Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 6
1.1. Пищевые продукты как дисперсные системы 6
1.2. Гелеобразование в пищевых системах 7
1.3. Синерезис - показатель неустойчивости дисперсных систем 9
1.4. Методы определения синерезиса 15
1.4.1. Методы определения синерезиса в пищевых продуктах 15
1.4.2. Методы определения синерезиса индивидуальных структурообразователей 19
1.5. Особенности синерезиса гидроколлоидов различной природы. 21
1.5.1. Гидроколлоиды, полученные из растительного сырья 21
1.5.2. Гидроколлоиды животного происхождения 24
1.5.3. Комплексные пищевые добавки 27
Заключение к литературному обзору 29
Глава 2. Экспериментальная часть 30
2.1. Цели и задачи исследования 30
2.2. Схема постановки эксперимента 31
2.3. Объекты исследования 35
2.4. Методы исследования 37
Глава 3. Изучение влияния физико-химических факторов на синерезис молекулярных гелей 43
3.1. Влияние объема, геометрических размеров образца и продолжительности хранения гелей на синерезис 45
3.2. Влияние концентрации гелеобразователя на синерезис 60
3.3. Влияние величины рН на степень синерезиса гелей 62
3.4. Влияние температуры хранения гелей на степень синерезиса 64
3.5. Влияние низкотемпературной обработки на синерезис молекулярных гелей 66
3.6. Влияние скорости охлаждения на синерезис 67
3.7. Влияние давления на степень синерезиса 70
3.8. Научно-практические выводы и рекомендации 72
Глава 4. Разработка унифицированной методики определения синерезиса гелей 75
Глава 5. Экспериментальное определение синерезиса у коммерческих препаратов пищевых гидроколлоидов 80
5.1. Влияние степени рафинирования каппа-каррагинанов на синерезис 81
5.2. Синерезис нативных и модифицированных крахмалов 89
5.3. Особенности синерезиса белковых коллагенсодержащих препаратов 95
5.4. Изучение синерезиса коммерческих функциональных смесей на основе каппа-каррагинанов 103
5.5. Справочно-информационная база о синеретической способности пищевых гидроколлоидов 111
Глава 6. Изучение влияния скорости охлаждения на синерезис мясопродуктов 116
Выводы 121
Список литературы 123
Приложения 135
- Методы определения синерезиса в пищевых продуктах
- Влияние объема, геометрических размеров образца и продолжительности хранения гелей на синерезис
- Влияние степени рафинирования каппа-каррагинанов на синерезис
- Справочно-информационная база о синеретической способности пищевых гидроколлоидов
Введение к работе
Актуальность работы. Применительно к технологии мясопродуктов синерезис является негативным явлением, так как приводит к ухудшению товарно-потребительских характеристик готовой продукции, сопровождается развитием микробиологической порчи. Вследствие синерезиса потери при хранении вареных колбас, сосисок и сарделек составляют до 15-18 кг на 1 т готовой продукции за счет отделяющейся жидкости.
Впервые синерезис было описан Т. Грэмом в 1864 г., однако на важность данного явления указал лишь через 50 лет В. Оствальд, в то время как более детальные исследования в этой области проводились в 50-х годах XX века С. М. Липатовым.
Несмотря на широкую распространенность синерезиса в практике производства мясопродуктов, фундаментальные представления о его сущности весьма ограничены и в основном характеризуют процесс применительно к классическим видам высокомолекулярных соединений (ВМС), таких как желатин и каучук, не учитывая специфичность структуры и функционально-технологических свойств современных видов структурообразователей. Одновременно отсутствуют систематизированные и достоверные сведения о синеретических свойствах у наиболее распространенных гелеобразователей, загустителей и комплексных систем на их основе, что во многом обусловлено отсутствием единого методологического подхода в определении синерезиса у пищевых гидроколлоидов.
