Комплексное аналитико-технологическое исследование производства и качества новых видов желированных пищевых продуктов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

ВСЕРОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

н-г-од-----——

На правах рукописи

, Ч Г"0.

1 7 и;-.а

ИБРАГИМОВА НАДИЯТ УЛУХАНОВНА

КОМПЛЕКСНОЕ АНАЛИТИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА И КАЧЕСТВА НОВЫХ ВИДОВ ЖЕЛИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

02. 00. 02 — Аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва — 1993

Работа выполнена на кафедре химии Дагестанского политехнического института и в лаборатории структурных исследований полимеров Института элементоорганических соединений им. акад. А. Н. Несмеянова РАН.

Научные руководители — член-корреспондент РАТН, доктор химических наук, профессор М-3. В. Вагабов:

— кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Е. М.Белавцева.

Научный консультант — заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор химических наук, профессор Ю. А. Клячко.

Официальные оппоненты — доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Е. Е. Браудо; кандидат технических наук, доцент 10. С. Чедаева.

Ведущая организация — Московская академия прикладной бнотехпологпп.

Защита состоится » Ц1СОЛ_ 1993 г. в.

сов на заседании специализированного Совета К. 063.45.02. во Всероссийском заочном институте пищевой промышленности (Москва, Ж-4, ул. Земляной вал, д. 73).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института (Ульяновская ул. д. 32).

Автореферат разослан ___1993!'.

Ученый секретарь Спецсовета, кандидат химических наук, доцент

Касьяненко Г. Р.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Перед отраслями пищевой и перерабатывающей промышленности стоит задача применения нового поколения пищевых технологий с использованием новейших физико-химических и биологических методов и создания на этой основе высококачественных продуктов питания с заданным составом н свойствами, повышенной биологической ценностью, с обеспечением методами аналитического контроля. Из-за сложности структуры желнрованной продукции трудно получить характеристику ее состояния и свойств путем измерения одного параметра и поэтому нет научно-обоснованной технологии производства сладких же-лированных изделий, имеющих достаточно длительный срок хранения. Весьма актуально использование цепного плодово-ягодного сырья, в том числе и дикорастущего, для изготовления высококачественных желированных продуктов на основе желатина.

Круглогодичное обеспечение пищевыми продуктами с гарантированным качеством — задача весьма актуальная. В связи с ее реализацией необходима разработка системы контроля показателей качества желированных пищевых продуктов, пользующихся повышенным спросом.

Цели и задачи исследования. Целью работы является:

1. Создание системы контроля показателей качества при производстве желированных пищевых систем.

2. Разработка технологии производства новых видов желированных продуктов, соответствующих разработанным показателям качества и сбалансированных по биологической ценности.

Для этого мы считали необходимым решить следующие задачи:

— разработать способ электронно-микроскопического исследования студией желатина в многокомпонентных системах как одного из главных методов непосредственного изучения этих специфических систем и выявить целесообразную структурную организацию;

— выявить закономерности и увязать данные электронно-микроскопических характеристик с результатами других методов исследования, в особенности мехамореологических свойств;

— установить корреляционную связь между данными физико-химического анализа различных сортов желатина, особенностями структурной организации гелевой системы и ее механическими свойствами;

— изучить физико-химические основы студнеобразования желатина в многокомпонентных системах и обосновать применение желатина в качестве студнеобразователя;

— изучить возможность использования местного и нетрадиционного видов сырья для производства желированных пищевых продуктов;

— изучить пищевую ценность исходных компонентов и готовых изделий и микробиологические показатели в зависимости от, условий и срока хранения;

— разработать в конечном счете научно-обоснованную технологию производства новых видов желированной продукции на основе желатина.

Научная новизна:

— впервые в растровом электронном микроскопе получена безартефактная структура гелей желатина п изучены возможности низкотемпературной приставки послойного исследования (РУПИК) к растровому электронному микроскопу РЭМ-ЮОУ.

— изучены и обоснованы условия применения криометода в РЭМ для выявления реальной структуры гелей желатина;

— выявлен новый .тип пищевых систем, который может быть исследован в РЭМ без артефактов;

— показано, что метод электронной микроскопии и метод тангенциально смещаемой пластинки могут быть использованы как фундаментальные методы контроля качества желированных продуктов;

— изучено студнеобразование многокомпонентных систем желатина и влияние различных физико-химических параметров на кинетику процесса;

— впервые разработаны рецептура и технологический регламент приготовления фруктовых' консервов желеобразной консистенции с использованием желатина и дикорастущих плодов и ягод;

— установлены условия хранения готовой продукции по микробиологическим показателям.

Практическая значимость работы. Разработаны методы аналитического контроля и оценки качественных характеристик желнрованных продуктов. На этой основе усовершенствована технология получения плодово-ягодного желе, разработана технология фруктовых консервов с использованием желатина, дикорастущих и культивируемых плодов и ягод.

Разработанные технологии производства желнрованных пищевых продуктов приняты к внедрению в 1993 г. па Московском желатиновом заводе. Разработанная система аналитического контроля качества желнрованных продуктов внедрена в лабораторный практикум для студентов технологического факультета Дагестанского политехнического института для специальности «Технология продовольственных продуктов».

