Содержание к диссертации
Введение
1 Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 Пряно-ароматические компоненты в производстве пищевых продуктов 7
1.1.1 Общее описание и роль в питании 7
1.1.2 Способы обработки пряно-ароматического сырья 10
1.2 Эмульсии 13
1.2.1 Основные закономерности формирования эмульсий 13
1.2.2 Особенности структурообразования эмульсий 15
1.2.3 Эмульгирующие вещества 16
1.2.4 Пищевые эмульгаторы 19
1.3 Способы получения эмульсионных систем 24
1.4 Состояние направления и перспективы использования ультразвукового воздействия в пищевой промышленности 28
1.5 Основные методы исследования показателей качества пищевых эмульсий 31
1.6 Выводы и задачи исследования 33
2 Глава 2. Организация экспериментальных исследований, объекты и методы исследования 35
2.1 Организация и постановка экспериментов 35
2.2 Объекты исследований 37
2.3 Методы исследований 40
3 Глава 3. Результаты и их обсуждение 43
3.1 Разработка методики исследования показателей качества эмульсионных систем. 43
3.1.1 Органолептическая оценка эмульсий 43
3.1.2 Микроструктурные исследования эмульсий 45
3.1.3 Определение устойчивости эмульсий 48
3.1.4 Схема определения показателей качества вкусо-ароматических эмульсий для применения в производстве мясопродуктов. 49
Определение рациональных параметров ультразвукового эмульгирования на основе исследования модельных водо- 51 жировых систем.
3.2.1 Исследование микроструктуры модельных эмульсий 52
3.2.2 Исследование устойчивости модельных эмульсий 57
3.2.3 Исследование изменения температуры модельных эмульсий при различных параметрах обработки ультразвуком 62
Эмульгирование экстрактов пряно-ароматических растений 68
3.3.1 Исследование изменения температуры эмульсий С02-экстрактов при ультразвуковом эмульгировании 69
3.3.2 Исследование устойчивости эмульсий СОг-экстрактов 70
3.3.3 Исследование дисперсности эмульсий С02-экстрактов 71
3.3.4 Органолептическая оценка эмульсий СОг-экстрактов 73
3.3.5 Исследование окислительной порчи эмульсий С02-экстрактов
3.3.6 Исследование микробиологических показателей эмульсий СОг-экстрактов 77
3.3.7 Изучение возможности применения эмульгаторов и стабилизаторов для увеличения стойкости вкусо-ароматических эмульсий 78
3.3.8 Сравнительная оценка эмульсий на основе СОг-экстрактов приготовленных с ультразвуком и без него 86
3.4 Исследование показателей качества готовых колбасных изделий, выработанных с применением вкусо-ароматических эмульсий 89
3.6.1 Органолептические характеристики вареных колбас 91
3.6.2 Определение цветовых характеристик вареных колбас 92
3.6.3 Определение микробиологических изменений в процессе хранения вареных колбас 93
3.5 Расчет экономической эффективности 94
Выводы 95
Библиографический
- Способы обработки пряно-ароматического сырья
- Состояние направления и перспективы использования ультразвукового воздействия в пищевой промышленности
- Органолептическая оценка эмульсий
- Исследование изменения температуры модельных эмульсий при различных параметрах обработки ультразвуком
Введение к работе
В пищевой промышленности вкус и аромат являются одними из важнейших факторов, определяющих популярность того или иного продукта. Известно, что использование пряностей не только улучшает органолептические свойства пищи, но и повышает её усвоение организмом.
Вопросам применения пряно-ароматических растений в пищевой промышленности и кулинарии посвящены научные труды отечественных и зарубежных ученых - Гольдман Е., Касьянова Г.И., Похлебкина В.В, Солнцевой Г.Л., Толстихина С.Ф., Шильман Л.З., Vasant L., David F., Morris S., Mackley L., Pruthi J.S. и др.
Широко известно, что при традиционном способе применения пряностей, в сухом и измельченном виде, качество готового продукта сильно зависит от стабильности состава и свойств пряно-ароматического сырья . Известно, что качество и вкусо-ароматические свойства натуральных сухих пряностей подвержены негативным изменениям под влиянием различных факторов и могут быть обусловлены неправильными условиями хранения, наличием или отсутствием вакуума или среды инертного газа в упаковке, видом упаковочных материалов, степенью и способом измельчения и др. Среди различных способов переработки пряно-ароматического сырья, способствующих устранению влияния описанных факторов, выделяются технологии получения экстрактов методами прессования, отгонки водяным паром, органическими растворителями, экстракцией маслом и твердыми агентами. В последнее время всё большее распространение находят продукты экстракции с применением диоксида углерода. Такой способ экстракции позволяет увеличить спектр выделяемых веществ, предотвратить процессы окисления, и сохранить при выделении вещества, обладающие биологической, антимикробной и антиокислительной активностью.