Принимая во внимание необходимость создания информационного банка данных, расширения представлений о функционально-технологических свойствах гидроколлоидов, обеспечения объективного подхода при выборе области применения структурообразователей, оптимизации параметров хранения и прогнозирования характера изменения структурно-механических свойств мясопродуктов в процессе хранения, представляется целесообразным проведение исследований, направленных на разработку унифицированной методики определения синерезиса гидроколлоидов, получение с ее помощью объективных данных, характеризующих синеретическую способность наиболее распространенных гелеобразователей, ранжирование их по данному признаку и подготовку рекомендаций по рациональному применению в практике производства мясных продуктов.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изучение синерезиса пищевых гидроколлоидов, используемых в технологии мясопродуктов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Провести теоретический анализ, направленный на выявление степени
влияния основных физико-химических факторов на синерезис
высокомолекулярных структурированных систем.
2. Экспериментально определить на модельных системах пищевых
гидроколлоидов зависимость синерезиса от: вида и концентрации
гидроколлоида, продолжительности и температуры хранения, скорости
охлаждения, величины рН среды гидратации, геометрических размеров образца
(высоты, диаметра, объема и их соотношений) и площади адгезии, а также величины давления.
3. Провести выбор наиболее значимых факторов и разработать метод
определения степени синерезиса пищевых гидроколлоидов.
-
Выполнить сравнительную оценку существующих и предлагаемого методов определения синерезиса применительно к индивидуальным гидроколлоидам.
-
С помощью разработанной методики экспериментально определить величину синерезиса у препаратов гидроколлоидов растительного и животного происхождения.
-
Оценить влияние хлорида натрия на синерезис и структурно-механические свойства (CMC) исследуемых объектов.
-
На основе анализа экспериментальных данных провести систематизацию ВМС по степени проявления синерезиса при адекватных условиях и создать информационную базу о синеретической способности пищевых гидроколлоидов.
-
Сформулировать научно-практические рекомендации по рациональному использованию гидроколлоидов в технологии мясопродуктов.
Научная новизна
1. Впервые установлено влияние восьми физико-химических факторов на
синерезис группы современных гидроколлоидов растительного и животного
происхождения, используемых в технологии мясопродуктов.
2. Предложена гипотеза процесса формирования слабосинерирующих гелей за
счет максимального образования узлов сетки геля в условиях быстрого
охлаждения структурирующейся системы. Теоретическое предположение
подтверждено экспериментально.
3. Установлена зависимость синерезиса у гелей коммерческих препаратов
гидроколлоидов от способа их получения и состава:
коммерческих препаратов каппа-каррагинана - от степени очистки;
образцов нативных крахмалов - от содержания амилозы;
препаратов коллагенсодержащих белков - от вида исходного сырья;
- комплексных коммерческих препаратов на основе каппа-каррагинана - от
присутствия дополнительных гидроколлоидов.
4. Для 18 видов индивидуальных гелеобразователей растительного и животного
происхождения и коммерческих препаратов на их основе определено влияние
на синерезис наличия в среде гидратации 2% NaCl.
5. Проведено ранжирование структурообразователей по интенсивности
проявления синерезиса и цикличности экстремального выделения жидкой
фазы.
Практическая ценность работы 1. Создана информационная база данных, характеризующих особенности процесса синерезиса у 18 видов гидроколлоидов и их смесей, что дает возможность осуществлять обоснованный выбор структурообразователей при производстве мясопродуктов.
2. Сформулированы и предложены рекомендации по снижению риска
синерезиса при хранении мясопродуктов в части выбора типа гидроколлоидов,
среды гидратации, скорости охлаждения.
3. Разработанный метод определения синерезиса пищевых гидроколлоидов
используется в учебном процессе подготовки специалистов по специальностям
240901 - «Биотехнология», 240902 - «Пищевая биотехнология», 260301 -
«Технология мяса и мясопродуктов», 260302 - «Технология рыбы и рыбных
продуктов», 260303 - «Технология молока и молочных продуктов».
4. На основании экспериментальных исследований и результатов
производственных апробаций разработан проект «Изменение №1 к
технологической инструкции по производству изделий колбасных вареных по
ТУ 9213-048-00423092-06», предусматривающий осуществление процесса
охлаждения колбасных изделий, содержащих в рецептуре молекулярные
гелеобразователи, при скорости теплоотвода не менее 9,5 С/мин.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на: Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи НТТМ (Москва, 2007 г.); VI и VIII Международных научных конференциях студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2007 и 2010 гг.). Работа отмечена дипломом Всероссийской студенческой олимпиады Ш тур в номинации «Разработка новых методов исследования» (Москва, 2007 г.); грантом ассоциации «Университетский комплекс прикладной биотехнологии» за проект «Изучение синерезиса пищевых гидроколлоидов» (Москва, 2008 г.).