Реализация результатов исследования. В лабораторных и производственных условиях изготовлены партии плодово-ягодного желе и фруктовых консервов. Результаты дегустаций выработанных изделий показали, что они имеют хорошие вкусовые и потребительские свойства и рекомендованы для промышленного производства (документы приложены к диссертации). На плодово-ягодное желе утверждена норма-тивно-техннческая документация: технические условия, технологическая инструкция и рецептура (ТУ Ю РСФСР 369-88 и ТУ Ю.14 40—90). Технология производства виноградного витаминизированного желе удостоена серебряной медали ВДНХ (1989 г.). По материалам исследования получено авторское свидетельство № 1692518 «Фруктовое желе и способ его приготовления» и три положительных решения о выдаче А. С.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на III Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания» (Москва, 1988), на И и III Региональных конференциях «Химики Северного Кавказа — народному хозяйству» (Грозный, 1989; Нальчик, ,1991 г.), на I п III региональных совещаниях по химическим реактивам (Махачкала, 1988 г.; Ташкент, 1990 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок» (Киев, 1991 г.), опубликованы в Межвузовском сборнике статей «Физико-химические методы анализа и контроля производства» (Махачкала, 1991 г.), доложены на Восьмом Симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (Москва, Черноголовка, 1993 г.).

¡Публикации. По результатам исследований опубликовано 17 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов и приложений. у , п

Диссертационная работа изложена ня /то гтр машинописного текста, содержит—<&^_таблнц,_/^-рисунков. Список литературы включает_¿¿^-.наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературы посвящен анализу механизмов струк-турообразования в гелях желатина, методам исследования процесса. Показано, что структура — потребительское свойство желированных продуктов; обосновывается целесообразность создания желированных пищевых продуктов, сбалансированных по биологической ценности. Показана перспективность применения местного и нетрадиционного видов сырья в пищевой промышленности. Приведены сведения по пищевой ценности желированных пищевых продуктов, обосновывается необходимость разработки комплексных методов контроля показателей качества, как одной из важных задач аналитического контроля. На основании анализа литературных данных определены цели и сформулированы задачи исследования.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования использовались натуральные и концентрированные соки — виноградный, яблочный н сливовый сок с сахаром и мякотью, пищевой желатин, культивируемые и дикорастущие сорта плодов и ягод и выработанные желирован-ные изделия. Кроме того, в работе использованы: аскорбиновая, лимонная и сорбиновая кислоты, паста растворимого цикория, десертный продукт «Мед», ароматизирующие травы и умягченная вода. Были использованы физические и физико-химические методы определения основных показателен качества, принятые в пищевой промышленности и изложенные в соответствующих ГОСТах и руководствах по химико-технологическому контролю, Определение вязкости растворов желатина проводили вискозиметром ВПЖ-4 при 40°С (±0,5). Кинетику набухания желатина изучали, определяя степень набухания по уравнению: —У-р/шо. Значение шах нахо-

дили из графика зависимости = f ( ). Прочность студня устанавливали при помощи прибора Валента и па приборе 'Гарр-Беикера. Структурно-механические свойства гелей желатина как структурированной дисперсном системы, обнаруживающих упругость, исследовались методом тангенциально смещаемой пластинки на модифицированном приборе Вей-лера-Ребиидера.

Определение содержания свободных аминокислот проводили на автоматическом анализаторе аминокислот ААА-881 методом иоппообменпоп хроматографии. Общий анализ содержания макро- и микроэлементов проводили методом атомной абсорбции па спектрофотометре фирмы Hitachi (модель 180—80) и методом рентгепофлуоресцентного анализа (РФА) па энергодисперспонпом РФ-анализаторе ЕХ-2000. Для изучения состояния дисперсионной среды в гелях желатина был использован термический анализ с помощью прибора ИСК-индикатор кристаллизации.

Для исследования микроструктуры пищевых студней желатина применялся электронно-микроскопический метод с использованием РЭМ-ЮОУ с криопрнставкоп (РУПИК), а также растровый электронный микроскоп S-2500 (Япония).

Для сушки замороженных микрообъектов была использована вакуумная установка ВУП-2К.

Микробиологические показатели определяли согласно ТУ 28 РСФСР 25-84 и ГОСТ 10444.0-85; ГОСТ 10444.1-84; ГОСТ 10444.2-85; ГОСТ 10444.3-85; ГОСТ 10444.4-85; ГОСТ 10444. 12-85; ГОСТ 10444. 13-85.

Органолептическпе показатели определяли путем дегустационного анализа.

Разработка методов аналитического исследования сокосодержащих гелей желатина

В соответствии с конечными целями исследования — создание желированиых продуктов, сбалансированных но пищевой ценности, была впервые поставлена и решена в таком аспекте задача разработки и аналитического контроля научно обоснованных методов формирования структуры и качества предлагаемого продукта. Задача решалась в двух аспектах:

1) фундаментальный анализ и 2) экспрессный анализ.

В качестве фундаментальных методов анализа использованы: электронная микроскопия (морфологический анализ) и структурно-механический анализ (Вейлера-Ребнндера),

принципиальной основой исследования являлась при этом идея установления взаимосвязи между структурой и свойствами исследуемых объектов.

Электронно-микроскопическая часть работы представляла собой органическое развитие исследований, ранее проведенных под руководством Клячко и Белавцевой по созданию нового качественного и количественного анализа растворов высокомолекулярных соединений (работы С. И. Сенькевич, А. А. Олехнович, Т. А. Кабановой, М. А. Сологашвили).