Однако экстракты пряно-ароматических растений в связи с высокой концентрацией в них ароматических компонентов нуждаются в соблюдении особых технологических приемов внесения в мясную систему.
Экстракты пряностей, предлагаемые отечественными и зарубежными производителями, обычно применяются в сухом виде после предварительного нанесения на сухие порошкообразные компоненты (поваренную соль, муку, крахмал, глюкозу), что требует дополнительных операций при подготовке рецептурных компонентов, приводит к потере их вкусо-ароматических свойств, повышает вероятность ошибок при дозировании, а иногда становится неосуществимым из-за невозможности использования сухих компонентов.
Одним из наиболее перспективных вариантов применения экстрактов является способ их введения в продукт в виде эмульсий, обеспечивающий наиболее равномерное распределение экстрактов в объеме пищевой системы, например, фарша. Анализ научных публикаций показал, что наиболее перспективным направлением, применяемым для эмульгирования жидких ароматических композиций, является использование ультразвука. Ультразвуковая обработка позволяет создавать высокодисперсные стабильные эмульсии при одновременной минимизации продолжительности обработки и поверхности контакта пищевого продукта с рабочими органами.
В настоящее время большую долю в объёме выпускаемых мясопродуктов занимают вареные колбасы. Причем, органолептические показатели данного типа продуктов, в свою очередь, в значительной мере зависят от качества пряно-ароматизирующих ингредиентов сырья, используемых в производстве.
В связи с этим актуальной становится задача создания технологии использования С02-экстрактов растений в виде эмульсий, полученных с использованием ультразвука, для производства колбас.
Способы обработки пряно-ароматического сырья
Среди основных способов традиционной обработки пряно-ароматического сырья обычно применяют отгонку с водяным паром, холодное прессование, экстракцию органическими растворителями с последующей отгонкой (олеорезины), поглощение свежим жиром, применением мацерации или С02-экстракцией [82, 83, 88, 126].
Все вышеперечисленные методы обладают определенными преимуществами и недостатками, которые существенным образом влияют на состав и свойства полученных продуктов [144]. Хотя и следует отметить, что на сегодняшний день из широкого разнообразия получаемых продуктов экстракции каждый находит своего потребителя [91, 137]. Предпочтительное использование С02-экстрактов в мясной промышленности основывается на следующих преимуществах последних, которые не содержат остатков растворителя; не содержат пестицидов, применяемых при возделывании пряностей; химическая структура и свойства выделяемых веществ соответствуют нативным; ор-ганолептические свойства близки к натуральным пряностям; характеризуются высоким содержанием биологически активных веществ [ПО]; соотношения основных групп выделяемых веществ близки к соотношениям, свойственным обрабатываемому сырью [100, 147].
Подобные свойства продуктов С02-экстракции безусловно связаны с особенностями самого процесса экстрагирования [58, 75, 96, 149].
При проведении выделения ароматических веществ методом С02-экстракции в герметичном аппарате под высоким давлением жидкий С02 ис пользуют как растворитель при температуре от 0 до 30С, причем при таких режимах совершенно не изменяется качество термолабильных веществ. При сбросе давления до атмосферного диоксид углерода мгновенно испаряется из мисцеллы (раствора извлеченных веществ и жидкого С02) и остается только чистый экстракт, точнее - те биологически активные вещества, которые находились в исходном растении. Среди важных свойств соединения диоксида углерода необходимо отметить его стерилизующий эффект, в жидкой форме он проявляет ярко выраженные селективные свойства и извлекает из растительной клетки только легколетучие ароматические и вкусовые вещества преимущественно жирорастворимой природы, оставляя в шроте камеди, смолы и другие вещества [64, 76, 180].
СОг-экстракты, полученные из пряно-ароматического, эфирномасличного и лекарственного растительного сырья, сохраняют естественный аромат, передают вкус исходной пряности, обогащены жирорастворимыми биологически активными веществами (витаминами и провитаминами Е, D, К, F, каротином), содержат, в зависимости от характера исходного сырья, вкусовые, бактерицидные, антиаллергические, противовоспалительные, регенерирующие, гормональные и другие полезные компоненты [14, 45, 111, 143].
Антиокислительные свойства СОг-экстрактов широко используются при создании рецептур устойчивых к окислению фосфолипидных продуктов диетического и лечебно-профилактического назначения [96, 113, 124, 130].
В процессе получения продуктов экстрагирования пряностей происходит количественное перераспределение композиционного состава ароматоб-разующих веществ в связи с их концентрированием, поэтому идентификация компонентов и строгое дозирование необходимы для обеспечения полноты и стабильности аромата изделий [11, 15].
