Якісні оцінки реологічних властивостей розчинів камедей та ксантану для створення низькокалорійних продуктів харчування

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стаття з теми:

Якісні оцінки реологічних властивостей розчинів камедей та ксантану для створення низькокалорійних продуктів харчування

Скропишева Олена Віталівна кандидат технічних наук, доцент кафедри хімічних технологій, експертизи та безпеки харчової продукції Херсонський національний технічний університет

Гнідець Василь Петрович кандидат хімічних наук, доцент кафедри хімічних технологій, експертизи та безпеки харчової продукції Херсонський національний технічний університет

Кулігін Михайло Львович доктор технічних наук, доцент кафедри хімічних технологій, експертизи та безпеки харчової продукції Херсонський національний технічний університет

Summaru

QUALITY ASSESSMENTS OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF CANDIDES AND XANTANES FOR SOLVING NITROGEN FOOD PRODUCTS

Skropysheva Olena Vitalivna candidate of technical sciences, associate professor Department of Chemical Technology, Expertise and Food Safety Kherson National Technical University

Hnidets Vasyl Petrovich Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor Department of Chemical Technology, Expertise and Food Safety Kherson National Technical University

Kuligin Mikhail Lvovich Doctor of Technical Sciences, Associate Professor Department of Chemical Technology, Expertise and Food Safety Kherson National Technical University

The rheological and thixotropic properties of gum solutions and the synergistic effect of the use of gum compositions with the purpose of creating low-calorie food products are investigated. The influence of technological conditions (temperature, pH) on their properties was studied. The rheological dependences of the viscosity of solutions on the qualitative and quantitative composition of the compositions and technological conditions are constructed. It is determined that the use of gum compositions opens prospects for the creation of low- calorie products.

Keywords: rheological properties, thixotropic properties, xanthan, guar gum.

Анотація

В статті досліджено реологічні та тиксотропні властивості розчинів камедей та синергічний ефект від використання композицій камедей з метою створення низькокалорійних продуктів харчування. Досліджено вплив технологічних умов (температури, рН середовища) на їх властивості. Побудовано реологічні залежності в'язкості розчинів від якісного і кількісного складу композицій та технологічних умов. Визначено, що використання композицій камедей відкриває широкі перспективи створення низькокалорійних продуктів харчування.

Ключові слова: реологічні властивості, тиксотропні властивості, гуарова камідь, ксантан.

Аннотация

В статье исследованы реологические и тиксотропные свойства растворов камедей и синергический эффект от использования композиций камедей с целью создания низкокалорийных продуктов питания. Исследовано влияние технологических условий (температуры, рН среды) на их свойства. Построено реологические зависимости вязкости растворов от качественного и количественного состава композиций и технологических условий. Определено, что использование композиций камедей открывает широкие перспективы создания низкокалорийных продуктов питания.

Ключевые слова: реологические свойства, тиксотропные свойства, гуаровая камедь, ксантан.

Постановка проблеми

Останнім часом з урахуванням вимог науки про харчування отримало інтенсивний розвиток виробництво низькокалорійних продуктів та продуктів для людей, які страждають рядом захворювань (в першу чергу цукровим діабетом). Це зумовило розширення випуску продуктів зі зниженою харчовою та енергетичною цінністю за рахунок заміни компонентів харчових продуктів (на приклад крохмалю) речовинами, які дозволяють знизити вміст жирів та вуглеводів без погіршення органолептичних та смакових властивостей продукту. Широкі перспективи в цьому напряму відкривають харчові добавки, а саме речовини, що змінюють структуру та фізико-хімічні властивості харчових продуктів [1, с.179; 2, с.43; 3, с. 93; 4, с. 185]. Це, зокрема, загусники і гелеутворювачі.

Аналіз останніх досліджень і публікацій

Харчові загусники - це харчові добавки, здатні підвищити в'язкість харчового продукту. Вони зберігають і поліпшують структуру харчового продукту, дозволяють отримувати продукти з потрібною консистенцією, що покращує смакове сприйняття (так званий ефект mouthfeel). Завдяки здатності збільшувати в'язкість водних середовищ загусники стабілізують дисперсні системи: суспензії, емульсії та піни.

Загусники є гідро колоїдами. Їх молекули завдяки особливостям своєї структури і численним полярним групам, особливо гідроксильним, додані до харчового продукту, вступають у взаємодію з наявною в ньому водою. Полярні молекули води розташовуються при цьому навколо полярних груп загусника [1, с.179].

