CC BY
34
13. Методы технохимического контроля в виноделии. Серия науч.-техн. лит. по виноделию [Текст] / под ред. В. Г. Гержико-вой. - Симферополь: Таврида, 2009. — 304 с.
14. Color density and tint of red, white and rose wines [Electronic resource] / Analytic Jena AG. - Available at: http://www.analytik-jena.de/fileadmin/content/pdf_padb/pdf_app/UV_ALL_06_09_e.pdf - 2009. - Title from the screen.
15. Тенетка, А. I. Колiр - один i3 основних показнигав якост рожевих столових вин [Текст] / А. I. Тенетка, М. В. Бшько, В. В. Ларш // Сборник научных трудов НИВиВ «Магарач» «Виноградарство и виноделие». - 2011. - Т. XII, Ч. 2. - С. 95-97.
Термоциклуванням дослиджу-вали змти структури та воло-гоутримуючу здаттсть зразтв пектинових гелiв з рiзним рецеп-турним складом за допомогою диферен^ально-сканувальног калориметрИ, циклiчно нагрiваю-чи гх та заморожуючи.
Доведено вплив основних рецептурних компонентiв на збшьшення кiлькостi зв'язаног води, стштсть структури та тривал^ть гелеутворення в пектинових гелях, що вгдбуваються пи) час нагрiвання та заморожу-вання
Ключовi слова: термоциклу-вання, теплова деструкщя, гелеутворення, структурування,
фазовi переходи
□-□
Термоциклированием исследовали изменения структуры и вла-гоудерживающую способность образцов пектиновых гелей с различным рецептурным составом с помощью дифференциально-сканирующей калориметрии, циклически нагревая их и замораживая.
Доказано влияние основных рецептурных компонентов на увеличение количества связанной воды, устойчивость структуры и продолжительность гелеобразо-вания в пектиновых гелях, происходящих во время нагрева и замораживания
Ключевые слова: термоцикли-рование, тепловая деструкция, гелеобразование, структурирование фазовые переходы -□ □-
УДК 664.292
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.37358|
ДОСЛ1ДЖЕННЯ СТРУКТУРО-УТВОРЕННЯ ТА ЗМ1Н ФОРМИ ЗВЯЗКУ ВОЛОГИ В ПЕКТИНОВИХ ГЕЛЯХ МЕТОДОМ ДИФЕРЕНЦ1АЛЬНО-СКАНУВАЛЬНОТ КАЛОРИМЕТР!!
I. О. Крапивницька
Кандидат техшчних наук, доцент Кафедра технологи цукру i пщготовки води Нацюнальний ушверситет харчових технолопй вул. Володимирська, 68, м. КиТв, УкраТна, 01033 E-mail: [email protected] В. О. Потапов Доктор техшчних наук, професор Кафедра холодильноТ та торговоТ техшки Хармвський ушверситет харчування та торгiвлi вул. Клочмвська, 333, м. Хармв, УкраТна, 61051 E-mail: [email protected] П. В. Гурський Кандидат техшчних наук, доцент, професор Кафедра обладнання та шжишрингу переробних i харчових виробництв Хармвський нацюнальний техшчний ушверситет альського господарства iM. П. Василенка вул. Артема, 44, м. Хармв, УкраТна, 61002 E-mail: [email protected] Ф. В. Перцевой Доктор техшчних наук, професор Кафедра технологи харчування Сумський нацюнальний аграрний ушверситет вул. Юрова, 160, м. Суми, УкраТна, 40021
1. Вступ
Пектинов! речовини мктяться у вс1х вищих росли-нах, входять до складу клггинних стшок, серединних пластинок та цитоплазми рослинних клиин. Вм1ст пектинових речовин та Тх х1м1чний склад не однаков1 у р1зних вид1в рослин, Тх складових, тканин i залежить
вщ метеоролопчних умов вирощування, географiчноi зони, сорту, перюду розвитку i вжу рослин [1-7].
Пектини входять до складу великоТ групи глжа-ногалактуронанiв, кислих рослинних полiсахаридiв, основний карбоновий ланцюг який складають 1, 4 -зв'язаш залишки a, D - галактуроновоТ кислоти [1, 2, 4]. Пектиновi речовини включають протопектин, пек-
g
тиновi полкахариди i супутнi арабiнани, галактани i арабiногалактани [7].