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе три - в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, включающей методы и объекты исследования, результаты и их обсуждение, выводы; списка используемой литературы, а также приложений. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста, содержит обзор литературы, включающий 3 таблицы и 10 рисунков, экспериментальный материал представлен в 11 таблицах, 32 рисунках. Библиография включает 130 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Методы определения синерезиса в пищевых продуктах
В технологии приготовления творога и сыров в процессе сквашивания образуется сгусток - неустойчивая система, в которой быстро происходят изменения, связанные с выделением сыворотки (синерезис). Сгусток в процессе самопрессования уплотняется в результате естественного синерезиса и под воздействием собственного веса. Для интенсификации удаления сыворотки из полученного сгустка используют центрифугирование. Данный метод [27, 49] основан на внесении 10 см3 разрушенного сгустка в центрифужную пробирку вместимостью 15 см3 и центрифугировании при частоте вращения 3000 об/мин в течение 5 мин. После окончания процесса в образце измеряют объем выделившейся сыворотки путем декантации в мензурку и соотносят его к общему объему сгустка, помещенного в центрифужную пробирку. Однако, детальное рассмотрение сути данного метода свидетельствует о том, что в нем имеются некоторые недостатки, которые не позволяют достаточно точно судить о процессе синерезиса. Во-первых, сгусток до процесса центрифугирования подвергается измельчению, что нарушает структурную матрицу. Во-вторых, давление, которое испытывает образец в процессе центрифугирования, подвергает его дополнительному сжатию и выделению из него воды, которая в гелеобразной системе в свободном состоянии либо в готовом продукте, содержащем гидроколлоиды, будет удерживаться как за счет сил адсорбционного и капиллярного удерживания, так и вследствие иммобилизационного связывания. В данном методе это обстоятельство не учитывается, и фактически идет определение водоудерживающей способности объекта, что не является аналогичным определению синеретической влаги. Одновременно не учитывается временной и температурный факторы, и используемые объемы взяты из расчета реального объема пробирки, а не исходя из теоретических факторов, от которых зависит степень синерезиса (объем образца, его форма, степень адгезии и т.п.).
Аналогичный метод центрифугирования [109] применяется для определения синерезиса в желеобразных продуктах. В основе лежит такой же принцип, однако, согласно литературным источникам при оценке синерезиса в гелеобразных продуктах не учитываются такие показатели, как температура, уровень рН, форма и объем образца. При этом для данного метода также характерны недостатки метода центрифугирования, используемого в молочной промышленности.
Для оценки синерезиса в творожных сгустках используется метод прессования [27], в котором учитывается величина давления, варьируемая в зависимости от жирности творога. Однако, влияние давления эффективно лишь до определенной степени, и при дальнейшем повышении нагрузки не происходит увеличения скорости фильтрации, и в большей или меньшей степени происходит нарушение «традиционной структуры».
Кроме вышеперечисленных методов, которые можно классифицировать как методы определения количества синеретической влаги под действием внешних механических воздействий, то есть «вынужденного» синерезиса, существует метод, основанный на определении количества выделяющейся влаги при эндогенном самопроизвольном сжатии сычужного сгустка в процессе его хранения [126, 127]. Авторы пытаются оптимизировать параметры процесса определения синерезиса и рекомендуют реализацию метода при определенных температурных условиях (30С), величине внутреннего давления (за счет самопроизвольного сжатия) 1 Па, регламентируют временные циклы по определению синерезиса (18 и 24 час), что очевидно связано с визуально наблюдаемым интенсивным отделением жидкости из сгустка, и одновременно оптимизируют величину рН на уровне 6,6. Авторы констатируют, что данные, полученные согласно предлагаемой методике, позволяют прийти к заключению, что к 24 часу при t=30C самопроизвольное сжатие сгустка прекращалось, при этом плотность его достигает -1/3 исходной плотности. Таким образом, преимуществами данного метода являются методически правильно выбранные акценты на температуру, величину давления, стремление сохранить нативную структуру объекта и необходимость контроля уровня рН. Однако, использование чрезмерно высоких температур может провоцировать развитие эндогенных ферментов и микроорганизмов, что вызовет структурные изменения; также в вышеизложенном методе не учитываются геометрические размеры образца.