Электронно-микроскопическое исследование подразделяется на три отдельных раздела:

1. Обоснование выбора препаративного метода для растровой электронной микроскопии пищевых систем.

2. Исследование структуры геля желатина низкой концентрации с помощью криогенной приставки к РЭМ-ШОУ.

3. Исследование структуры фруктово-ягодных желирован-ных систем с помощью метода замораживания-высушивания в растровом электронном микроскопе.

При электронно-микроскопическом исследовании водосо-держащих объектов возникают трудности, связанные с необходимостью удаления воды. Поэтому в настоящей работе ставились две основные задачи:

1. Изучение возможностей растровой электронной микроскопии (РЭМ) и разработка препаративной техники для аналитического контроля морфологической структуры и выявления реальной структуры гелей желатина, а также установления взаимосвязи структуры и свойств.

2. Поиск безартефактного метода с научным обоснованием препаративной техники пищевых объектов в РЭМ на примере гелей желатина 2,0—2,5% мае. многокомпонентных систем (фруктово-ягодное сырье и соки). Были использованы растровый электронный микроскоп 5-2500 и РЭМ-ЮОУ с крио-приставкой РУПИК.

В последние годы для изучения систем биополимер-вода в электронной микроскопии используются различные способы подготовки объекта. Наиболее распространенными являются сушка в критической точке (КТС) и метод замораживания-высушивания. Для обоснования правильности выбора безартефактной препаративной методики использовался метод термического анализа, предложенный Белавцевой и Че-мерисом и нашедший широкое признание в электронной микроскопии. Термический метод является прямым методом определения кристаллизации льда в электронно-микроскопическом объекте. По термограмме можно определить наличие или отсутствие кристаллов в объекте. Термограммы получе-

ны с помощью высокочувствительного осциллографа. Термопара помещается в центр капли. Выделение теплоты кристаллизации регистрируется (осциллографом) термограммой, что выражается изменением наклона кривой и образованием «плато». Анализ полученных результатов (рис. 1а) показал, что гели желатина низкой концентрации (2,5%-ные водные гели) не могут быть исследованы в РЭМ методом замораживания-высушивания, так как этот метод требует сублимации пьда при температуре минус 80°С. При быстром заморажи-зании (100 град/с) 2,5%-ного геля желатина возникают мелкие кристаллики льда, которые при повышении температуры /крупняются и искажают структуру геля, при этом возникает структура с крупными ячейками, т. е. артефактная структура.

Важным моментом методики препарирования на РЭМ яв-чяется исключение переноса образца нз хладоагента по воздуху: нагрев замороженного образца, как показали результаты термического анализа, приводит к артефактам. По-

:кольку температура рекристаллизации 2,5%-ного геля же-татина (замороженного) достигает минус 120—130°С, то избежать артефактов можно, если проводить изучение структуры геля желатина при низкой температуре (минус 150°С). Тоэтому для выявления реальной структуры геля желатина шзкой концентрации использовалась специальная криоген-1ая приставка, разработанная Сумским ПО «Электрон» совместно с ИНЭОС.

Криоприставка РУПИК. монтируется к растровому элек-■ронному микроскопу РЭМ-ЮОУ. Криоприставка позволяет фоизводить послойное исследование замороженного объекта ! колонке микроскопа с помощью вмонтированного в нее срномикротома с охлаждаемым ножом. В колонке РЭМ на юверхность мнкрообъекта наносится тонкий слой золота с юмощыо лазерной установки.

а — 2,5%-ного водного геля желатина; б — виноградного желе (содержание желатина — 2.5%мас.);

в—размораживание виноградного желе

а б

Рис. 2 Электронная микрофотография 2,5%-ного водного геля желатина на РЭМ-ШОУ: а—с криоприставкой РУПИК (при 1 — 150°С, х 30000); б —без криоприставки РУПИК методом 3 В х 4000

В результате исследования 2,5%-пого водного геля желатина на РЭМ-100У с крноприставкои РУПИК получена истинная, безартефактная микроструктура (рис. 2, а). Как видно из рис. 2, а, кристаллики льда, находящиеся в ячейках, очень мелкие (менее 10 им) и поэтому видна фактическая структура геля.

Электронная микрофотография, полученная в РЭМ-100У с крноприставкои РУПИК показала (рис. 2, а), что гели желатина представляют собой сетчатую структуру, имеющие размер ячеек 200—300 им, что совпадает с данными, полученными методом негативного контрастирования.

Таким образом, установлено, что реальную картину структуры гелей желатина можно получить лишь в том случае, если быстрозамороженный образец исследуется при температуре минус 150°С, а поверхность сю покрьиа тонким металлическим слоем.

Для систем с большей концентрацией сухих веществ (желе, джем, концентрированные соки) с помощью данных термического анализа обоснован режим криогенного препарирования систем: замораживания-высушивания (включая г кол). Метод позволяет избежать артефактов препарирования. Анализ термограмм показал, что для концентрированных систем при быстром замораживании кристаллики льда не образуются (рис. 1,6). Также не наблюдается кристаллизация и рекристаллизация при повышении температуры замороженного образца до минус 80°С (рис. 1, в).