2. Аналiз лiтературних джерел та постановка проблеми
Вода - це важлива речовина у харчових продуктах, осюльки обумовлюе 1х реологiчнi характеристики. Ступiнь взаемодп води з хiмiчними компонентами i вплив на консистенцiю харчового продукту визна-чаеться як 11 термодинамiчним станом, так званим хiмiчним потенщалом (або активнiстю води), так i 11 кiлькiстю в продуктi - вологовмштом [8-10]. Проте масова частка вологи вказуе на юльюсть вологи, але не характеризуе 11 вщношення до хiмiчних, бiохiмiчних i мжробюлопчних змiн в продуктi.
Вода в харчових продуктах завдяки сво1м струк-турним зв'язкам характеризуеться рiзними властиво-стями, доступшстю, що дозволяе принципово роздь лити 11 за цими ознаками на в^ьну та зв'язану [10, 11].
Тому в технологи продукпв харчування поряд з такою характеристикою як загальна волопсть вид^яють не менш важливi показники зв'язано1 вологи, воло-гоутримуючо1 та вологовидiляючоi здатность Одним з впливових чинникiв у забезпеченш стiйкостi гелево'1 системи тд час зберiгання е спiввiдношення вшьно'! i зв'язано'1 вологи, що часто е домшуючим показником, який характеризуе технолопчну, товарознавчу та мь кробiальну стабiльнiсть продуктiв [12].
Але чикого роздiлу мiж цими поняттями не кнуе, тому що зв'язана вода може мати широкий спектр "зв'язаностГ' [9-12]. Так вода в харчових продуктах може знаходитися в порожнинах, порах i катлярах утворених тiлом продукту, а також у сорбованому сташ на поверхш, гiдратна i кристалогiдратна вода, а також iншi види.
Для визначення юлькосп зв'язано'1 вологи викори-стовують термодинамiчнi, кiнетичнi, спектроскопiчнi та структурш методи. До найбiльш широко використо-вуваних методiв належать:
- визначення незамерзаючо1 води методом дифе-ренцiального термiчного аналiзу (дериватограми) [10];
- визначення незамерзаючо1 води методом ядер-но-магнiтного резонансу (ЯМР) [12].
Фiзико-хiмiчнi властивостi комерцiйних пектинiв залежать вщ 1х молекулярно1 маси i ступеню етерифь кацп. Ступiнь етерифжацп визначаеться кiлькiстю молей метанола на 100 моль галактуроново1 кислоти [6]. Пектини з високим ступенем метоксилювання мiстять б^ьше 50 % етерифiкованих залишкiв га-лактуронану. Низькоетерифiкованi пектини мають нижчий ступень етерифжацп i мiстять менше нiж 50 % етерифiкованих залишюв. Обидвi групи пекти-нових полiсахаридiв утворюють гелi, але при рiзних умовах: для низькоетерифiкованих пектинiв потрiбнi низькi значення рН середовища або присутшсть iонiв кальцiю, а для високоетерифжованих пектинiв геле-утворення вщбуваеться за рахунок водневих зв'язкiв та гщрофобних взаемодiй.
Пектиновi гелi використовуються в харчових продуктах, що тддаються термообробщ - для начинок хлiбобулочних виробiв, для виробництва марме-ладних виробiв, для приготування нашвфабрикапв з наступним шоковим заморожуванням та вщтаю-
ванням. Тому великого наукового штересу набува-ють дослiдження змш вологоутримуючо1 здатностi та структури пектинових гелiв [7], що вiдбуваються в дiапазонi температур вiд -18 оС до 100 оС, якi мо-жуть суттево вплинути на кшцеву якiсть готового продукту. Цi дослщження здiйснювали за допомо-гою методу диференщально-сканувальной калориметра.
3. Мета i задачi дослщження
Метою дослiджень було визначення впливу лимон-но1 кислоти та цитрату кальцiю на процес структуру-вання та змшу вологоутримуючо1 здатностi пектинових гелiв.
