Возникновение коагуляционных структур в кондитерских массах Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

-2,1996

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1996

29

їзньіх. адлько орой в ктуру іеннее :а при іе при и за-' Па.

т

ятся к

ІЯЄТСЯ

и уве~ 1Г0 по іесу с Злицы мини-

ІЯЄТСЯ ньше, чем у ти за-а при 2.

эивые

ниже,

ЙЄСОВ.

;аного хя от й) до :трук-этой ! Па'с о 1,15 а при

ізброс іроте-:ых и зпное їх за-

месах при 70°С и полностью отсутствует в замесах из тритикале.

ВЫВОДЫ

Экспериментально показана принадлежность тритикалевых замесов к псевдопластическим, а ржаных и пшеничных замесов — к структурированным системам.

Установлено, что благодаря способности к само-разжижению зерно тритикале образует замесы, вязкость и пределы текучести которых значительно меньше, чем пшеничных и ржаных. Поэтому водно-тепловая обработка зерна тритикале должна проходить с меньшими энергозатратами, что свидетельствует о целесообразности использования

нового высокоурожайного сорта тритикале Таль-ва-100 для получения этилового спирта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чередниченко B.C., Пискареза Е.Н., Громов С.И., Рухлядева А.П., Воробьева Т.Н., Абрамова И.Н. Физико-химический состав тритикале и использование его в биотехнологических процессах / / Междунар. агропром. журн. — 1990. — № 3. — С. 22.

2. Калиниченко Е.А., Голенков В.Ф. Состав и свойства крахмала, выделенного из зерна тритикале, пшеницы и ржи / / Прикл. биохимия и микробиология. — 1981. — XVII. — Вып. 5. — С. 748.

3. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. — М.: Химия, 1975. — С. 329.

Кафедра биотехнологии Поступила 15.07.94

664.144:532.517.2

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОАГУЛЯЦИОННЫХ СТРУКТУР В КОНДИТЕРСКИХ МАССАХ

А.В. ЗУБЧЕНКО

Воронежская государственная технологическая академия

На начальной стадии смешивания пищевых порошков с жидкой фазой происходит их гидратация молекулами воды. На поверхности частиц образуются прослойки иммобилизованной воды с особой структурой, отличной от структуры объемной жидкости. В прослойках структурированной воды, разделяющих твердые частицы, возникают диполь-ди-польные и ионодипольные взаимодействия с образованием пространственной сетки водородных связей.

Сильное структурирование водных прослоек вызывает первоначальное ’’схватывание”, упрочнение структуры. В этот момент наблюдается резкий ’’пик” расхода мощности на перемешивание конфетной массы [1].

Особое состояние воды в тонких пленках, разделяющих твердые частицы, обусловлено влиянием дальнодействующих поверхностных сил, распространяющихся на десятки и сотни слоев молекул от поверхности раздела фаз.

Термодинамической характеристикой особого состояния воды в тонких пленках является зависимость расклинивающего давления от толщины пленки — изотерма П(к). В зависимости от толщины пленки к в ней могут преобладать молекулярные Пм, электростатические Пзл или структурные Пз силы, определяющие соответствующие составляющие расклинивающего давления Я. При к -* 0 и /г -»оо преобладают силы молекулярного притяжения, на промежуточных расстояниях — электростатического отталкивания. При сближении твердых частиц на расстояние, когда происходит разрушение граничных слоев жидкой фазы, возникают структурные силы отталкивания.

Рассмотрим с помощью изотермы П(1г) (рис. 1), как изменяются поверхностные силы при утонче-

Рис. ).

нии пленок воды, покрывающих гидрофильные поверхности твердых частиц. Ветви изотермы, где йП /йк<0, отвечают устойчивым состояниям пленки. При перемешивании массы, за счет трения твердых частиц друг о друга, стенки и лопасти мешалки толщина гидратных оболочек постепенно уменьшается и может достигнуть равновесной для /2-пленок толщины к1, при которой расклинивающее давление равно внутреннему (капиллярному) (Я = Ра). Как видно из рис. 1, в этой области ход изотермы определяется фактически только одной составляющей расклинивающего давления — электростатической {Пэл»Пм и Пэл>>Пз).

При дальнейшем утончении гидратных оболочек (к<к.) расклинивающее давление резко уменьшается до отрицательных значений, при йП/йк -~ 0 происходит разрыв /3-пленок, скачкообразное

30

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 1-2, 1996

!

ШВЕ

уменьшение их толщины до й0, соответствующей образованию а-пленок.

