Вивчення властивостей гідроколоїдів під час процесу заморожування-розморожування

M.A. Yancheva, V.A. Bolshakova, T.S. Zheleva

Однією з останніх тенденцій ринку напівфабрикатів є збільшення обсягів виробництва заморожених напівфабрикатів, зокрема, посічених. Ще 10--15 років тому в Україні заморожені м'ясні посічені напівфабрикати не становили значної частки у виробництві великих м'ясопереробних підприємств. Зараз ситуація змінилася: на полицях магазинів можна побачити широкий асортимент напівфабрикатів на будь-який смак, а за інтенсивністю їх споживання експерти судять про рівень благополуччя населення. У зв'язку з прискореним ритмом життя зростання популярності заморожених напівфабрикатів обумовлено мінімізацією витрат часу на приготування, що робить їх досить затребуваними серед працюючої частини населення молодого і середнього віку.

Продукція різних виробників на українському ринку заморожених продуктів і напівфабрикатів має схожі товарознавчо-технологічні характеристики та властивості, тому важливим є дослідження ринку, аналіз споживчих переваг і основних тенденцій, безперервний пошук ноу-хау, модернізація виробничих потужностей [1].

Проблема вдосконалення технології м'ясних заморожених напівфабрикатів багатогранна, що вимагає використання певних технологічних інновацій. Однією з таких інновацій є використання гідроколоїдів у технологіях заморожених м'ясних напівфабрикатів.

Заморожування забезпечує тривале низькотемпературне зберігання за рахунок запобігання розвитку мікробіологічних процесів і істотного уповільнення швидкості біохімічних і фізико-хімічних реакцій. Цей метод консервування є одним з найбільш поширених та за оптимальних умов здійснення процесу заморожування забезпечує високий ступінь збереження споживних властивостей продуктів.

Однак процес заморожування призводить до кріопошкодження тканин м'ясної сировини. Вплив процесів заморожування і розморожування на якість м'ясної сировини провідні вчені та дослідники пояснюють з позиції теорії кристалізації води, що призводить до зміни теплофізичних, структурно-механічних, функціонально-технологічних та інших характеристик системи [3]. Серед великої кількості технологічних факторів, що визначають якість заморожених м'ясних напівфабрикатів, вирішальна роль належить умовам заморожування (температура, швидкість руху охолоджувального середовища) і характеристиці об'єкта заморожування.

Найбільш вагомі чинники, що зумовлюють пошкодження м'ясної сировини під час заморожування, пов'язані з фазовими і фазово-структурними перетвореннями. Ступінь пошкодження залежить від кінетики кристалізації і росту кристалів, їх форми і розміру, характеру розподілу рідини в кристалічній матриці, інтенсивності рекристалізації тощо [2]. Масова частка вологи, що вимерзає у продукті, залежить від її загального вмісту, форми та міцності зв'язку зі структурними елементами, температури заморожування тощо. Виморожування рідкої фази м'ясної сировини призводить до збільшення концентрації сухих речовин, що збільшує ймовірність різних небажаних реакцій. Відповідно, зниження кількості вимороженої води повинно знижувати інтенсивність необоротних процесів.

Процес виморожування води являє собою процес перетворення рідини в кристалічний стан, а його сутність виражається в переході від структури рідини до структури твердої кристалічної речовини. Особливості взаєморозташування молекул води у структурі льоду зумовлені наявністю водневих зв'язків. Також на структуру кристалів льоду впливають розчинені речовини. Так, структурний стан води має безпосередній вплив на процеси льодоутворення, які, в свою чергу, визначають найбільш важливі якісні характеристики м'ясних заморожених напівфабрикатів.

Запобігти пошкодженню тканин м'ясної сировини в результаті дії низьких температур в процесі заморожування можливо шляхом використання харчових інгредієнтів, які нівелюють негативні наслідки процесу кристалізації. До таких харчових інгредієнтів можна віднести харчові добавки полісахаридної природи, зокрема гідроколоїди. Гідроколоїди, або гідрофільні колоїди являють собою органічні сполуки різного походження (тваринного, рослинного або мікробіологічного), які за своєю природою найчастіше є полісахаридами зі складною хімічною структурою. Молекули гідроколоїдів є лінійними або розгалуженими полімерними ланцюгами, згорнутими в клубки. Наявність великої кількості гідроксильних груп помітно збільшує їх здатність зв'язувати молекули води та утворювати в'язкі дисперсії і/або гелі при диспергуванні у середовищі, що містить вільну вологу [4].

