CC BY
108
УДК 665.939.12:577.322.9 Ил. 4. Библ. 8.
ПРОБЛЕМАТИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕЛЕЙ
Дроздова Н.А., канд. техн. наук, Насонова В.В., канд. техн. наук, Семенова А.А., доктор техн. наук, Горбунова Н.А., канд. техн. наук ФГБНУ «ВНИИМП им. В.М. Горбатова»
ISSUES OF DETERMINING OF GELS STRENGTH PROPERTIES
Drozdova N.A., Nasonova V.V., Semenova A.A., Gorbunova N.A.
The V.M. Gorbatov All-Russian Meat Research Institute
Ключевые слова: Keywords:
оборудование, прочность, пробоподготовка, животный equipment, strength, sample preparation, collagen pro-
белок, каррагинаны, Bloom тест, структурно-механиче- tein, carrageenans, Bloom test, structural and mechanical
ские свойства properties
Реферат
Представлены существующие методы определения структурно-механических свойств гелей структурообра-зователей. Рассмотрен стандартный Bloom тест и приведены основные приборы для определения прочностных свойств гелей: Instron (США), TA-XT plus Texture Analyzer (Великобритания), LFRA Texture Analyzer (Великобритания), Ва-лента ВЦ-1 (Россия), Shimadzu (Япония). Проанализированы различные виды пробоподготовки, которые используются для приготовления гелей различных структурообразова-телей: гидроколлоидов, растительных и животных белков. Для определения прочностных характеристик необходимо учитывать условия подготовки проб гелей под конкретное измерительное оборудование.
Summary
The article presents the review of current methods of determining the structural and mechanical properties of structural formers gels. We report the standard Bloom test and introduce the main instruments for the determination of gels strength properties: Instron (USA), TA-XT plus Texture Analyzer (Great Britain), LFRA Texture Analyzer (Great Britain), Valent-VC1 (Russia), Shimadzu (Japan). We analyze different types of sample preparation using for preparing gels from different structural formers: hydrocolloids, vegetable and collagen proteins. To determine the strength properties it is necessary to consider the conditions of gels samples preparation for a specific measuring equipment.
елеобразующая способность характеризует свойство белков взаимодействовать с водой с образованием пространственного каркаса, определяющего свойства мясного продукта и его поведение при хранении. В связи с этим имеет большое значение при выработке фаршевых мясных продуктов их консистенция, которая формируется в результате вторичного структурообразо-вания при тепловой обработке.
Гелеобразование пищевых систем можно осуществлять различными способами: нагревом или охлаждением (термотропные гели), изменением ионного состава (ионотропные гели) и концентрированием (лиотропные гели).
Важнейшей характеристикой для оценки гелеобразу-ющих свойств различных структурообразователей, в том числе животных белков, являются структурно-механические свойства их гелей, определяющие их эластичность,
упругость, вязкость, сопротивление деформации (сжатие и растяжение) и другие прочностные характеристики [2; 8].
Для определения прочности гелей, образованных животным и растительным белком, а также гидроколлоидами, применяется стандартный тест — Bloom (AOAC), запатентованный американским ученым O.T. Bloom в 1925 году. Аппаратом для измерения является Bloom Gelometer (рисунок 1) [6, 7]. Метод действия основан на принципе определения силы, необходимой для того, чтобы опустить поршень на заранее определенное расстояние в образце или для деформации образца до заданной степени. Образец поднимают с помощью регулируемой платформы до тех пор, пока гель не проконтактирует с индентором. Движение прекращается посредством автоматического переключающего устройства, а сила воздействия определяется гравиметрически [6-8].
г
2016 | №6 ВСЕ О МЯСЕ
Рисунок 1.
Прибор
для определения структурно-механической прочности геля Bloom Gelometer [16]
д
б)
Рисунок 2. Прибор для измерения прочности геля по принципу деформации до определенного уровня: а) анализатор текстуры TA-XT plus Texture Analyzer, б) анализатор текстуры LFRA Texture Analyzer
Рисунок 3. Прибор Валента ВЦ-1 для определения прочности геля
Рисунок 4. Прибор для измерения прочности геля по принципу разрушения Instron
В настоящее время процесс измерения полностью автоматизирован, результаты не зависят от субъективных факторов, определяющих начальный и конечный момент испытания [4].