При /г<20 нм для гидрофильных поверхностей в пленках воды проявляется влияние структурной составляющей расклинивающего давления [2],

Совместное действие электростатических молекулярных и структурных сил приводит к смене знака суммарного расклинивающего давления в пленке и пересечению изотермой Я(7г) оси (А -= А0). При утончении гидратных оболочек на поверхности твердых частиц до толщины А0 все поверхностные силы в пленках воды способствуют притяжению частиц и их агрегатированию.

Таким образом, перемешивание конфетных масс на основе порошкообразных полуфабрикатов не только способствует гидратации порошков в присутствии жидкой водной фазы, но и приводит к разрушению и утончению гидратных оболочек на поверхности частиц, что уменьшает поверхностные силы структурного отталкивания и способствует коагуляции частиц. Следовательно, чем продолжительнее или интенсивнее замес, тем быстрее достигается тог критический рубеж дегидратации, за которым наступает процесс коагуляции. Высвободившаяся часть иммобилизованной воды расходуется на гидратацию других твердых частиц порошка.

Коагуляционные структуры образуются сцеплением частиц твердой фазы через тонкие прослойки жидкой дисперсионной среды. Они характеризуются сравнительно слабыми по силе взаимодействия контактами между частицами. Прочность контактов определяется ван-дер-ваальсовыми молекулярными силами сцепления по лиофобным участкам поверхности частиц и условиями их образова-

Рис. 2

ния. В процессе сближения в поле действия молекулярных сил частицы должны преодолеть энергетический барьер в структурированных пленках

жидкой фазы, вызванный электростатическими и структурными силами отталкивания.

На рис. 2 представлены зависимости энергии Е и силы Е взаимодействия между частицами дисперсной фазы от расстояния между ними. На кривой Е('п) наблюдаются два минимума £ (ближний) и £ „ (дальний), где преобладают

Мил МИ я *•

силы притяжения между частицами. Поэтому различают ближнюю (Амин = Ю-9 м) и дальнюю (А2 ~ 1(Г7 м) коагуляцию, что и определяет разницу почти на два порядка в энергии и силе связи между частицами [3].

Условия коагуляции зависят от многих факторов дисперсности частиц, их концентрации, состава жидкой фазы, температуры, присутствия ПАВ, внешнего физического усилия на систему.

Порошкообразные полуфабрикаты полидисперс-ны, размер частиц может колебаться от 10 до 30 мнм. Процесс коагуляции в малой потенциальной яме наиболее вероятен для более крупных частиц. При механическом перемешивании или под действием тепловых флуктуаций образовавшиеся коагуляционные структуры легко разрушаются, так как сила взаимодействия частиц здесь невелика и составляет в среднем 1О”!0 Н на контакт. Такие структуры после разрушения способны к тиксот-ропному восстановлению, при котором между частицами вновь возникают слабые коагуляционные контакты.

Вероятность фиксации частиц на расстоянии Анйн, соответствующем ближнему потенциальному минимуму Ешш, возрастает с повышением дисперсности и концентрации твердой фазы вследствие уменьшения для малых частиц потенциального барьера. Величина кинетической энергии £\,акс, которой должны обладать твердые частицы, чтобы преодолеть энергетический барьер и начать коагулировать, равна [3]

Е <

макс

М V2

- Ълщио (А3 - А1}

где

у0 — начальная скорость, сооощенная частице радиусом г и массой М;

7] — вязкость дисперсионной среды.

С уменьшением расстояния между сближающимися поверхностями частиц избыточная свободная энергия растет до тех пор, пока толщина жидкой прослойки не достигнет величины А1 (рис. 2). Начиная с этого расстояния, избыточная свободная энергия быстро падает, преобладают силы притяжения, вызывающие коагуляцию частиц. Жидкая оболочка на поверхности твердых частиц не является больше стабилизирующим фактором, она самопроизвольно, скачкообразно утончается, остается лишь тончайшая пленка, через которую осуществляется сцепление частиц. В таких пленках жидкой фазы изменяются структура и свойства. Возникающие упругие свойства и структурная вязкость препятствуют дальнейшему уменьшению толщины прослоек между частицами в результате

тепл(

шива

Из

ДЫХ

масс;

ляци

такте

поря,

влия

а

м.ю

Т.А.

Кубш

И:

при<

дите

гоф,

мош

са—

В

нен1

соль

пре/

ЛИМ

(фа! О до ство маа пек ски: ски: П наи1 лам: бот; сви: ацет

Я

НИИ

скщ

ют,

вар!