Метод десольватации, используемый в технологии приготовления сыров [120, 121, 129], рассчитан не только на определение выделяемой влаги, но и на изучение оптической плотности сгустка, по которой судят о концентрации белковых веществ, не вступивших во взаимодействие при формировании сырной массы. Другие методы с использованием принципа искусственного обезвоживания гелеобразных систем за счет десольватирующих агентов, в качестве которых могут использоваться ионы кальция [117], смесь спирта и воды [123] и др., также основаны на эвакуации слабосвязанной влаги. Однако, не учитывают зависимости степени обезвоживания как от вида обезвоживающего агента, так и от его концентрации, а также от температуры, от величины рН и от объема системы, что особенно важно, так как при контакте с десольвентом могут затрагиваться лишь поверхностные слои структуры. При этом предполагаемое равномерное распределение влаги внутри объекта за счет диффузии требует экспериментального подтверждения. Большая часть физико-химических факторов, которые, как известно из базовых теоретических положений, влияют на синерезис, остаются неучтенными, поэтому точность изменения этих методов достаточно относительна.
Применительно к производству мясопродуктов наиболее часто степень синерезиса определяют путем количественного измерения жидкой дисперсионной среды, выделяющейся под парогазонепроницаемой оболочкой в процессе хранения. Как показывает практика колбасного производства, чаще всего выделение свободной жидкости отмечается на 20, 72 час, а также на 10-14 сутки хранения. При данном способе перерасчет количества выделившейся жидкости к массе изделия характеризует величину синерезиса. Такой метод не учитывает высоты, диаметра, объема, их соотношения, а также самопроизвольного давления исследуемого образца. Преимущества метода заключаются в соблюдении стабильного температурного диапазона в процессе хранения, значений рН в пределах 6,5-7,0, а также выдерживании временных параметров хранения.
Следует отметить, что синерезис характерен не только для гелеобразных систем, дисперсионной средой в которых является вода, но и для других пищевых систем, например, халвичных и конфетных масс [12], в которых синерезис проявляется в виде выделяющегося жира, особенно при их прессовании, формовке, упаковке и хранении. Однако, метода для оценки синерезиса в таких системах нами не обнаружено, и авторы публикации указывают лишь на прямую взаимосвязь между величиной давления, повышением температуры и количеством выделяющейся жидкой фазы.
Влияние объема, геометрических размеров образца и продолжительности хранения гелей на синерезис
Принимая во внимание литературные данные и тот факт, что, по утверждениям исследователей, на величину синерезиса существенное влияние оказывают объем, форма образца, а также величина площади контакта (адгезии) геля со стенками сосуда, на первом этапе исследования изучали влияние соотношения высоты к диаметру геля (h/d) и продолжительности хранения на количество синеретической жидкости (рис. 3.1-3.4).
Условия хранения и периоды фиксирования степени синерезиса по количеству выделяющейся жидкости были адекватны и составляли 1, 3, 5, 7, 14 и 21 сутки для каппа-каррагинана и 1, 3, 5 и 7 суток для желатина (отсутствие измерений на 14 и 21 сутки связано с микробиологической порчей гелей желатина после недельного хранения). Объем приготовленных проб был одинаков и составлял 400 мл.
Анализ данных, представленных на рис. 3.1. и рис. 3.2. показывает, что количество выделяющейся в процессе хранения жидкости зависит от геометрических размеров образца: чем меньше высота образца, тем более выражен синерезис (при равном объеме геля). Отметим, что данный факт наблюдается при относительно небольших отличиях в площади контакта геля с внутренней поверхностью стакана, предопределяющего степень адгезии.