Согласно стандартной методике замораживания-высуши-зания, сублимацию льда производят при температуре минус В0°С. Следовательно, в отличие от низкоконцентрированных :истем изучение концентрированных систем в растровом электронном микроскопе при использовании препаративной летоднки 3.—В. не приводит к возникновению артефактов. Толученные микрофотографии, приведенные в работе, под- . -верждают этот вывод. На снимках не было обнаружено яче-(стой структуры, которая является типичным артефактом :риогенного метода.

Логически и технически связанным с электронной микрокопией является рентгенофлуоресцентный элементный апа-1нз дисперсионной среды гелей на содержание токсических фимесей в продукте.

Результаты РФА представлены в виде РФ-спектров 'рис. 3). РФ-спектры показали, что как. в соках, так и в же-шрованных изделиях содержатся: К, Са, Си, Fe, Р п другие 1акро- и микроэлементы. Показано, что в жестяной таре зруктовые консервы желеобразной консистенции с использо-

ванием желатина можно хранить без потери пищевой ценности до шести месяцев. Данные РФ-анализа показывают отсутствие олова в пищевых системах, хотя в таре оно содержится.

Рис. 3. РФ-спектр виноградного желе: Система: виноградный сок — 2,5% желатина

Рис. 4. Кинетика студнеобразовамия гелей желатина

в различных системах: 1 — желатин—фруктовое сырье - сахароза; 2 — желатин--сок; 3—желатин-вода

ТАБЛИЦА 1

Зависимость продолжительности застудневания и прочности виноградного желе от концентрации желатина и варианта пастеризации его растворов (^аст. Ю±2°С, РЬ-3,50)

Содержание желатина в желе, % мае.

Содержание сухих веществ в желе, % мае.

Продолжительность застудневания, мин.

Предельное напряжение сдвига, Рк, г/см2

Совместная пастеризация желатина и соковой основы

2,0 ■2,2 2/1

18,9 19,1 19,3

100 ±5,0 90±4,0 80±4,0

12,8± 14,0± 19,3±

1,0 1,0 1,2

Раздельная пастеризация желатина и соковой основы

2,0 2,2 2,1

17,8 18,1 18,3

86±4,0 75±4,0 60±3,0 13

23,7± 24,9± 27,4±

1,5 1,5 1,5

С целью установления корреляции между особенностями Микроструктуры и показателями качества продукта, было изучено структурообразование гелей желатина в зависимости от особенностей технологического режима и рецептурных компонентов. Кинетику процесса изучали по измерению предельного напряжения сдвига. Моделями служили системы: желатин—вода; желатин—соки; желатин—фруктовое сырье-сахароза.

Для ускорения процесса приготовления, сохранения пищевой ценности и удлинения сроков хранения готового продукта, улучшения желпрующей способности желатина предложен вариант раздельной пастеризации водного раствора желатина, соковой основы, фруктового сырья с сахаром и последующее их купажирование. В этой связи необходимо предусмотреть в технологическом цикле производства желе-и желированных консервов пастеризатор для водного раствора желатина.

Взаимосвязь структуры и свойств пищевых гелей желатина

Для установления взаимосвязи между структурой и свойствами фруктовых гелей желатина были исследованы те характеристики технологического процесса, которые имели значение для повышения качества в усовершенствованной технологии.

Таблицы 1, 2, 3 и 5 показывают, что процесс парастанпя прочности студня идет во времени и тем быстрее, чем выше концентрация и молекулярная масса желатина и ниже температура формирования студня. Таблица 4 показывает, что индукционный период увеличивается с уменьшением концентрации желатина, повышением температуры и степени отклонения от изоэлектрической точки.

Рисунок 4 показывает, что процесс возрастания Рк в системе «желатин-фруктовое сырье-сахароза» и «желатин-сок» выше, чем в системе «желатин-вода», что объясняется многокомпонентным составом систем, который способствует уско" рению структурообразования. Таким образом, скорость структурообразования и прочность полученного геля можно регулировать, изменяя концентрацию дисперсной фазы и компонентный состав дисперсионной среды. Из таблицы 1 видно, что при равных условиях желе, полученное с использованием раздельной пастеризации, имеет лучшие показатели

структурообразования, чем желе, приготовленное по традиционной технологии, что можно объяснить за счет более «мягких» условий контактирования макромолекул желатина со слабо-кислой средой сока.

Анализ результатов позволяет заключить, что длительное воздействие высоких температур отрицательно сказывается на структурообразующей способности желатина, а микробиологическая стойкость продукта при этом повышается (табл. 2).

ТАБЛИЦА 2

Зависимость предельного напряжения сдвига от температуры и продолжительности термообработки раствора желатина (РЬ желе 3,7, 1заст. — 12±2°С; <£*заст. — 72 часа; С желатина — 2,4% мае)

^ о ^ о ^

70

80

90

100

о „, о £

С и

- 5 ьэ

о ко

О _

^ = П

> = ь

о

1)п:

С £

и о

о о

О г;

— О

О ^

о

О „ -

о °о ь =

= пю

О ° I о л

о К I -1

О. -3 СМ Ю 2

. о О <1 о

О

5 190 370 24,8 980

15 165 315 ;22,0 900

5 180 365 23,2 820

15 150 300 19,7 500

5 160 310 19,8 500

15 140 270 14,1 пет ростп

5 1 15 215 11.2 пет роста

15 40 70 7,0 ист ростп

Известно, что студнеобразованне как коллоидно-химическое явление, весьма чувствительно к скорости нагрева и охлаждения системы, т. е. носит ярко выраженный кинетический характер. Режим термообработки и охлаждения влияет на процесс структурообразования, па количества и качество и характер связей между полипептпдными цепочками при формировании структурной сетки геля. Показано

(табл. 3), что с увеличением рН от 2,8 до 6,8 прочность фруктового желе увеличивается до значения рН 5,6, затем— уменьшается. Продолжительность студнеобразования, соответственно, наименьшая при рН—5,6, а по обе стороны от этого значения — увеличивается.