Завдяки сольватації, яка часто супроводжується розкручуванням молекули, рухливість молекул води обмежується, а в'язкість розчину зростає. Макромолекули, які при набуханні частково або повністю переходять у витягнутий стан, найбільшою мірою збільшують в'язкість, так як гідродинамічний опір довгих витягнутих полімерних ланцюгів є найбільшим. В'язкість зростає експоненціально зі збільшенням довжини ланцюга.

Найпоширенішу групу загусників складають полісахариди, які є продуктами поліконденсації вуглеводів і побудовані із залишків моносахаридів. У рослинах вуглеводи утворюються із вуглекислого газу і води за рахунок реакції фотосинтезу. Тваринний організм не здатний сам до фотосинтезу вуглеводів і тому повністю залежить від рослин як постачальників вуглеводного харчування. Мікроорганізми, за деяким винятком, теж не здатні до фотосинтезу вуглеводів і змушені отримувати цей вид харчування із зовнішнього середовища. Полісахариди - обов'язкові компоненти всіх організмів і є переважаючим матеріалом рослинного світу. Саме тому вони становлять основну масу органічної речовини на землі, за винятком «мінеральної» органіки (нафта і газ) [5, с.127; 6, с.158].

За своїм походженням камеді поділяють на ботанічні та мікробні. До ботанічних відносяться такі камеді як камідь карайі, гхатті, гуарова камідь, камідь ріжкового дерева, аравійська камідь (гуміарабік).

Мікробні полісахариди - це ксантанова і гелланова камеді. Хімічний склад камедей неоднорідний: вони відносяться до гетерополісахаридів (гексозани, пентазани, поліуроніди).

Виділення невирішених частин проблеми. Найбільшу популярність отримали продукти на основі ксантану, позаклітинного полісахариду бактерії Xanthomonas Campestris, що випускаються під різними торговими марками: Кйойоро1-23Р, Zibozan, Flowzan, Flo-Vis та ін. Ксантан (ксантанова смола, ксантанова камедь, ксантанова гума) виробляється мікробіологічним способом в гідро-карбонатному середовищі з добавкою протеїну і неорганічного азоту [7, с.4]. Цей біополімер - позаклітинний полісахарид, що утворюється на поверхні бактерії. Зброджене живильне середовище пастеризують для видалення мікробів, осаджують спиртом або очищують методом мікрофільтрації .

Камеді мають натуральну рослинну природу і можуть додаватися до великого спектру харчових продуктів для стабілізації харчових систем та покращення їх зовнішнього вигляду [2, с.51]. Крім того, зважаючи на природне походження та відсутність негативного впливу на організм людини, камеді можуть використовуватися для виробництва низки харчових продуктів, зокрема низькокалорійних, а також у фармакології.

Камеді можуть використовуватися при виробництві майонезі та інших емульгованих соусів, маргарину, морозива, кетчупу і аналогічних продуктів, білково-жирових емульсій, ліверно-паштетних виробів, варених ковбас [2, с.51; 8, 5; 9, с.4]. Ксантанову камедь, що має ніжний маслянично-вершковий смак, доцільно додавати в дієтичні продукти з низьким вмістом жиру.

Формулювання цілей статті. Дослідити реологічні та тиксотропні властивості розчинів камедей та синергічний ефект від використання композицій гуарової камеді та камеді ксантану з метою створення низькокалорійних харчових продуктів.

Матеріали і методи. Реологічні властивості розчинів гуарової камеді та камеді ксантану [7, с.4 ] і їх сумішей визначали на ротаційному віскозиметрі «Реотест 2» [10, с.55; 11, с.85;].

Виклад основного матеріалу

Соус (від фр. Sauce - підлива) - рідка приправа до основної страви і/або гарніру. Соуси надають більш соковиту консистенцію стравам і підвищують їх калорійність. Багато соусів містять спеції і смакові речовини, які діють збудливо на органи травлення; яскраве забарвлення соусів вигідно відтіняє колір основних продуктів страви.

Одним із найрозповсюдженіших соусів є томатний, який ще часто називають кетчупом. Такі соуси готуються на основі томатів і/або томатних продуктів з додаванням солі, цукру (або цукроза- мінників), прянощів і пряно-ароматичних рослин, з додаванням або без додавання овочів, фруктів, грибів, горіхів, рослинного масла, харчових кислот, загусників, стабілізаторів, барвників, харчових ароматизаторів, смако-ароматичних препаратів і консервантів.