для

лич

ние

рим

да,

ван:

про]

ПрО]

ты а еда] вып

Р

ада

опр

теплового движения, седиментации или перемешивания.

Из рассмотренного механизма коагуляции твердых частиц можно заключить, что в конфетных массах одновременно могут присутствовать коагуляционные структуры с разной прочностью контактов между частицами, отличающейся на два порядка (Ю~10~ 10 8 Н), что будет существенно влиять на реологические свойства масс.

ЛИТЕРАТУРА

Магомедов Г.О., Олейникова А,Я., Зубченко А.В. Научные основы технологии пищевых порошков и кондитерских масс. — Воронеж, 1994. — 120 с.

Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. — М.: Наука, 1985. — 398 с.

Полак А.Ф. Твердение мономолекулярных вяжущих веществ. — М.: Стройнздат, 1966. — 208 с.

Кафедра технологии хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств

Поступила 06.02.95

641.13:664.292.002.612

СВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПЕКТИНА Г/0 ОТНОШЕНИЮ К СВИНЦУ И НИКЕЛЮ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

М.Ю. ТАМОВА, Г.М. ЗАЙКО, Т.Б. ПОЧИНОК,

Т.А. БЕЛЕВИЧ

Кубанский государственный технологический университет Кубанский государственный университет

Изучали связывающую способность пектина в присутствии основных компонентов мучных кондитерских изделий. Для этого был поставлен многофакторный эксперимент, запланированный с помощью рототабельных планов второго порядка Бокса—Хантера [1].

В состав модельных растворов в качестве компонентов входили пектин, лимонная кислота, сахар, соль и сода. Их масса варьировала в следующих пределах, г: пектин (фактор X,) — от 0 до 2, лимонная кислота (фактор Х2) — от 0 до 2, сахар (фактор Х3) — от 0 до 80, соль (фактор Х4) — от 0 до 4, сода (фактор Хь) — от 0 до 2, что соответствовало изменению их величин в безразмерном масштабе от —2 до 2. Использовали яблочный пектин как наиболее отвечающий технологическим требованиям, предъявляемым к кондитерским изделиям [2].

По данным Краснодарской санэпидемстанции, наиболее часто встречающимися тяжелыми металлами, с которыми приходится контактировать работающим на крупных предприятиях, являются свинец и никель. Поэтому опыты проводили с ацетатами свинца и никеля.

Связывающую способность пектина по отношению к этим металлам определяли титрометрическим методом [3]. Результаты (таблица) показывают, что процент связывания пектином свинца варьирует в пределах 5!,5-91,6%, в то время как для никеля он составляет 12,8-52,0%. Такое различие в поведении пектина объясняется образованием помимо пектата свинца других малорастворимых соединений свинца — карбоната, гидроксида, хлорида. Это подтвердилось расчетами, основанными на том, что осадок образуется, если произведение концентраций превышает величину произведения растворимости, Аналогичные расчеты с никелем показали, что пектат никеля является единственным в данных условиях соединением, выпадающим в осадок.

Результаты эксперимента обработаны. Получены адекватные уравнения регрессии, позволяющие определить процент связывания пектином свинца

и никеля при различных количествах компонентов в диапазонах варьирования, указанных выше. Например, при работе со свинцом было получено следующее уравнение регрессии У = 88,18 + 3,18Х, + 4.60Х, + ЗД8Х, - 4,21ХХ + + 3,20X^3 + 5, Г4ХД4 - 2,81А22 - 2,40Х25. .

В пределах рассмотренных диапазонов концентраций пектина, сахара, соды и соли с их увеличением наблюдается нарастание процента связанного свинца. Для никеля картина та же, с той разницей, что влияния соли на процент связанного металла не обнаружено. В обоих случаях лимонная кислота ухудшает связывание. Это позволило предположить, что она удерживает в растворе металл, образуя с ним комплекс и препятствуя тем самым выпадению металла в осадок. Влияние компонентов мучных кондитерских изделий на связывание пектином свинца представлено на рисунке.

Поскольку разработанные нами для лечебно-профилактического питания мучные кондитерские изделия кроме пектина содержат Д-каротин, представляло интерес изучить влияние последнего на связывающую способность пектина.

При определении влияния количества /?-каротина на процент связанного свинца были взяты растворы № 4, 19, 30, из которых приготовили серии с добавлением от 0 до 10 см" 2%-го раствора Д-каротина. Связывающую способность пектина в данных условиях определяли титрометрическим методом.