Перерасчет количества синеретической жидкости по регистрируемым периодам хранения в процентном выражении к общему объему выделяющейся жидкости к 21 суткам (рис. 3.2.) дает основание утверждать, что в исследуемом интервале хранения 1%-ого геля каппа-каррагинана синерезис проявляется циклично: максимальное количество жидкости выделяется к 1 суткам хранения, на 3-7 сутки количество синеретической жидкости существенно снижается, на 14 сутки происходит некоторое увеличение выделяющейся влаги, а к 21 суткам оно падает.
При этом наиболее выраженный синерезис к 1 суткам хранения проявляют образцы с соотношением h/d, равном 0,3 и 0,5: количество жидкости, выделяющейся из данных объектов, составляет от общего количества 30 % и 26 % соответственно, что дает основание предполагать, что выбранные соотношения и период хранения при данной температуре могут являться исходной позицией при обосновании параметров определения синерезиса в разрабатываемой методике.
Анализ кривых параллельно проведенной серии экспериментов на гелях желатина (рис. 3.3 и рис. 3.4) с одинаковым объемом 400 мл и варьировании диаметра (70+120 мм) и высоты (34+ 83мм) показывает, что гель со значением h/d = 0,3 выделяет больше жидкости, чем другие образцы, т.е. увеличение диаметра повышает синерезис. Однако перерасчет доли выделяющейся влаги к общему количеству жидкости на заключительном этапе хранения, показывает, что максимальный синерезис характерен для образцов со значением h/d от 0,3 до 0,5. При этом следует отметить, что образцы гелей желатина проявляют максимум синеретической активности к окончанию первых суток хранения ( 50%), как и гели каппа-каррагинана (-25%), а затем количество выделившейся жидкости постепенно снижается и практически отсутствует к 7-м суткам хранения. Однако, несмотря на схожую динамику выделения жидкости, гели желатина продемонстрировали значительно меньший синерезис по сравнению с гелями каппа-каррагинана, что, по всей видимости, обусловлено их более высокой концентрацией в системе (2% против 1%), а также различиями в природе и строении.
Таким образом, в результате обсуждения экспериментальных данных, характеризующих влияние геометрических размеров образца на степень синерезиса, установлено, что:
А. Для обоих объектов исследования:
1) максимальное выделение жидкости имеет место к окончанию первых суток выдержки при температуре 4С;
2) в максимальной степени синерезис проявляется при соотношении h/d от 0,3 до 0,5 (при V = const = 400 мл);
3) площадь контакта геля с емкостью (степень адгезии) оказывает значительно меньшее влияние на величину синерезиса, чем предполагалось.
Б. В динамике выделения жидкости у гелей, приготовленных на основе выбранных объектов, имеются существенные отличия:
1) гели каппа-каррагинана проявляют более интенсивный синерезис, чем гели желатина;
2) в течение первых суток хранения гели желатина выделяют в 2 раза большее количество (в %-ном соотношении) выделившейся синеретической жидкости от ее общего объема по сравнению с гелями каппа-каррагинана.
На следующем этапе исследования с целью оптимизации объема гелей, обеспечивающего высокую достоверность измерения синерезиса, были выполнены серии, в которых варьировали объемом проб (100 + 1000 мл) и высотой образца (16 +- 117 мм) при постоянном его диаметре 90 мм. Соответственно, площадь контакта (адгезия) изменялась в диапазоне от 108 до 410 см2. Экспериментальные данные, представленные на рис. 3.5 - 3.8., свидетельствуют о том, что по мере увеличения объема геля каппа-каррагинана (рис. 3.5), как и следовало ожидать, происходит увеличение количества выделяющейся жидкости. Однако перерасчет выделяющейся влаги к общему количеству жидкости на заключительном этапе хранения показывает, что максимальный синерезис характерен для образцов с объемом от 100 до 400 мл при соотношении h/d от 0,2 до 0,6. При этом пик синерезиса так же, как и в предыдущих сериях (рис. 3.1 и рис. 3.2), совпадает с 1 сутками хранения: количество синеретической жидкости составляет 20 %; в целом динамика дальнейшего выделения влаги совпадает с ранее представленными результатами.