Гідроколоїди широко використовуються у всіх галузях харчової промисловості, виконуючи при цьому різні функції: підвищення в'язкості, гелеутворення, плівкоутворення, піноутворення, поліпшення стабільності при нагріванні, поліпшення стабільності при заморо- жуванні-відтаванні, запобігання росту кристалів, інкапсулювання. Однак не всі гідроколоїди функціонують однаково за різних значень pH та концентрацій електролітів, термічній обробці, мають неоднакову стійкість при зберіганні тощо. Отже, перше завдання, яке стоїть перед виробниками, є вибір найбільш оптимального гідроколоїду з огляду на мету його використання, а зробити цей вибір досить проблематично, враховуючи їх різноманітність на ринку.

При виборі гідроколоїду необхідно керуватися такими критеріями:

функціонально-технологічні властивості гідроколоїду в кінцевому харчовому продукті (необхідно визначитися із текстурою, яку вимагає кінцевий продукт і тою, яку надає гідроколоїд);

механізм дії гідроколоїду і фактори, які впливають на нього (більшість гідроколоїдів поставляються у вигляді порошків, а максимальна функціональність гідроколоїдів в більшості випадках досягається при повному його розчиненні; при їх розчиненні, температура розчинника, а також наявність інших інгредієнтів будуть впливати (потенційно як позитивно, так і негативно) на розчинність);

сфера використання (гідроколоїди можуть бути використані як поодиноко, так і в різних комбінаціях, при цьому кінцевий результат буде різним);

джерело отримання гідроколоїду [5].

Механізм дії гідроколоїдів в технологіях м'ясних заморожених напівфабрикатів ґрунтується на зниженні рухливості води і утворенні кристалів льоду менших розмірів і в більшій кількості. Це ймовірно буде призводити до зменшення ступеня пошкодження м'ясних волокон, зниження кількості вимороженої води, зменшенню втрат при заморожу ванн і- розморожуванні і тепловому обробленні [4].

Розв'язання проблеми регулювання процесу кристалізації у м'ясних системах залишається актуальним і потребує подальших досліджень щодо розуміння ролі харчових добавок та інгредієнтів, закономірностей зміни їх властивостей під впливом технологічних факторів.

Мета досліджень

Метою досліджень стало вивчення властивостей водних розчинів гідроколоїдів під час заморожування-розморожування для цілеспрямованого використання у технологіях м'ясних заморожених посічених напівфабрикатів.

Методика досліджень

Як предмети дослідження обрано: к-карагінан, і-карагінан, альгінат натрію, карбоксиметилцелюлозу (КМЦ), метилцелюлозу (МЦ), камеді, а саме ксантану, гуару, ріжкового дерева і тари, показники якості та безпечності, відповідно до вимог діючих в Україні нормативних документів.

Ступінь прояву фізико-хімічних та функціонально-технологічних властивостей даних добавок і рівномірність їх розподілу в структурі м'язової тканини залежить від їх концентрації. Тому, залежно від концентрації гідроколоїдів, проведено дослідження з визначення в'язкості їх розчинів під час заморожування-розморожування, температури початку кристалізації, діапазонів температур льодоутворення і плавлення вимороженої води, масової частки вимороженої води.

Дослідження ефективної в'язкості проводили за допомогою ротаційного віскозиметра сталої напруги зсуву ВПН-0,2М за швидкості зсуву 50...250 с-1. Для кріоскопічних досліджень використовували низькотемпературний калориметр. Діапазони температур льодоутворення і плавлення, а також масову частку вимороженої вологи визначали за методикою, яка ґрунтується на вимірюванні кількості теплоти, що виділяється під час кристалізації вільної вологи в системі. Добавки досліджували у вигляді водних розчинів з концентраціями 0,1... 1 %.

Результати досліджень

Проведені дослідження впливу заморожування- розморожування на в'язкість розчинів різної концентрації гідроколоїдів дають змогу стверджувати, що заморожування впливає на показники в'язкості всіх розчинів гідроколоїдів та не впливає на характер рідин. Для отриманих кривих при збільшенні швидкості зсуву настає уповільнене з часом зменшення в'язкості, що характерно для тиксотропних рідин.

Висновки

2. Пак АО. Вплив композиції кріопротекторної дії на кількість вимороженої вологи у м'ясних січених напівфабрикатів / А.О. Пак, М.О. Янчева, Ю.В. Яковлева // Тематичний збірник наукових праць Донец, нац. ун-т економіки і торговлі ім. М. Туган-Барановського. -- 2011. -- Вип. 27. -- С. 281--286.

3. Пушкарь Н.С. Введение в криобиологию / Н.С. Пушкарь. -- К.: Наукова думка, 1975. -- 343 с.

4. Филлипс Г.О. Справочник по гидроколлоидам / Г.О. Филлипс, П.А. Вильямс; пер. с англ, под ред. А.А. Кочетковой, Л.А. Сарафановой. -- СПб. : ГИОРД, 2006. -- 536 с.

5. Hollingworth C.S. Hydrocolloids -- How to choose? // Brenntag Food & Nutrition Europe. -- 2011. -- № 1. -- P. 2--9.