ТАБЛИЦА 3

Кинетика студнеобразования гелей желатина при

различных значениях рН и содержания сухих веществ (массовая доля желатина в гелях 2,4%)

V Э" ~ та —■ со Массовая доля сухих веществ, % Прочность геля по Валента, Пв г Предельное напряжение сдвига Рк, г/см2 Е ^ та ¥ 1- а ; о 2 - 3 о = -о Е ч к 4 .п > з О с; н с: асов п' с ^

2.8 15 20 25 100±5 110±3,0 130±10,0 11,2+0,5 11,4+0,5 14,2+1,0 154±10 130+8 116+6

3,6 15 20 25 150+5,0 160+5,0 190+8,0 17,4+1,0 18,0+1,0 24,0+1,5 135+8 80+4,0 75±4,0

4,2 15 20 25 168±4,0 180+7,0 210+10,0 19,0+1,2 23,2+1,5 25,0+1,5 86+4,0 75+4,0 68+4,0

5.6 15 20 25 190+7,0 «230+10,0 254+8,0 -24,0+1,5 27,6+1,5 29,0+1,8 60+3.0 50+3,0 44+2,0

6,8 15 20 23 160+5,0 175+5,0 190+8,0 18,0+1,0 22,8+1,5 24,0±1,5 95+5,0 80+4,0 75 + 4,0

Изучение влияния режима охлаждения желирующего раствора на структурно-механические показатели фруктовых гелей желатина показало, что для всех концентраций чем ближе температура формирования геля к температуре геле-образования, тем прочнее сформировавшийся гель.

Продолжительность индукционного периода (мин.)

в гелях желатина многокомпонентных систем различной концентрации, рН среды и температуры

Концентрация желатина % мае. ■

ЗНАЧЕНИЕ рН

3,0 4,0

Температура застудневания, °С

5 \ 10 5 10

1,6 285 340 270 290

1.8 250 310 210 245

2.0 235 278 195 230

2,2 225 255 ' 180 210

2,4 212 243 172 *200

2,6 200 230 165 190

3,0 170 210 154 178

По-видимому, при «быстром» охлаждении не все макромолекулы желатина успевают совершить конформационный переход клубок-спираль н участвовать в формировании надмолекулярных структур геля. Выдержка образцов перед застудневанием при температуре 15—16°С дает положительный эффект.

Изменение величины Рк в зависимости от массовой доли желатина, температура застудневания и продолжительности хранения

г; —

S 5

< Н I

^ л £ ^ CJ üjo

I н «г

-j к:

zj х- —

f-1 h я

Предельное напряжение сдвига, Рк, г/см2

Температура хранения +2 - +5°С

24 ч.

72 Ч.

120 ч.

Температура хранения + 14--И6°С

24 ч.

72 ч.

120 ч.

0-2 10,2 14,5 16,6 10,0 10,0 17.4

2,0 10-12 11,6 15,8 18,2 10,8 1G.4 18.4

1G-18 12,5 17,2 19.8 11,G 17,3 19,9

0-2 12,4 16,8 18,0 12,0 15,6 18,8

2,2 10-12 13,2 18,4 20.4 12.6 16,5 20.6

1G-18 14,0 18,6 22,8 13.2 18,0 22,0

0-2 14.8 18,8 20,4 13,8 18,6 22,6

2,4 10-1G 15,2 20,4 24,6 14,4 21,2 24,0

1G-18 15,8 20,8 25.6 15,2 21,8 24.8

0-2 17,С 21,7 22,8 16,8 22.8 23,6

2,0 10-12 18,8 23,0 25,4 17,6 18,4 24,8

10-18 120,2 24.8 26,5 20,0 23,4 25,7

Из таблицы 5 видно, что оптимальной температурой охлаждения является 10±2°С. Таким образом, ускорению процесса структурообразованпя способствует повышение массовой доли и молекулярной массы желатина и СВ, щадящий режим обработки.

Установлено, что оптимальными режимами термообработки являются:

1) температура и продолжительность теплоной обработки полного раствора желатина и сока: 85—90°С в течение 5—10 минут и 80—9о°С в течение 5 минут, соответственно;

2) температура студнсобразоваппя: 10±2°С, продолжительность: 5—7 часов;

3) температура хранения,до реализации (+2) — (Ч-5)°С.

Для установления взаимосвязи структуры и свойств пищевых гелей считали 'необходимым установить корреляцию между результатами, полученными с помощью различных методов анализа. С этой иелыо были решены следующие задачи: 1) выявление структурной характеристики дисперсных систем: желатин—сок и желатин—фруктовое сырье—сахароза; 2) установление основных различий в микроструктуре образцов, отличающихся технологией и рецептурой.

Исходя из положения, что термообработка — ключевая технологическая операция, определяющая структурообразо-г.ание гелей, в работе используется вариант раздельной пастеризации водного раствора :желатина и фруктово-ягодпого сырья с сахаром. Структура фруктовых гелей желатина исследовалась для шести образцов желе и двух образцов джема.