Для досягнення поставлено1 мети виршувались наступнi задачi:
- встановлення мехашзму зв'язування води в мо-дельних гелях високо етерифжованого та низькоете-рифiкованого пектину яблучного;
- дослщження впливу лимонно1 кислоти та цитрар ту кальщю на кiнетику "зв'язування" води на трива-лiсть гелеутворення.
Об'ектом дослщження були гелi пектишв, до складу яких входили:
- зразок № 1 - пектин яблучний високоетерифжо-ваний зi ступенем етерифжацп Е=58-60 % (пов^ьно1 швидкостi гелеутворення) - 1,0 г, цукор - 65 г, лимон-на кислота - 0,8 г;
- зразок № 2 - пектин яблучний високоетерифжо-ваний зi ступенем етерифжацп Е=58-70 % (високо! швидкост гелеутворення) - 1,0 г, цукор - 65 г, лимон-на кислота - 0,8 г;
- зразок № 3 - пектин яблучний низькоетерифжо-ваний зi ступенем етерифжацп Е=32-36 % - 1,0 г, цукор - 65 г, лимонна кислота - 0,8 г, цитрат кальщю - 30 мг.
4. Матерiали та методи дослщження впливу модифiкаторiв на структурування та змшу вологоутримуючо! здатност пектинових гелiв
Дослщження стану води проводили методом ДСК на мiкрокалориметрi ДСМ-2М. Принцип методу тер-моциклування полягае в наступному. Зразки, маса яких не вище 10 мг, герметично закривали у калориме-тричш контейнери та помщали у вимiрювальний блок приладу, де вщбуваеться охолодження iз швидкiстю 6 °С/хв. до температури 0 °С. За дано1 температури зразок витримували протягом 5...10 хв для встановлення теплово1 рiвноваги, пiсля чого проводили на^вання iз швидкiстю 6 °С/хв. до температури 90 °С. За ще"1 температури систему витримували деюлька хвилин для встановлення теплово1 рiвноваги, що контролюеться стаб^ьшстю iзотерми. Потiм знiмали термограми, фжсуючи фазовi переходи розчин-гель i гель-розчин зi швидкiстю сканування 2-5 °С/хв. у температурному iнтервалi 0-100 °С. Точнiсть змiни температури стано-вила ±0,5 °С.
Якщо систему, яка вмщуе як вiльну, так i зв'язану вологу пiддати у калориметрi охолодженню, а потiм нагрiвати iз заданою швидкiстю, то на вщповщних
термограмах будуть помига тки фазових переходiв лише в^ьно'Т вологи.
Диференцiальний тепловий ефект при термоци-клуваннi ДQ розраховувався з рiвняння балансу:
ДЦ = й + - й -
(1)
де Q+ - теплота, поведена до зразка при на^вант, Q. -теплота, вщведена ввд зразка при охолоджент.
Кгчьюсть теплоти розраховувалася по плопц тд кривою сигналу ДСК:
й ± = | Y(x)dx,
(2)
1 2 ДУ ВЩН. од
г, хв
туроутворення в процесi термоциклування, що зу-мовлюеться руйнуванням водневих зв'язкiв та пдро-фобних взаемодiй в гелях високоетерифжованих пектинiв. Характер сигналiв ДСК свщчить про те, що при на^ванш пiдводиться бiльше теплоти, нiж ви-дiляеться при охолодженнi (Q+> Q- ), тобто додаткова теплота витрачаеться на фазовi переходи, що переду-ють структуроутворенню системи.
де У(х) - сигнал ДСК у вщносних одиницях, %1 - час початку циклу, вщповщний до температури Г^, %2 ~ час закшчення циклу, вщповщний до температури Г2.
ДСК видае не скоригований сигнал, який е про-порцiйний тепловим змшам, що вiдбуваються в до-слщжуваних зразках (рис. 1, а) вщносно еталону, для якого вiдомi теплофiзичнi властивостi (базовий сигнал).
Отриманi результати дослщжень для аналiзу представляли у виглядi графiку диференцiального сигналу (рис. 1, б).