Параллельно проведенная серия экспериментов на гелях желатина при выборочных соотношениях h/d (рис. 3.7 и рис. 3.8) показывает аналогичную динамику выделения жидкости в процессе хранения: при увеличении объема геля увеличивается количество выделяющейся жидкости (рис. 3.7), а гели объемом от 100 до 400 мл со значением h/d от 0,2 до 0,6 проявляют наибольший синерезис (рис. 3.8). При этом максимальный синерезис имеют образцы желатина с показателем h/d =0,2, что отмечалось и в гелях каппа-каррагинана (рис. 3.6). Из представленных данных следует, что максимальное выделение жидкости для гелей желатина приходится на 1 сутки (в среднем около 40 % от общего количества выделившейся жидкости регистрируется в первые 24 часа), затем в процессе хранения происходит постепенное снижение синерезиса.
Обсуждение экспериментальных данных, представленных на рис. 3.5 - 3.8, позволяет сделать вывод о том, что динамика синерезиса двух изученных видов гидроколлоидов во многом совпадает. В частности:
1. максимум синерезиса характерен для образцов, имеющих соотношение h/d = 0,2 - 0,6, что соответствует объемам от 100 до 400 мл при диаметре 90 мм;
2. максимальное выделение жидкости от общего ее количества наблюдается к 1 суткам хранения при температуре 2±2С, причем наиболее интенсивно развивается синерезис у гелей каппа-каррагинана (так же как и в предыдущих сериях);
3. увеличение высоты образца и площади контакта гелей с поверхностью емкости не оказывает существенного влияния на количество выделяющейся жидкости.
С целью уточнения значений h/d были выполнены исследования, направленные на изучение влияния соотношения h/d в диапазоне от 0,2 до 0,6 на степень синерезиса в интервале 1-3 сутки хранения для обоих гидроколлоидов. При этом в качестве постоянных условий были приняты: уровень рН 6,5 и высота образцов гелей, равная 25 мм, а варьируемыми параметрами являлись диаметр (40 +- 125 мм) и объем (35 +- 300 мл). Данные, представленные на рис. 3.9., показывают, что по мере увеличения соотношения h/d наблюдается снижение синерезиса в образцах гелей как каппа-каррагинана, так и желатина, при этом максимум выделяющейся жидкости отмечается в образцах с показателем h/d, равным 0,2, что соответствует объему системы в 300 мл.
Таким образом, можно прийти к заключению, что по мере увеличения объема гелей относительный уровень синерезиса снижается.
Рассмотрение совокупности полученных данных (рис. 3.5 - 3.9) свидетельствует о том, что наиболее рациональными для определения степени синерезиса систем на основе каппа-каррагинанов с концентрацией 1% и желатинов с концентрацией 2% являются соотношения h/d = 0,2 +- 0,6.
С целью конкретизации геометрических размеров (объема, диаметра, высоты, их соотношения) образцов были выполнены серии, в которых соотношение h/d являлось постоянным и составляло 0,5. При этом варьировались объем системы каппа-каррагинанов и желатинов от 30 до 740 мл, высота от 20 до 53 мм и диаметр от 40 до 118 мм. Данные, приведенные на рис. З.Ю., позволяют утверждать, что максимум синерезиса в течение 1-х суток хранения образцов гидроколлоидов отмечается при объемах геля от 30 до 110 мл.
Влияние степени рафинирования каппа-каррагинанов на синерезис
Принимая во внимание, что функциональные свойства каппа каррагинанов во многом зависят от вида исходного сырья, технологии переработки и степени очистки [34, 101], в качестве объектов исследования использовали 6 видов коммерческих препаратов различных производителей: рафинированные, полурафинированные и нерафинированные, характеристики которых приведены в табл. 2.1.
Определение значений критической концентрации гелеобразования в дистиллированной воде у группы выбранных препаратов (табл. 5.1) показало наличие зависимости гелеобразующей способности от степени рафинации: чем выше степень очистки, тем ниже показатель ККГ. При этом все рафинированные каппа-каррагинаны продемонстрировали одинаковую концентрацию, при которой происходит переход системы в гель (0,6 %), а у полурафинированного и нерафинированного образцов показатель ККГ 0,8 % и 1,0 %, соответственно.
Введение в среду гидратации 2%-го раствора хлорида натрия неадекватно влияет на процесс гелеобразования независимо от степени очистки: у большинства препаратов (М 9310, HGE-F, GPI-200, WG) отмечено уменьшение ККГ на -0,3%, однако у препарата Рондагель 55, напротив, наблюдалось снижение гелеобразующей способности, а препарат СС 140 показал одинаковые значение ККГ как в присутствии NaCl, так и без него.