Учеными Воронежской государственной технологической академии совместно со специалистами Краснодарского государственного технологического университета были проведены экспериментальные исследования по идентификации химических компонентов сухих пряностей и одноименных
СОг-экстрактов с применением модифицированных пьезосенсоров. В результате было показано, что СОг-экстракты (на примере душистого перца, мускатного ореха и кориандра) при одной и той же массовой доле анализируемого материала содержат значительно большее количество эфирных масел -главного ароматизированного компонента и представляют собой концентрат целевых ароматизирующих веществ [3, 5, 44].
В настоящее время происходит постоянное расширение направлений применения в пищевой и косметической промышленности различных продуктов С02-экстрагирования [55, 186, 187]. С02-экстракты рекомендованы для детского и специального питания, поскольку они удовлетворяют требованиям натуральности, экологичности, максимальной приближенности к составу сухих специй, при этом исключаются недостатки, присущие последним [64].
Сложности применения экстрактов связаны с тем, что они являются высоко концентрированными вязкими, а в некоторых случаях мазеобразными составами [84].
Среди предлагаемых форм введения в мясную систему можно выделить следующие: - нанесение на сухой носитель, в качестве которого может выступать соль, сахар, глютамат, фосфат, аскорбиновая кислота, крахмал, мука, декстроза и другие пищевые ингредиенты как отдельно, так и в смеси, - приготовление смеси с жирами или маслами, - приготовление эмульсий [78]. Использование в качестве носителей различных пищевых добавок влечет за собой необоснованное перегружение рецептуры большим количеством пищевых добавок [139].
Состояние направления и перспективы использования ультразвукового воздействия в пищевой промышленности
В пищевой промышленности явления, возникающие при обработке ультразвуковыми колебаниями, нашли широкое применение [12, 13, 95, 148]. Перспективными для пищевой промышленности выделяют направления использования эффектов обработки ультразвуком, связанные с ускорением многих массообменных процессов (растворение, экстрагирование, пропитку пористых тел и т.п.), ход которых ограничивается скоростью диффузии [30]. Действие высоких температур внутри кавитационных пузырьков, уменьшение толщины пограничного слоя и его турбулизация интенсифицируют также протекающие совместно химические и массообменные процессы [13, 134, 165].
Ультразвук играет большую роль в изучении вещества, используя явление отражения ультразвука на границе различных сред, конструируют ультразвуковые приборы для измерения размеров изделий (например, ультразвуковые толщиномеры для определения толщин жировой и мышечной тканей в полу ту шах) [119, 132].
При действии ультразвуковых колебаний на биологические объекты в облучаемых органах и тканях на расстояниях, равных половине длины волны, могут возникать разности давлений от единиц до десятков атмосфер. Столь интенсивные воздействия приводят к разнообразным биологическим эффектам, физическая природа которых определяется совместным действием механических, тепловых и физико-химических явлений, сопутствующих распространению ультразвука в среде [21,71].
Так, некоторые явления кавитации (гидравлический удар при схлопы-вании пузырьков воздуха) используются при очистке от жировых загрязне ний, деталей, имеющих сложную форму и труднодоступные места технологического оборудования [95].
Для инициирования и ускорения химических реакций используют эффекты разогрева паров внутри пузырька и их ионизацию [133].
В тонком слое жидкости при помощи помощью волноводного ультразвукового с концентратора, представляющего собой распылительную насадку, производят тонкое распыление с образованием аэрозолей. Что особенно актуально при нанесении различных антибактериальных покрытий на поверхность пищевых продуктов [122].
Способствование деполимеризации в растворах высокомолекулярных соединений используется, например, при синтезе различных полимеров или для получения из природных полимеров ценных низкомолекулярных веществ [112,135, 136].
Под действием ультразвука возникает такой эффект, как акустическая коагуляция, т.е. сближение и укрупнение взвешенных частиц в жидкости и газе. Физический механизм этого явления ещё не окончательно ясен. Акустическая коагуляция применяется для осаждения промышленных пылей, дымов и туманов при низких для ультразвука частотах до 20 кГц. Возможно, что благотворное действие звона церковных колоколов основано на этом эффекте [1].
В ГНУ ВНИИКОП (г. Видное Московской обл.) проводили работы по интенсифицированию способа выделения пищевых волокон из жмыха масло содержащих семян, предусматривающего экстракцию жмыха неполярным растворителем и отделение содержащей пищевые волокна твердой фазы от экстракта. Экстракцию жмыха осуществляли с наложением одновременно электростатического поля высокой напряженности и механических колебаний с частотой до 2000 кГц, а отделенную от экстракта твердую фазу подвергали сушке, что позволило интенсифицировать экстракцию из пищевых волокон сопутствующих веществ и расширить гамму экстрактивных веществ [2, 25, 57].
Для осветления напитков, растительных масел и других жидких пищевых продуктов широко применяется процесс фильтрования, эффективность которого существенно повышается под влиянием ультразвука, ускоряющего прохождение их через пористые материалы [58].