Г, Ч г ДУ, вщн. од
I л 1 1
ц I ч 1 У
и /
г, хв
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
Рис. 2. Залежжсть диференщального сигналу ДСК зразка 1 вщ термоциклування
100
о
°с ДУ, вщн. од
у? гч
\ -* у
\ I
г, хв
40
20 О
-га
-40 -60
Рис. 3. Залежжсть диференщального сигналу ДСК зразка 2 вщ термоциклування
(, °с 3 г, вщн. од
/ V
т, хв
-10
Рис. 1. Сигнали ДСК: а — нескоригований сигнал ДСК: 1) вихщний ДСК сигнал, 2) базова лЫя; б — скоригований сигнал ДСК: 3) диференщальний ДСК сигнал
Графж диференщального сигналу (рис. 1, б) розраховувався як рiзниця мiж вихвдним сигналом ДСК 1 базовою прямою лжею сигналу еталону, що з'еднуе по-чаткову й кшцеву точку сигналу по температурi циклу.
5. Результати дослщжень властивостей пектинових гелiв
Результати експериментальних дослщжень за-лежносп диференщального сигналу ДСК вщ змши температури зразка для пектинових гелiв наведет на рис. 2-4.
Зразки № 1 I № 2 (рис. 2, 3) мають позитив-ний тепловий ефект, ввдповвдно SДQ1=252, SДQ2=353 (табл. 1). Це вказуе на незавершетсть процесу струк-
У той же час е ввдмштсть у протжант першого етапу термоциклування цих зразюв. У зразка № 1 пектину високоетерифжованого (Е=58-60 %) переважае процес тепловоТ деструкцii, в якому юльюсть пдро-фобних взаемодiй менша, а в зразка № 2 у циклi 1 переважае процес структурування за рахунок б^ьшо'Т юль-костi гiдрофобних взаемодiй мiж метоксильованими групами пектину iз ступенем етерифжацп Е=68-70 %.
Результати розрахунюв теплових ефектiв при тер-моциклувант дослiджених зразкiв наведенi у табл. 1.
Результатами термоциклування зразка № 3 (рис. 4) тдтверджено термiчну стшюсть даного пектинового гелю.
Встановлено, що термоциклування зразка № 3 гелю з пектину низько-етерифжованого (Е=32-36 %) вiдрiзняються вiд зразкiв № 1 та № 2 (рис. 4) тим, що спостертеться повторення форми сигналу для кожного циклу змши температури. Це може свщчити про тдвищену термiчну стшюсть даного гелю. Сумарне значення теплового ефекту для цього зразка мае най-бшьше негативне значення (SДQ3=-519) (табл. 1), яке вказуе на те, що при охолоджент зразка вщбираеться теплоти бiльше, тж передаеться при його нагрiваннi. Ця додаткова енерпя видiляеться в процеа структурування гелю при його охолоджент. Про термiчну стiйкiсть даного зразка говорить i практично нульовий тепловий ефект у циклi 2 заморожування-розморожу-вання (ДQ=-1).
а
о
Тепловi ефекти при термоциклуванж дослiджених зразюв
Цикл 1 2 3 SDQ, вщн.од
Зразок 1 ^..¿2, °С 20.125 125.20 20.-43 -43.20 20.125 125.20
ЙЬ вщн.од 752 795 282 357 908 688 252
DQ, вщн. од -43 75 220
Зразок 2 ^..¿2, °С 20.125 125.20 20.-25 -25.20 20.125 125.20 353
Й± , вщн. од -56 -194 1 65 61 -92
DQ, вщн. од 138 64 153
Зразок 3 ^..¿2, °С 20.125 125.20 20.-35 -35.20 20.125 125.20 -519
Оэф, отн.ед 1135 1561 306 305 1480 1572
DQ, вщн. од -426 -1 -92
100 50
0 -50 -100
1 1 °С 1 1 ДУ, вщн. од
IV- ^
У / \ Г- л V
\ и 4. ч \ к:С у 17
И .1 ч/ хД ч У
/ \ л ( *
1 \ г, хв
10
15
20
25
30
35
40
Рис. 4. Залежжсть диференщального сигналу ДСК зразка 3 вщ термоциклування
Важливою особливiстю отриманих результапв до-слiджень зразкiв № 1, № 2 i № 3 е те, що пльки для зразка № 3 в третьому циклi тривае процес структу-роутворення (AQ=-92), тодi як в шших зразках при повторному термоциклуванш переважають тепловi процеси фазових переходiв, що передують структуро-утворенню системи (AQ>0).