Попередніми дослідженнями було встановлено [11, с.71], що томатна паста погано відновлює свою структуру після механічного втручання (перемішування) та не володіє тиксотропними властивостями. Введення в томатні соуси загусників сприяє стабілізації реологічних та тиксотропних властивостей продукту та забезпечує їх хороші споживчі властивості.

В той же час слід відзначити, що використання в якості загусника крохмалю призводить до підвищення калорійності соусів, відповідно і до підвищення калорійності страв до яких вони додаються. З метою вирішення цієї проблеми є доцільним використання в якості загусників сполук, що не підвищують енергетичної цінності продукту, а саме камедей.

Відомо, що головною характеристикою желюючої здатності камедей є структурна в'язкість отриманих водних гелів. Тому метою роботи було дослідження залежності структурної в'язкості дисперсних систем на основі ксантану від його концентрації. Крім того, важливо було перевірити, чи володіють ксантанові розчини тиксотропними властивостями, тобто здатністю відновлювати початкову структуру, зруйновану механічною дією. Для дослідження були приготовані зразки з різною концентрацією досліджуваного загусника - ксантанової камеді (табл. 1).

Таблиця 1 - Органолептичні властивості розчинів ксантану

Як видно з даних таблиці 1, pH всіх експериментальних зразків лишалася незмінною і дорівнювала - 6, але зовнішній вигляд зразків змінювався з підвищенням концентрації ксантану. Зразки 1-2 були недостатньо густими, а зразок 12 представляв собою густу грудкоподібну маса, яка мала високу в'язкість, але була занадто липкою, утворювала плівку, тому для подальшого дослідження його не брали.

Крім органолептичних показників приготованих розчинів було досліджено також їх реологічні властивості. Результати досліджень реологічних властивостей ксантанових розчинів різної концентрації від величини швидкості зсуву у логарифмічних координатах представлені на рис. 1-4.

Як видно в'язкість досліджуваних зразків збільшувалася із зростанням концентрації загусника, причому дані зразки мали гарні споживчі характеристики - добре і легко наносилися і намазувалися, не були липкими і не розшаровувалися при зберіганні. В стані спокою молекули ксантану швидко відновлювали первинну просторову полімерну структуру, а отже здатні забезпечувати харчовим системам постійну в'язкість.

В той же час, використання концентрації ксантану вище 1,5 % призводить до проявлення псевдо-пластичної рідинної реології - властивості, за якої в'язкість рідини зменшується при збільшенні зусилля зсуву. Крім того підвищення концентрації супроводжується здорожчанням кінцевого продукту. Отже використовувати концентрацію ксантана вище 1,5 % недоцільно.

Очевидно, що консистенція згущенного продукту повинна якомога менше залежати від температури. У більшості випадків підвищення або сильне пониження температури призводить до значного погіршення реологічних показників. Результати досліджень впливу технологічних операцій та рН на реологічні властивості 1% ксантанових розчинів від величини швидкості зсуву у логарифмічних координатах представлені на рис. 7-8.

Як видно з наведених рис. 5-8 гелі на основі ксантану володіють стабільною в'язкістю та здатністю відновлювати свою структуру після механічного втручання, практично нечутливі до зміни температури і добре переносять цикли «заморожування-розморожування» (-18°С) та пастеризацію (92°С). Крім того в'язкість камеді зберігається при досить значній зміні рН середовища. Максимальну в'язкість можна отримати при доведенні рН до рівня 6,О-7,0.

Один з найбільш ефективних підходів до створення високоактивних, селективних, функціональних систем в технології харчових продуктів це використання ефекту синергізму [13, с.142; 14, с.149].

Синергізм або синергічний ефект - це взаємодія двох або більше факторів, що характеризується тим, що їх спільна дія істотно перевершує ефект кожного компонента окремо (примножуючий ефект). Синергізм компонентів харчових систем може проявлятися простим підсумовуванням або потенціонуванням ефектів. Ефект підсумовування (адитивний) спостерігається при простому додаванні окремих ефектів кожного з компонентів. Якщо при введенні декількох речовин їх загальний ефект перевищує (іноді істотно) суму ефектів окремих речовин, це свідчить про потенціювання (істинний синергізм).

Відомо, що більшість гідроколоїдів володіють синергізмом по відношенню один до одного, тобто при комплексному використанні здатні посилювати індивідуально притаманні властивості. Ксантанова камедь проявляє синергізм по відношенню до більшості загусників і структуроутворювачів.

