CC BY
81
66.047.755(088.8)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМ СВЯЗИ ВЛАГИ В ПЕРЦЕ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНО-ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
А.Н. ОСТРИКОВ, А.Н. ЧАЙКИН, И.В. КУЗНЕЦОВА
Воронежская государственная технологическая академия
Сушеный сладкий болгарский перец является важной пищевой добавкой при производстве функциональных продуктов питания [1]. От правильности выбора режима сушки зависят пищевая ценность и качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом структурно-механических, биологических и физико-химических преобразований веществ. Для эффективной реализации процесса сушки перца необходимо изучить характер связи влаги с продуктом.
В качестве объекта исследования использовали кубики перца размером 6 х 6 х 6 мм, которые предварительно отсортировывали с целью выравнивания гранулометрического состава и обеспечения однородности структуры продукта.
Закономерности теплового воздействия на растительные продукты исследовали методом неизотермического анализа на дериватографе системы Паулик-Паулик-Эрдей [2] в атмосфере воздуха с постоянной скоростью нагрева 3°С/мин до 300 °С.
Исследования осуществляли в кварцевых тиглях с общей массой навески для образца 382,2 мг. В качестве эталона использовали А1203, прокаленный до 2800°С. Применяемые для количественной обработки методом неизотермической кинетики термоаналитические кривые одновременно регистрируют изменения температуры ТА, массы образца ТО, скорости изменения температуры или энтальпии БТЛ и изменения массы ОТО. Регулировочное устройство давало возможность рав -номерного нагревания печи, а достижение линейности программы нагрева печи обеспечивало воспроизводимость кривых ТА, ТО, БТЛ и ОТО.
Выбор режимов записи дериватограмм определялся с учетом методики [3]. Были выбраны следующие режимы снятия дериватограмм: чувствительность гальванометра: ОТЛ - 1/10, ОТО - 1/5, ТО - 200 мг; скорость изменения температуры нагрева печи 3°С/мин; максимальная температура нагрева 300°С.
В процессе теплового воздействия частицы растительных продуктов претерпевают значительные физико-химические изменения [4], в результате которых испаряется вода, определяющая характер протекающих внутри продукта преобразований. За счет испарения влаги и разложения сахаров, клетчатки и других органических соединений (лизин, метионин) их масса снижается на 65-73%. При этом происходит ослабление прочности структуры вследствие частичного гидролиза клетчатки, целлюлозы и других сложных угле-
водов, из которых состоят стенки клеток и межклеточные перегородки [5].
На рис. 1 изображена дериватограмма перца, снятая в интервале 298-363 К.
Кривая ОТЛ показывает значительный эндотермический минимум при температуре 303 К. Одновременно на кривой ОТО фиксируется два минимума, отвечающих процессам дегидратации продукта и выделению газообразных фракций. Кривые БТЛ и ОТО показывают изменения в перце в результате нагревания, но формы этих кривых различны. Это свидетельствует о том, что весь участок кривой БТЛ был создан в результате сложения термических эффектов нескольких химических реакций, связанных со сложной структурой перца [1].
Для оценки различных форм связи влаги в перце участок кривой изменения массы ТО преобразовали в зависимость степени изменения массы или превращения вещества от температуры. Для этого через каждые 5 К на кривой ТО, при определенных значениях темпе-
Рис. 2
ратуры, находили изменение массы ш, образца, соответствующее массовой доле высвобождающейся воды при температуре Т,. Степень изменения массы а рассчитывали как отношение массы Ш1 к общей массе содержащейся в продукте воды ш, определяемой из кривой ТО в конце процесса дегидратации. Полученная кривая ТО в координатах а-Т имеет ^-образный вид, отражающий сложный характер взаимодействия воды и сухих веществ перца, и предполагает различие в скорости высвобождения воды на разных участках данной кривой (рис. 2). Следовательно, кривые зависимости степени превращения вещества от температуры позволяют изучить различные, кинетически неравноценные формы связи влаги и предполагают разную скорость дегидратации.
Для определения температурного интервала и количества влаги использовали кривую в координатах (-^ а)-(103/Т). Зависимость (— а) от величины (103/Т) (рис. 3) выполнена для интервала 298-363 К.
На рис. 3 отчетливо видны три линейных участка для перца, что свидетельствует о ступенчатом выделении воды. При температуре 328 К осуществляется разрушение связи вода-вода [1], а при 348 К удаляется адсорбционно-связанная влага. В интервале температур 348-363 К наблюдается разложение веществ в перце с выделением газообразных составляющих.
Каждой из ступеней дегидратации соответствует процесс выделения воды с различной энергией связи. Кривая изменения массы исследуемого продукта имеет две точки перегиба при температурах 328 и 348 К, показывающие изменение механизма деструкции.
Рассмотрим более подробно виды связи влаги в исследуемом растительном продукте. На первой стадии происходит нагрев и удаление свободной воды (участок АС, рис. 3) механически и осмотически связанной влаги, имеющей невысокую энергию связи с продуктом. Высвобождается вода, образующая ажурную сетку из ассоциатов молекул воды, связанных между собой водородными связями. При этом десорбция капиллярной воды характеризуется более низкими величинами энергии активации по сравнению с водой, высвобождающейся на второй ступени.
Рис. 3
В процессе нагрева часть осмотически и иммобили-зационно связанной влаги, удерживаемой в замкнутых ячейках белковых мицелл, высвобождается при развертывании их полипептидных цепей при температуре испарения адсорбционно-связанной влаги в результате нарушения мицеллярных и гидрофобных взаимодействий белков и углеводов с водой.
Вода, выделяющаяся на второй ступени, образует несколько последующих слоев молекул, более прочно связанных с продуктом (участок CD, рис. 3). Данные молекулы испытывают влияние активных групп сухих веществ и обладают более искаженной структурой по сравнению с водой в объеме [4]. Пик эндотермического эффекта на кривой DTG при температуре 333 К, сопровождающийся окончанием интенсивной потери массы, соответствует высвобождению молекул воды с физико-химической связью.
С температуры 348-363 К наблюдается деструкция вещества с последующим терморазложением продукта. Общая потеря массы составляет 80,43% при нагревании перца до температуры 403 К.
Таким образом, анализ полученных данных позволил выделить три периода дегидратации воды и преобразования сухих веществ при термическом воздействии на перец, а также выявить температурные зоны, которые соответствуют высвобождению влаги с различной формой и энергией связи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гикало Г.С, Гиш Р.А. Перец: Учеб. пособие / Кубан. гос. аграр. ун- т. - Краснодар, 1997. - 134 с.
2. Дериватограф системы «Паулик-Паулик-Эрдей» // Тео -ретические основы. - Будапешт: Венг. опт. з-д, 1974.
3. Котова Д.Л., Селеменев В.Ф. Термический анализ ио -нообменных материалов. - М.: Наука, 2002. - 156 с.
4. Вода в пищевых продуктах / Под ред. Р.Б. Дакуорта. -Пер. с англ. - М.: Пищевая пром-сть, 1986.
5. Нечаев А.П. Пищевая химия // СПб.: Гиорд, 2001. -581 с.
Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств
Поступила 08.06.04 г.