Анализ полученных микрофотографий с различным увеличением показывает, что особенностью пищевых гелей является сложность и структурная гетерогенность. Из микрофотографии, полученных в РЭМ можно сделать вывод, что структура пищевых гелей желатина представляет собой сетку, образованную фибриллами геля желатина с ячейками размером 200—500 им. Общая микроструктура фруктового геля такова, что весь объем представляет сетку желатина, ячейки которой заполнены раствором-соком, вследствие чего они не создают рельефа.

В отдельных местах сетка разрывается на границе с включениями и поэтому сетку желатина удается увидеть лишь па отдельных участках, в местах контакта геля с включениями. Исследована природа включений: это могут быть как нераст-воренные частицы, так и агрегаты растворенных макромолекул сока-сахара, белки и другие. Морфологическая структура систем желе, полученных по традиционной технологии — совместной пастеризации желатина и соковой основы и по предлагаемой технологии, различна. Для первого случая характерно множество мелких включений, следовательно, разрывов (дефектов) сетки, а для второго — значительно мень ше включений, но они крупнее.

Корреляционная связь между физико-химическими показателями желатина, качественными показателями и микроструктурой виноградного желе

Показатели качества и характе-' ристика структурной организации

Физико-химические показатели желатина

св

Н

и

" и

а)

: к л

5 " о •

5 " ы

и: ¡г сп

с га -о

Я с. х<

I <и > О) о

| Н с; СО

О о=-о. о с = со

* 5 Й <° % К о го я м я и к ¥

О

■ со

га ^ а с . о к, ,

с га - О

2 а = о

а > а; сч

н I- с; со

о о ^

Э 2 §

ж

га ш Е К <и га В И

¡3 и

™ си

и

. и

л со н <м

га ей

о га г

а> ч к У

с с = ?_

Я -

<и га а> см

Н с- п со

а о оо с = ю

1. Прочность ПО Валента. г

2. Предельное напряжение сдвига, г/см2

3. Продолжительность застудневания, мин.

4. Консистенция

5. Характеристика структурной организации геля

75±6,0

9,3±0,6

290±10,0

Слабожелированная, плохо сохраняет форму при извлечении; при разрезании ножом не образует четкой грани

Микроструктура характеризуется наличием множества мелких включений и разрывов; «пустоты» — мелкие. Ячейки отсутствуют. Термограмма без «плато»

12,4±0,8

12,|2±0,6

158±8,0

Студнеобразная, сохраняет форму при извлечении; при разрезании ножом не образует четкой грани

Микроструктура характеризуется наличием большого количества мелких разрывов; «пустоты» — мелкие. Ячейки отсутствуют. Термограмма без плато __

13,5±1.2

13,2±1,0

120±6

Студнеобразная, сохраняет форму на горизонтальной поверхности; при разрезании ножом образует четкие грани"

Микроструктура характеризуется наличием редких, но более крупных включений, разрывов и «пустот». Ячейки-отсутствуют. Термограмма без «плато».

о о

X <м

Необходимо отметить наличие «пустот» в структуре исследованных пищевых систем. Эти «пустоты» различных размеров от 10 до сотен мкм. Причем система, полученная по усовершенствованной технологии, характеризуется меньшим количеством «пустот», а по традиционной технологии — характеризуется большим количеством мелких «пустот». Природа «пустот», по-видимому, в том, что они являются либо каплями воды, либо пузырьками газа. Можно полагать, что замороженная вода после сублимации оставляет структуры типа «пустот» или «пор».

Можно сказать, что корреляция между структурой и свойствами характеризуется двумя факторами — количеством и размерами включений и разрывов фибриллярной сетки. Для высоких значений Рк характерно малое количество включений и разрывов, а также «пустот».

Различия в количестве и качестве разрывов сетки и «пустот» в связи с различием в рецептуре и технологии связано, видимо, с тем, что прочность структуры геля зависит от ее де фектности. А дефектность структуры больше при множестве включений и, соответственно, разрывов. Подобные же различия имеют в микроструктуре системы, образованные «быстрым» и «медленным» охлаждением при застудневании.

Полученные результаты позволяют заключить, что для системы, имеющей микроструктуру с редкими, но крупными «пустотами» и небольшим числом разрывов, характерны более высокие значения Рк, лучшие показатели консистенции и сохранение оптимальных потребительских качеств в течение более длительного срока хранения. Режим термообработки влияет на микробиологическую безопасность, пищевую ценность и показатели прочности: термолиз желатина, способствуя накоплению низкомолекулярных фракций, приводит к формированию хрупкой, менее развитой структурной сетки, т. е. прослеживается корреляция между структурно-механическими, микробиологическими, органолептическими показателями, с одной стороны, и особенностями микроструктуры, с другой (табл. 6).

Установлена корреляционная связь между физико-химическими показателями желатина и структурно-механическими показателями его гелей.

Применение желатина в качестве структурообразователя предусматривает постоянство его физико-химических характеристик (вязкости, температуры плавления и, соответственно, молекулярной массы). Поэтому целесообразно использовать для производства желированных изделий только высокомолекулярный желатин, что связано с тем, что, во-первых,

высокомолекулярный желатин более устойчив к температурным режимам термообработки, во-вторых, он образует более устойчивую, развитую структурную сетку и, в-третьих, для получения желпровапной продукции с оптимальной конспстеп-цней такого желатина потребуется в меньшем количестве.