6. Висновки
Представленi експериментальш данi дозволяють зробити наступнi висновки.
Для зразюв № 1, 2 (рис. 2, 3) гелiв високоетерифжо-ваних пектинiв характерна незворотнiсть процесу ге- ми. (AQ>0).
Таблиця 1 леутворення-плавлення, при якому тсля вах циклiв термоциклування структура не вщновлюеться (сигнал ДСК змiнюе свою форму протя-гом усього часу спостереження).
В зразках № 1, 2 у циклi замо-рожування-розморожування спо-стертеться позитивний тепловий ефект AQ=50...75. Це означае, що в цих зразках при охолодженш й за-морожуванш продовжуеться про-цес структурування за рахунок зменшення внутрiшньоi енергп, що викликае додаткове зниження температури зразка, а отже, вима-гае меншого теплового потоку ввд зразка до термостата калориметра. При подальшому розморожуваннi й на^ванш до t=20 °С на плавлення структури цих зразюв потрiбна до-даткова зовнiшня енергiя (Q+>Q- ).
Як виключення становить зра-зок № 3 (рис. 4), де спостертеть-ся повторення форми сигналу для кожного циклу змши температури. Це може сввдчити про тдвищену термiчну стiйкiсть даного гелю низькоетериф^ованого пектину (Е=32-36 %), що зумовлено утво-ренням iонних зв'язкiв мiж дисоцiй-ованими карбоксильними групами та iонами кальцiю та кооператив-них зв'язкiв мiж юнами металу та лiгандами галактуроновоi кислоти.
В останнш колонцi табл. 1 наведе-не сумарне значення теплового ефекту, яке для цього зразка мае найб^ьше значення (Х^3=-519). Негатив-не значення вказуе на те, що при охолодженш зразка вщбираеться теплоти б^ьше, шж передаеться при його нагрiваннi. Ця додаткова енерпя видiляеться в процеа структурування гелю при його охолодженш. Про термiчну стiйкiсть даного зразка говорить i практично нульовий тепловий ефект у циклi 2 заморожу-вання-розморожування (AQ=-1).
Також важливим е те, що пльки в зразка № 3 в третьому циклi тривае процес структуроутворення (AQ=-92), тодi як в шших зразюв при повторному термоциклуванш переважають тепловi процеси фазових переходiв, що передують структуроутворенню систе-
30 20 10 о -10 -20
45
50
Лиература
1. Костенко, Т. И. Пектин. Применение пектина [Текст] / Т. И. Костенко, В. В. Нелина, Л. В. Донченко, Н. С. Карпович. - К : Пектин, 1992. - 51 с.
2. Аймухамедова, Г. Б. Свойства и применение пектиновых сорбентов [Текст] / Г. Б. Аймухамедова, Д. Э. Алиева, Н. П. Шелу-хина. - Фрунзе: Илим, 1984. - 131 с.
3. Карпович, Н. С. Проблемы производства пектина [Текст] / Н. С. Карпович, Е. В. Яровая, Г. С. Мельник, И. А. Крапивницкая // Пищевая и перерабатывающая промышленность. - 1988. - № 5. - С. 2-3.
4. Андреев, В. В. Способы получения и применения различных типов яблочного пектина [Текст] / В. В. Андреев, И. В. Наумен-ко, Л. П. Паршакова // ЦНИИТЭИпищепром: Серия 4 (обзорная информация). - 1981. - Вып. 16. - 31 с.
5. Бачурская, Л. В. Пищевые концентраты [Текст] / Л. В. Бачурская, В. Н. Гуляев. - М. : Пищевая промышленность, 1976. - 336 с.
6. Гулый, И. С. Пектин. Производство пектина и пектиновых экстрактов [Текст] / И. С. Гулый, Л. В. Донченко, В. В. Нелина, Н. С. Карпович. - К.: Ассоциация «Пектин», 1992. - 56 с.
7. Нелина, В. В. Физико-химические свойства пектиновых веществ. Разработка и совершенствование технологий пектина и пектинопродуктов [Текст] / В. В. Нелина. - Краснодар : Кубанский государственный аграрный университет, 1996. - 102 с.