Следует отметить, что, несмотря на наличие геля при указанных концентрациях, структурно-механические характеристики полученных систем выражены слабо, в связи с чем были выбраны концентрации, превышающие величину ККГ на 0,2%) для гелей, приготовленных на дистиллированной воде, и на 0,1%) - в присутствии 2% NaCl, что обеспечило формирование устойчивой упругой структуры. Таким образом, результаты исследования позволили обосновать выбор требуемых концентраций каппа-каррагинанов в системах, предназначенных для изучения синеретической способности и CMC гелей.
Последующее определение синерезиса препаратов каппа-каррагинанов различной степени очистки (рис.5.1) при одинаковых условиях показало, что рафинированные каппа-каррагинаны при одинаковой концентрации в водной среде выделяют в процессе хранения различные количества влаги, что, очевидно, связано с наличием примесей в составе препаратов либо с различиями в содержании КС1. [85, 101]
При этом в сравнении с полу- и неочищенными препаратами рафинированные каррагинаны проявляют более выраженный синерезис. Таким образом, можно сделать заключение: синерезис тем интенсивнее, чем больше степень рафинации, что согласуется с результатами других исследователей и объясняется присутствием сопутствующих гидроколлоидов в составе нерафинированных препаратов каппа-каррагинанов, которые связывают дополнительное количество влаги. [101]
Присутствие в среде гидратации 2% NaCl на синерезис гелей каппа-каррагинана влияет весьма существенно - во всех образцах наблюдается значительное уменьшение количества выделившейся влаги до величины 1-2%, однако, наиболее резко синерезис снижается у рафинированных образцов. Принимая во внимание факт превышения ККГ в присутствии хлорида натрия у большей части препаратов, можно сделать заключение о том, что вне зависимости от степени очистки введение в систему NaCl (2%) снижает синеретическую активность каппа-каррагинанов.
Динамика выделения синеретической жидкости гелями каппа-каррагинанов не является равномерной в течение всего периода хранения, в связи с чем на следующем этапе эксперимента проводили определение пиковых значений синерезиса и их сравнение с изменениями структурно-механических свойств гелей.
Из представленных данных (рис. 5.2) следует, что рафинированные образцы каррагинанов, несмотря на значительную разницу в количестве выделяемой влаги, проявляют максимальный синерезис в 1-3 сутки в водной среде, а введение NaCl приводит к усилению и ускорению выпрессовывания влаги из системы. При этом и в том, и в другом случае при дальнейшем хранении гелей синерезис проявляется без всплесков, однако при относительно небольшом синерезисе образца Рондагель 55 на 3-й сутки хранения к 21-м суткам происходит увеличение количества выделяемой жидкости и снижение величины ПНС, что, по-видимому связано с микробиологической порчей образцов.
Синерезис образцов с меньшей степенью рафинации характеризуется более плавным синерезисом по сравнению с очищенными образцами, что на наш взгляд, обусловлено дополнительным связыванием влаги гидроколлоидами, не удаляемыми при низкой степени очистки. При этом нерафинированные каппа-каррагинаны проявляют максимальный синерезис на 5-е сутки, но доля выделившейся жидкости (в процентах от суммарной) близка в количественном отношении к синерезису очищенных образцов. Введение 2% NaCl в среду гидратации приводит к образованию двух выраженных пиков синерезиса у нерафинированных каппа-каррагинанов - на 1-3 и 7-е сутки хранения; увеличение выделяемой жидкости наблюдается к 21-м суткам.
Необходимо отметить, что полурафинированный каппа-каррагинан GPI-200 занимает промежуточное положение между рафинированными и нерафинированными и сочетает в себе свойства обоих - максимум синерезиса для него характерен на 1-е сутки хранения, введение NaCl в систему приводит к смещению максимума синерезиса на 1-е сутки и значительному его усилению, но в то же время добавляет характерный для нерафинированных каррагинанов второй пик синерезиса на 7-е сутки хранения. Данный факт можно использовать для идентификации качества (состава) препаратов каррагинанов.