Возможность исследования микроструктуры водосодер-жащпх объектов с помощью РЭМ и криоприставки РУПИК, является одним из важнейших факторов для использования в комплексе методов анализа показателей качества желированных изделий.

В качестве дополнительных методов анализа использованы: вискозиметрия, рЫ-метрпя, атомная абсорбция и другие.

Установлена связь между вязкостью раствора желатина н структурной организацией его гелей через показатель прочности — основной показатель качества геля в производстве. Изменяя температурные режимы и рецептуру, также предста вляется возможным контролировать микроструктур)' гелей желатина.

Для контроля качества желированных продуктов предложены:

1) фундаментальные методы анализа — электронная микроскопия в сочетании с методом Вейлера—Ребиндера;

2) экспресс-методы—метод Вейлера-Ребпндера в сочетании с вискозиметрией.

Предложенные физико-химические методы анализа рассматриваются как комплексная система контроля качества желированных пищевых продуктов.

Технология производства и показатели качества новых видбв желированных пищевых продуктов

С учетом выявленных при исследовании процесса студие-образоваппя закономерностей разработаны рецептуры и технология производства новых видов желированных изделий, сбалансированных по пищевой ценности. Обосновано применение дикорастущего и культивируемого плодово-ягодного сырья: барбариса, бузины, ежевики, мушмулы, калины, кизила, облепихи, терна, как наиболее распространенного и богатого витаминами полифенольнымп и пектиновыми веществами. Результаты изучения химического состава дикорастущих плодов и ягод приведены в таблице 7.

Структура разработанных фруктовых консервов фору •• ется за счет пектина фруктового сырья и добавки желатина, при этом образуются комплексные студни, поскольку рН фру ктового сырья ниже ИЭТ желатина. Показано, что добавка

желатина позволяет ускорить процесс получения фруктовых консервов желеобразной консистенции, снизить их калорийность при сохранении высокой пищевой ценности.

Определены качественные показатели выработанных же-лированных изделий. Результаты позволяют заключить, что готовая продукция имеет довольно высокую пищевую т ность при сравнительно невысокой калорийности. Продукты

богаты витамином С, полифенольными I ствами, карбоновыми и аминокислотами ментами. пектиновыми веще-макро- и микроэле-

ТАБЛИЦА 7

Пищевая ценность дикорастущего плодового-ягодного сырья

11азванис плодов и ягод Общее содержание Сахаров, % 1 1 Общее со- ! держание аскорбиновом кислоты. мг. % Содержание • пектиновых веществ (на сырую массу), % Кислотность, титруемая (в пересчете па яблочн. к-ту) % Общее содержание фенольных веществ -мг. %

Калима 7,40+1,0 39,40+8,0 0,25 1,40 1142+150

Облепиха 5,70±0,5 198,40+24,0 1,24 3,10 —

Бузина 9,00±1,0 82,00+10,0 0,65 1,00 1212+100

Ежевика 7,40+0,5 20,70±5,0 0,42 1,40 1490+140

Барбарис 5,50+0,4 18,80+7,0 1.80 2,60 926+85

Кизил 7,25+0,8 26,40+6,0 1,90 2,40 Ю70±90

Мушмула 12,05 + 1,0 16,20+5,0 1,15 1,40 —

Терн 6,09+0,5 25,80+5,6 2,20 2,85 1148+100

Для изучения вопроса хранимости готовой продукции по микробиологическим показателям были проведены микробиологические исследования продуктов, полученных в условиях разных технологических режимов и при различных рецептурах приготовления. Установлено, что выработка по предлагаемой нами технологии и применение сорбиновой кислоты в концентрации 45—50 мг% позволяет сохранить оптимальные качественные показатели и микробиологическую стойкость в течение длительного времени: до 30 суток— для желе и до 6 месяцев —. для фруктовых консервов.

Технология производства выработанных видов желирован-ных пищевых продуктов в соответствии с договором будет внедрена на Московском желатиновом заводе в 1993—1994 гг.

выводы

1. Впервые в растровом электронном микроскопе получена безартефактная структура 2,5%-ных гелей желатина.

2. Впервые изучены возможности низкотемпературной приставки послойного исследования — РУПИК к растровому электронному микроскопу РЭМ-100У.

3. Методом термического анализа показано, что гели желатина низкой концентрации должны быть исследованы при температуре (—150°С). Системы концентрированные (желе, джем, концентрированные соки) могут быть исследованы без артефактов методом замораживания-высушивания без крно-приставки РУПИК.

4. Установлено, что для систем, полученных с использованием совместной пастеризации, характерна «дефектная» структура с множеством разрывов; для систем, полученных по разработанной нами технологии, характерна более однородная структурная сетка, т. е. она имеет меньше разрывов за счет включений, агрегатов макромолекул. Показана корреляция между микроморфологической структурой и механическими свойствами пищевых гелей желатина.

5. Показано, что рентгенофлуоресцентиый анализ может быть использован для компонентного анализа — наличия вредных примесей тяжелых металлов в желированных продуктах в процессе хранения в жестяной таре.

6. Установлена корреляция между микроструктурой гелей желатина и показателями вязкости и температуры плавления желатина.