8. Зацепина, Г. Н. Физические свойства и структура воды [Текст] / Г. Н. Зацепина; 2-е изд. - М. : Изд-во МГУ, 1987. - 171 с.
9. Вода в пищевых продуктах [Текст] / под ред. Р. Б. Дакуорта; пер. с англ. Р. Н. Евтеевой, Г. Е. Русановой. - М. : Пищевая промышленность, 1980. - 376 с.
10. Нечаев, А. П. Пищевая химия: Учебник для студентов вузов [Текст] / А. П. Нечаев, С. Е. Траубенберг, А. А. Кочеткова; Нечаев, А. П; 2-е издание, перер. и испр. - СПб.: ГИОРД, 2003. - 640 с.
11. Франке, Ф. Вода и водные растворы при температуре ниже 0 °С [Текст] / Ф. Франке. - Киев.: Наук, думка, 1985. - 338 с
12. Фаррар, Т. Импульсная и Фурье-спектроскопия ЯМР [Текст] / Т. Фаррар, Э. Беккер. - М.: Мир, 1973. - 163 с.
Проведет визначення термогравiме-тричних показнитв та диференщально термiчний аналiз нативних та екстру-дованих видiв кукурудзяного, пшеничного, картопляного i татокового крохмалю. На основi аналiзу даних здшснено порiвняльну характеристику кiлькостi адсорбцшно та катлярно зв'язаног вологи дослиджуваних зразтв. Вивчено вплив процесу екструду-вання та наявностi кристалiчних структур крохмалю на енергю зв'язку вологи
Ключовi слова: термогравiметричний аналiз, екструзiя, структура крохмалю,
адсорбована волога, енергiя активаци □-□
Проведены определения термогравиметрических показателей и дифференциально термический анализ нативных и экструдированных видов кукурузного, пшеничного, картофельного и тапиокового крахмала. На основе анализа данных осуществлена сравнительная характеристика количества адсорбционно и капиллярно связанной влаги исследуемых образцов. Изучено влияние процесса экструдирова-ния и наличия кристаллических структур крахмала на энергию связи влаги
Ключевые слова: термогравиметрический анализ, экструзия, структура крахмала, адсорбционная влага, энергия активации
УДК 637.34
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.33116|
ТЕРМОГРАВ1МЕТРИЧНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЕКСТРУ-ДОВАНИХ ТА НАТИВНИХ ВИД1В КРОХМАЛЮ
В. Я. П i ч к у р
Астрант* E-mail: [email protected] М. М. Лазарен ко Кандидат фiзико-математичних наук*** E-mail: [email protected] О. М. Алексеев Кандидат фiзико-математичних наук, старший науковий ствробЬник*** E-mail: [email protected] В. М. Ковбаса Доктор техычних наук, професор, завщувач кафедри*
М. В. Лазарен ко Кандидат фiзико-математичних наук, доцент
Кафедра фiзики**
*Кафедра хлiбопекарських i кондитерських виробництв **Нацюнальний уыверситет харчових технолопй вул. Володимирська, 68, м. КиТв, УкраТна, 01601 ***Кафедра молекулярноТ фiзики КиТвський нацюнальний ушверситет iм. Тараса Шевченка вул. Володимирська, 60, м. КиТв, УкраТна, 01033
1. Вступ
Сучасна харчова промисловшть виробляе вели-ку юльюсть рiзноманiтних продукпв харчування. Широко! популярност набувають вироби готовi до вживання або ж Ti, тривалшть приготування яких зведена до мжмуму. Одним i3 ефективних методiв отримання таких виробiв, в асортимент яких вхо-дять сухi сшданки, снеки, кукурудзяш палички, зер-новi пласивщ, набухаючi види крохмалю е процес екструзп, в основi якого лежить високотемпературна,
короткочасна гiдротермiчна та мехашчна обробка сировини.
Основною складовою наведених продукпв харчування е крохмаль, який буде визначати режими проведення технолопчних параметрiв виробництва та показники якост готових продукив. Основними технолоНчними властивостями екструдапв на ос-новi крохмалю е здатшсть набухати та розчинятись за юмнатних температур, проте в залежноси вщ ви-хщноТ сировини та умов обробки кiнцевi показники будуть вiдрiзнятись [1].