Параллельное изучение структурно-механических свойств показало, что наиболее выраженные изменения ПНС наблюдаются в первую неделю хранения, которая характеризуется активным отделением синеретическои жидкости; в период с 7 по 21 сутки у гелей каррагинанов не отмечается существенных изменений, однако, в большинстве случаев имеется тенденция к уплотнению структуры. Необходимо отметить, что прямой корреляции между степенью рафинации исследуемых образцов и прочностью структуры нами не обнаружено, также как и не было установлено существенного влияния пристутствия в среде гидратации 2% NaCl на прочностные характеристики гелей каппа-каррагинанов.
Справочно-информационная база о синеретической способности пищевых гидроколлоидов
Обсуждение, анализ и систематизация массива экспериментальных данных, представленных в главах 5.1-5.4, позволили создать основу справочно-информационной базы (табл. 5.5), характеризующей синеретическую способность, количественные диапазоны выделяющейся жидкой фазы, а также пиковые периоды синерезиса у 18 видов индивидуальных структурообразователей и комплексных систем на их базе, используемых в качестве пищевых добавок в технологии производства мясопродуктов.
Ранжирование изученных препаратов по интенсивности синерезиса (рис. 5.9) при их диспергировании в 2%-ом растворе NaCl в концентрациях, минимально превышающих значения ККГ, и хранении полученных систем при t=2±2C в течение 1-21 суток дает возможность осуществлять объективный выбор вида препаратов для продукции с различной длительностью хранения при минимизации проявления синерезиса:
- в случае кратковременного хранения мясопродуктов (не превышающем 3-е суток), следует использовать желатин, препараты коллагенсодержащих белков, полученных из свиной и говяжьей шкуры, нерафинированные каппа-каррагинаны, комплексы каппа-каррагинанов и модифицированных крахмалов, а также низкоамилозные нативные крахмалы;
- при производстве продукции, подлежащей хранению и реализации в течение 5-7 суток, является предпочтительным применение в составе рецептур желатина и препаратов коллагенсодержащих белков, выделенных из свиной шкуры, а также каппа-каррагинанов любой степени рафинации; при этом, в случае присутствия в составе рецептуры крахмалов, следует отдать предпочтение низкоамилозным нативным видам;
- при сроке годности изделий 10-14 суток рекомендуется использование препаратов индивидуальных каппа-каррагинанов с различной степенью очистки, а также комплексных смесей на их основе с добавлением йота-каррагинанов, камедей, растительных белков и модифицированных крахмалов;
- при пролонгированном хранении продукции (до 21 суток) более рациональным является применение каппа-каррагинанов с низкой степенью рафинации.
С целью ингибирования процесса синерезиса в продуктах, не содержащих хлорида натрия в составе рецептур, следует отдавать предпочтение таким видам гидроколлоидов как нерафинированные каппа-каррагинаны, комплексные смеси на основе каррагинанов и крахмалов, а также коллагенсодержащие белки из говяжьего и свиного сырья.
При выборе типа упаковочных материалов и оболочек готовой продукции следует учитывать, что в процессе длительного хранения часть синеретической жидкости приходится на испарение (Приложение №2 рис. 1), вследствие чего в случае применения газо- водопроницаемых оболочек будет иметь место морщинистость поверхности колбас и выраженные потери массы при хранении; в то же время использование непроницаемой упаковки приведет к скоплению свободной жидкости в пространстве между продуктом и оболочкой, образованию отека, снижению адгезии и повышенному риску развития микробиологической порчи.
Таким образом, результаты исследования, представленные в главе 5, существенно расширяют современные научно-практические представления о процессе синерезиса в технологии мясопродуктов и позволяют сформулировать конкретные рекомендации по выбору определенных видов гидроколлоидов, обеспечивающих минимизацию синерезиса с учетом сроков годности и периода реализации.
По мнению авторов, показатель синерезиса пищевых гидроколлоидов должен быть официально введен в перечень характеристик, используемых при оценке функционально-технологических свойств структуро-образователей, что создаст предпосылки к повышению степени объективности и достоверности при прогнозировании характера изменения показателей качества пищевых продуктов в процессе хранения.