Результати досліджень сумішей різного складу на основі розчинів гуарової та ксантанової камедей на їх реологічні властивості представлені на рис. 9 -12.

Як бачимо з наведених даних, гуарова камідь, як і ксантанова, має стабільну в'язкість та здатність відновлювати свою структуру після механічного втручання. 1%-ий розчин суміші гуару та ксантану у співвідношенні 1:1 є досить в'язким та пластичним, 1%-ий розчин суміші гуару та ксантану у співвідношенні 2:1 є в'язким та псевдопластичним, проте здатність відновлювати свою структуру після механічного втручання нижча, аніж у суміші 1%-го розчину камедей у співвідношенні 1:1.

Висновки

В результаті проведених досліджень було встановлено, що:

Гелі на основі ксантану мають стабільну в'язкість і здатні відновлювати свою структуру після перемішування, практично нечутливі до зміни рН і добре переносять цикли «заморожування-розморожування» (-18°С) та пастеризацію (92°С).

В'язкість досліджуваних зразків збільшувалася із зростанням концентрації загусника і зберігається при значній зміні рН середовища. Максимальну в'язкість можна отримати при рН 6,0-7,0. В стані спокою молекули ксантану швидко відновлювали первинну просторову полімерну структуру, а отже здатні забезпечувати харчовим системам високу кінцеву в'язкість.

сприяє підвищенню в'язкості.

Ксантанова камідь проявляє найкращі синергічні властивості у суміші із гуаровою камеддю при концентрації 1% і співвідношенні 1:1. Таким чином показана можливість використання 1%-вих розчинів ксантанової камеді в суміші з гуаровою у співвідношенні 1:1 для приготування томатних соусів та кетчупів.

Список літератури

в'язкість розчин синергізм камедь

1. Dickinson E. Microgels - An alternative colloidal ingredient for stabilization of food emulsions // Trends in Food Science & Technology. 2015. Т. 43, №С. 178-188.

2. Ферт К. Уайтхауз М. Выбор и использование гидроколлоидов // Пищевая промышленность. 2008. № 10. С. 76.

3. Novel food processing: effects on rheological and functional properties / Ahmed J. et al. (ed.). CRC Press, 2016. 168 с.

4. Антоненко А., Кравченко М. Оцінка безпечності соусної продукції // Товари і ринки. 2010. № 1. С. 184-188.

5. Кочетков Н.К. Химия природных соединений: углеводы, нуклеотиды, стероиды, белки / Н.К. Кочетков, И.В.Торгов, М.М. Ботвинник. - М.: Химия, 1961.- 561 с.

6. Ластухін Ю.О. Хімія природних органічних сполук: Навч. посібник. - Львів: Національний університет «Львівська політехніка», «Інтелект-Захід», 2005. - 560 с.

7. ГОСТ 33333-2015 Добавки пищевые. Камедь ксантановая Е415. Технические условия.

8. ГОСТ 17471-90 Соусы томатные. Технические условия.

9. ГОСТ 32063-2013 Кетчупы. Общие технические условия.

10. Реологічні методи дослідження сировини та харчових продуктів та автоматизація розрахунків реологічних характеристик: метод. посібник / Горальчук А.Б. та ін. Харків: ХДУХТ, 2006. 63 с.

11. Черевко О.І., Реологія в процесах виробництва харчових продуктів: навч. посібник: у 2 ч. Ч. 1. Класифікація та характеристика не ньютонівських рідин/[О.І. Черевко, В.М. Михайлов, В.І. Маяк, О.А. Маяк]; Харк. держ. ун-т харчування та торгівлі. - Х.: ХДУХТ, 2014. - 244 с.

12. Карпова Я.О. Дослідження синергічного ефекту при використанні композицій камедей / О.В. Скропишева, В.П. Гнідець, М.Л. Кулігін: Матеріали ІІ Всеукраїнської наукової конференції [«Стан і перспективи розвитку хімічної, харчової та парфумерно-косметичної галузей промисловості»], (Херсон, 22 - 23 травня 2018 р. - С. 70-72.

13. Control of viscosity in starch and polysaccharide solutions with ultrasound after gelatinization / Iida Y. et al. // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2008. Т. 9, № 2. С. 140-146.

14. Дослідження основних фізико-хімічних властивостей набухаючих видів крохмалю / Пічкур В.Я. та ін. // Наукові праці ОНаХт. 2014. Т. 2, № 46. С. 148-152.

Размещено на Allbest.ru