В качестве оборудования для определения прочностных характеристик гелей также применяют следующие приборы: TA-XT plus Texture Analyzer (производитель Texture Technologies Corp and Stable Micro Systems Ltd., Великобритания) и LFRA Texture Analyzer (производитель C. S. Stevens & sons Ltd., Великобритания) (рисунок 2) или модифицированный вариант LFRA от компании Brookfield Engineering, США.
Производитель аппарата TA-XT plus Texture Analyzer называет главным плюсом своего прибора минимальную погрешность при измерении. Преимуществом прибора LFRA Texture Analyzer считается то, что измерение можно проводить без программного обеспечения [4]. Однако подключение к персональному компьютеру расширяет возможности любого анализатора: позволяет запоминать и анализировать получаемые данные, строить различные графики и диаграммы.
Принцип работы всех приборов по измерению предельного напряжения разрушения аналогичен. Удельная работа начала разрушения отражает совокупность всех механических нагрузок, происходящих при сдавливании геля индентором до начала его разрушения [8].
Аналогичный метод описан российскими учеными Воронежского государственного университета инженерных технологий Антиповой Л.В. и Глотовой И.А., по которому
ВСЕ О МЯСЕ №6 | 201G
прочность геля определяется измерительным прибором Валента ВЦ-1 (рисунок 3) [1].
По принципу работы приборы отличаются по скорости движения индентора, формам насадок. Например, у прибора Валента ВЦ-1 насадка грибовидная, у TA-XT plus Texture Analyzer — плоская и измерение происходит без погружения насадки в гель.
Наряду с указанными анализаторами в России для измерения прочностных характеристик используют испытательное оборудование Instron (производитель Instron Corporation, США) (рисунок 4). В основу работы Instron положен все тот же принцип определения нагрузки, возникающей вследствие сопротивления образца механическому воздействию, а именно разрушению [4].
Испытательная машина Shimadzu (Япония) дает возможность получать объективные численные результаты и в совокупности с сенсорными испытаниями является средством для изучения различного спектра прочностных характеристик.
Результат оценки структурно-механических свойств гелей в значительной степени зависит от способа пробо-подготовки к исследованию.
Метод пробоподготовки гелей каррагинанов заключается в следующем. В чаше гомогенизатора в течение 30 с готовят суспензию. После этого содержимое чаши переливают в стеклянный стакан емкостью 250 мл, накрывают стеклом или чашкой Петри и выдерживают при комнатной температуре в течение 30 мин.
Затем содержимое стакана перемешивают стеклянной палочкой, закрывают стакан чашкой Петри и устанавливают его в водяную баню, где температура воды составляет 80 °С. Тепловую обработку проводят до достижения температуры в любой точке стакана 72 °С. После чего вынимают стакан из водяной бани, и немедленно разливают горячий раствор препарата в алюминиевые бюксы и прикрывают их крышками. После их остывания в течение 20-30 мин бюксы ставят в холодильник и выдерживают в течение 24 ч при температуре 2-4 °С [3]. Измерение прочностных характеристик гелей проводят в бюксах на испытательной машине 1пэ^оп 1140 или 1пэ^оп 3342.
По зарубежным методикам гомогенизат готовят подобным методом, однако перед тепловой обработкой гомогенизат помещают в парогазонепроницаемую оболочку, таким образом, моделируя условия технологического процесса приготовления вареных колбас. Нагревание также происходит на водяной бане до достижения температуры 72 °С в центре батона.
Методы пробоподготовки растительных белков для последующего определения предельного напряжения сдвига описаны в работе российскими учеными Роговым И.А., Жариновым А.И. и др. [5].
Порядок приготовления геля аналогичен схеме, используемой для каррагинанов. При этом можно взамен водяной бани использовать термостат. В данном случае необходимо учитывать, что температура воды в резервуаре термостата должна быть 73-75 °С. Суспензию выдерживают в термостате 15 мин. После охлаждения гели направляют на измерение без дополнительной выдержки.
