15
10
5
0
Рис. 2. Зависимость динамической вязкости гелей от температуры нагревания раствора гелеобразователя
Из приведённых графиков видно, что изменение динамической вязкости образцов исследуемых гелей, полученных с применением желатина, незначительно во всём исследуемом интервале температур. Это позволяет сделать вывод о том, что при изготовлении геля с применением желатина нецелесообразно нагревать раствор до кипения, как рекомендуется в традиционных технологиях производства. Достаточно подогреть до полного растворения желатина, это около 50-60 °С. Такая технология значительно экономит энергопотребление и, следовательно, снижает себестоимость продукции. Применение рыбного бульона увеличивает прочностные характеристики желатинового геля, следовательно, применение в качестве растворителя желатина рыбного бульона целесообразно.
Изменение динамической вязкости образцов исследуемых гелей, полученных с применением каррагенана, показывает увеличение этого показателя при нагревании раствора гелеобразователя до значения в 60 °С, при дальнейшем увеличении температуры раствора каррагенана показатели динамической вязкости гелей снижаются. Это позволяет сделать вывод о том, что получение раствора гелеобразователя с использованием каррагенана следует проводить путём нагрева до температуры 60 °С.
Каррагенан достаточно широко применяется в мясной и молочной промышленностях в качестве гелеобразователя [4,5]. Технологии использования предусматривают приготовление его гелей, как и желатиновых, доведением раствора до кипения. Помимо пищевых технологий каррагенан используется при приготовлении питательных сред в микробиологии, где его так же кипятят [2]. Известна технология, где температура получения гелеобразующего раствора составляет 60 °С
- это изготовление защитной оболочки при разработке способа протравливания семян. В случае поддерживания именно этой температуры изготавливался наилучший по своим качественным характеристикам гель [6].
■ желатин-вода
желатин-рыбный
бульон
каррагенан-вода
• каррагенан-рыбный бульон
Эти данные свидетельствуют в подтверждение целесообразности получения раствора каррагенанового геля при температуре 60 °С. Применение рыбного бульона в качестве растворителя каррагенана увеличивает прочностные характеристики каррагенанового геля, причём увеличение характеристик происходит примерно в 5-6 раз. Данное увеличение прочностных характеристик связано с особенностями конформационных изменений молекул, вступающих во взаимодействие каррагенана и воды, а также каррагенана и желатиноподобных веществ рыбного бульона. В первом случае формирование геля происходит за счёт агрегации двойных спиралей. При этом во взаимодействие с водой вступают один или два (в зависимости от типа каррагенана) сложных сульфатных эфира. Во втором случае помимо сульфатных эфиров, взаимодействующих с водой, в формирование структурной сетки геля вступают по три аминокислотных остатка каждой из трёх полипептидных а-цепей коллагена. При этом образуется больше зон сцепления, характерных структурной сетке геля, что значительно увеличивает прочностные характеристики геля с применением рыбного бульона по отношению к гелю, приготавливаемому на воде [1]. Следовательно, применение в качестве растворителя рыбного бульона целесообразно.
На основании проведённых исследований можно сделать следующие выводы:
- при применении структурообразователей для получения термотропных гелей в качестве растворителя следует использовать рыбный бульон;
- для получения желатинового геля его растворы достаточно нагревать до температуры 50-60 °С, достигая полного растворения;
- для поручения каррагенанового геля его растворы следует нагревать до температуры около 60 °С.
Библиографический список
1. Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции. М.: ВНИРО, 1993. 171 с.
2. Герхард Ф. Методы общей бактериологии. М.: Мир, 1983. Т. 1. 533 с.
3. Данкбарас И.В. Разработка технологии производства рыбы в желейной заливке с использованием казеината: дис. ... канд. техн. наук. Кемерово: КемТИПП, 2006. 123 с.
4. Забашта А.Г., Подвойская И.А., Молочников М.В. Справочник по производству фаршированных и вареных колбас, сарделек и мясных хлебов. М.: Колос, 20О1. 702 с.
5. Лисицин А.Б., Кудряшов Л.С., Алексахина В.А., Чернуха И.М. Теория и практика переработки мяса. М.: ВНИИМП, 2008. 305 с.
6. Средство и способ протравливания семян: пат. 2168885. Рос. Федерация. 20.06.2001 / Хайнрих Г., Вебер Э., Циммерон М.
7. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий. Для предприятий общественного питания. Киев: А.С.К., 2002. 656 с.
8. Тагер А.А. Физикохимия полимеров. М.: Химия, 1978. 544 с.