Показано, что в качестве фундаментальных методов аналитического контроля целесообразно применять растровую электронную микроскопию и криоприставку РУПИК в сочетании с методом Вейлера-Ребиндера, а в качестве экспресс-анализов — метод Вейлера-Ребиндера в сочетании с визко-зиметрией и определением температуры плавления.

7. Подтверждено, что режимы термообработки, застудневания и хранения пищевых студней, а также особенности рецептуры оказывают существенное влияние на характер образующихся связей п упорядоченность структуры.

Установлена корреляция структурно-механических показателей пищевых гелей с их органолептической оценкой. Показано, что предложенная технология позволяет: ускорить процесс получения готового продукта; уменьшить микрообсе-менениость при максимальном сохранении пищевой ценности, а также сэкономить студнеобразователь за счет уменьшения его термолиза.

8. Показано, что добавки местного и нетрадиционного видов сырья не только расширяют ассортимент желнрован-ных изделий, но и повышают качество продукции и ее микробиологическую стойкость, а также позволяют сократить или полностью исключить пищевые кислоты, ароматизаторы и красители из рецептуры.

Определены содержание аминокислот н минеральный состав готового продукта. Изучена микробиологическая обсе-мененность различных видов желированных изделий в связи с различными технологическими режимами приготовления.

9. Разработаны рецептура и технология производства новых видов желированных продуктов с использованием местного и нетрадиционного видов сырья. Утверждена нормативно-техническая документация (НТД) на производство плодово-ягодного желе:

ТУ 10 РСФСР 369—88; ТУ 10.14.40—90.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Использовать разработанные аналитические методы контроля показателей качества в производстве желированных продуктов питания.

2. Использовать разработанную рецептуру и технологию фруктовых желированных изделий в пищевой промышленности с целью расширения ассортимента продуктов данного класса, комплексного использования местного и нетрадиционного видов сырья.

3. Использовать в учебном процессе развитые теоретические представления о процессе структурообразовання гелей желатина в многокомпонентных системах и разработанную систему аналитического контроля качества желированных пищевых систем при подготовке специалистов для общественного питания и технологии консервирования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Измайлова В. И., Ибрагимова Н. У., Ямпольская Г. И. Влияние тепловой обработки и рН среды на процесс структурообразовання студней желатина. Тезисы докладов 1-го Северо-Кавказского регионального совещания по химическим реактивам. Махачкала, 1988. С. 290.

2. Мурадов М. С., Алиев М. А., Ибрагимова И. У., Джа-фаров И. Ф., Махачев А. Р. Производство желе на основе плодово-ягодных соков и желатина. Тезисы докладов III Все-

союзн. научно-технической конференции «Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания». Москва, 1988. С. 427.

3. Ибрагимова Н. У., Мурадов М. С., Исламов М. И. Пищевая и энергетическая ценность плодово-ягодного желе на основе желатина. Тез. докл. регионального научно-технического совещания «Химические проблемы пищевой технологии». Краснодар. 1990. С. 121.

4. Мурадов М. С., Ибрагимова И. У., Милихнна А. В. Изучение возможности удлинения срока хранения плодово-ягодного желе на основе желатина. Тез. докл. регионального научно-технического совещания «Химические проблемы пищевой технологии». Краснодар, 1990. С. 122.

5. Вагабов М-3. В., Ибрагимова Н. У. Изучение структу-рообразования фруктовых гелей желатина. Тез. докл. III per. конф. «Химики Северного Кавказа — народному хозяйству». Нальчик, 1991. С. 136.

6. Ибрагимова Н. У., Вагабов М-3. В. Оценка качества фруктового желе по микробиологическим критериям. Всесоюзная научно-техническая конф. «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок». Киев, 1991. С. 62—63.

7. Вагабов М-3. В., Ибрагимова Н. У., Шнхалиев С. С. Производство фруктового желе на основе желатина с использованием местного и нетрадиционного видов сырья. Всесоюзная научно-техническая конференция «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок». Ч. I. Киев, 1991. С. 67—68.

8. Ибрагимова Н. У., Вагабов М-3. В., Джамалутдино-ва И. Н. Исследование фруктово-ягодиого желе на содержание макро- и микроэлементов и витамина С. Межвузовск. научно-технический сборник Даггосуннверситета «Физико-химические методы анализа и контроля производства». Махачкала, 1991. С. 117—120.

9. Ибрагимова Н. У., Вагабов М-3. В., Халипаев М. Г. Аминокислотный состав фруктово-ягодиого желе на основе желатина. Межвузовск. научно-технический сборник статей Даггосуннверситета «Физико-химические методы анализа и контроля производства». Махачкала, 1991. С. 121 — 128.

10. Вагабов М-3. В., Измайлова В. Н., Ибрагимова Н. У., Мурадов М. С., Османов С. Г. Желе фруктовое и способ его приготовления. А. С. СССР № 1692518, А23 1/06.

i26

11. Белавцева Е. М., Ибрагимова Н. У., Вагабов М-3. В. Исследование структуры гелей желатина в растровом электронном микроскопе. Ж. Биофизика. Т. 38, № 3. М., 1993.

12. Белавцева Е. М., Клячко Ю. Л., Ибрагимова И. У., Строкова Т. М. Методические аспекты растровой электронной микроскопии пищевых систем./Тезисы докладов 8-го Симпозиума по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. М., 1993 г.