В настоящее время, как правило, для тестирования предельного напряжения разрушения гелей животных белков используют аналогичные методы пробоподготовки, однако различия в особенностях гелеобразования требуют оценки влияния лабораторных условий на результаты измерений.
Многообразие существующих методов подготовки проб и испытательных приборов для измерения прочностных свойств гелей требует сформировать единый стандарт оценки качества структурообразователей по структурно-механическим характеристикам. Для этого необходимо провести исследования оптимальных условий пробоподготовки гелей для последующей разработки методических рекомендаций по определению их структурно-механических свойств. Ш
© КОНТАКТЫ:
Дроздова Надежда Александровна а [email protected]
Насонова Виктория Викторовна а [email protected]
Семенова Анастасия Артуровна а [email protected]
Горбунова Наталия Анатольевна а [email protected]
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: REFERENCES:
1. Антипова Л.В. Методы исследования мяса и мясных продуктов / Л.В. Антипова, И.А. Глотова., И.А. Рогов - М.: КолосС, 2004. -С. 241-242. Antipova L.V. Metody issledovaniya myasa i myasnyh produktov [Methods of research of meat and meat products] / L.V. Antipova, I.A. Glotova, I.A. Rogov. — M.: Kolos, 2004. — S. 241-242
2. Глотова И.А., Болтыхов Ю.В. Реологические характеристики по- Glotova I.A. Reologicheskie harakteristiki polifunktsionalnyih dis-лифункциональных дисперсионных систем на основе коллаге- persionnyih sistem na osnove kollagenovyih belkov zhivotnyih новых белков животных тканей // Материалы международных tkaney [The rheological characteristics of the dispersion systems научных конференций. Успехи современного естествозна- polyfunctional collagen based animal tissue protein] / I.A. Gloto-ния. — 2008, № 2. — С. 30-31. va, // Materialyi mezhdunarodnyih nauchnyih konferentsiy. Uspehi sovremennogo estestvoznaniya. — 2008, № 2. — S. 30-31.
3. Комплексная оценка функционально-технологических свойств препаратов идргинана, применяемых в мясной промышленности. М., Методические рекомендации МР 01-00419779-06. ВНИИМП, 2007. - 52 с. Kompleksnaya ocenka funkcional'no-tekhnologicheskih svojstv preparatov idrginana, primenyaemyh v myasnoj promyshlenno-sti. [Comprehensive assessment of functional and technological properties idrginana drugs used in the meat industry. Guidelines] M., Metodicheskie rekomendacii MR 01-00419779-06, VNIIMP, 2007. — 52 s.
4. Материалы компаний производителей оборудования TA-XT Materialyi kompaniy proizvoditeley oborudovaniya TA-XT plus Texplus Texture Analyzer, LFRA Texture Analyzer, Валента ВЦ-1, ture Analyzer, LFRA Texture Analyzer, Valenta VTS-1, Instron. Instron, Shimadzu.
5. Рогов И.А. Функциональные свойства гидроколлоидов. Соевые белковые препараты. / И.А. Рогов, А.И. Жаринов, Н.В. Гурова, А.Ю. Попов // М., Методические указания, 2003. - 31 с. Rogov I.A. Funkcional'nye svojstva gidrokolloidov. Soevye belkovye preparaty [Functional properties of hydrocolloids. Soy protein preparations] / I.A. Rogov, A.I. ZHarinov, N.V. Gurova, A.Yu. Popov // M., Metodicheskie ukazaniya, 2003. - 31 s.
6. Malcolm C. Bourne. Food Texture and Viscosity: Concept and Measurement, Academic Press, USA, 2002. — P. 130
7. | Standard testing methods for edible gelatin. Official Procedure of the Gelatin Manufacturers Institute of America, Inc. 2013. — P. 27.
8. WUstenberg T. Cellulose and Cellulose Derivatives in the Food Industry: Fundamentals and Applications. / Tanja WUstenberg — Germany, 2014. — P. 83-85.
2D16 | №6 ВСЕ О МЯСЕ