Совместные лабораторные исследования технологов ВНИИ пищевой биотехнологии (г. Москва) и ООО "Александра Плюс", производящего ультразвуковое оборудование, для решения проблемы ускорения процессов экстракции с помощью ультразвука при производстве алкогольных и безалкогольных напитков показали, что эффективность экстракции достигается при оптимальном сочетании обработки смеси сырья и экстрагента ультразвуком с частотой 22 кГц, механическом перемешивании и подогреве паром [57, 59].
Изучение эффектов, возникающих при обработке ультразвуковыми колебаниями воды, показало, что подобная обработка способствует активной деминерализации и уничтожению вегетативной формы микроорганизмов, обеспечивая высокую очистку и обеззараживание жидкости.
Перспективным направлением в сфере использования эффектов воздействия ультразвука на жидкие среды, является изучение образования эмульсионных структур, поскольку ультразвуковое эмульгирование позволяет получать в некоторых случаях тонкую эмульсию без предварительного перемешивания исходных компонентов [56, 64, 72, 102, 133].
Ультразвуковая гомогенизация находит применение в производстве цельного, сгущенного, стерилизованного, сухого молока, а также сливок, сметаны, плавленых и твердых сыров и кисломолочных продуктов. Ультразвук эффективен при изготовлении обогащенных биологически активными веществами и витаминами молочных смесей, майонезов, кремов и др.[3, 120] Эмульгирование ультразвуком широко используют при гомогенизации восстановленного молока [10, 165], при приготовлении различных микробиологических сред [164], а также в хлебопекарной промышленности [9, 23].
Органолептическая оценка эмульсий
При проведении сравнительных исследований образцов вкусо-ароматических эмульсий было предложено проводить органолептическую оценку посредством определения внешнего вида, запаха и вкуса а также показателей разбавления (ПР) по форме, представленной в таблице 2.
Внешний вид было предложено описывать, учитывая появление признаков разделения фаз эмульсий и осадка: - однородная жидкая эмульсия, - имеется небольшое кол-во крупных жировых капель на поверхности, - имеется отделение тонкого слоя жира на поверхности, - значительное отделение слоя жира на поверхности, - наличие осадка.
Нами было предложено оценивать запах эмульсий путем определения наличия и интенсивности посторонних ароматов, разделяя: нейтральный, легкий посторонний, резкий, сильный посторонний запах. Для эмульсий пряно-ароматических веществ оценивая интенсивность специфического аромата: слабой интенсивности, средней интенсивности и сильной интенсивности. Вкус эмульсий оценивали исходя как нейтральный, слегка жгучий, жгучий, свойственный используемым пряностям или не свойственный используемым пряностям.
Для определения показателя разбавления (ПР) вкусо-ароматических эмульсий, позволяющего количественно оценить ароматические свойства продукта, готовили ряд разбавленных растворов в порядке снижающихся концентраций в колбах небольшого объема (25-100 мл) добавлением охлажденной до комнатной температуры (18-20С) воды.
Данная строка заполняется при наличии нормы по соответствующему показателю. За норму может быть принято установленное в нормативно-технической документации или спецификации изготовителя требование к соответствующему показателю (характеристике) оцениваемого объекта.
Минимальной концентрацией считали такую концентрацию, при которой дегустаторы распознавали и идентифицировали специфический аромат исследуемых пряностей или экстрактов.
Использование разработанной шкалы оценки органолептических показателей позволило проводить сравнительную оценку эмульсий сразу после приготовления. А с помощью определения ПР получили возможность количественно оценивать интенсивность аромата.
Вследствие высокой нестабильности эмульсионных систем, возможного взаимодействия частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, а также наличия в системе крупных частиц, анализ качества эмульсий с помощью микроскопического метода было предложено производить по предложенной схеме.
Для приготовления гистологического препарата, в эмульсии из разных мест микропипеткой, объемом 0,02 мл отбирали по капле эмульсии и наносили на подготовленное предметное стекло.
К нанесенному на предметное стекло препарату добавляли каплю красителя, смешивали и заключали под покровное стекло. Для идентификации компонентов белковой или полисахаридной природы, входящих в состав пищевых эмульсий, использовали специфические красители. Для выявления эмульгаторов белкового происхождения использовали краситель метилено-вый синий, добавляя его к образцу эмульсии, а для ряда веществ полисахаридной природы (крахмал) низко-концентрированный раствор йода.
Дальнейшее заключение препарата производили с учетом фиксации расстояния между покровным и предметным стеклом в диапазоне 5 -МО мкм, для этого использовали волос, который укладывали под покровное стекло с двух сторон капли. Все манипуляции производили таким образом, чтобы жидкость (эмульсия) полностью заполняла весь объем между предметным и покровным стеклами.
Исследование изменения температуры модельных эмульсий при различных параметрах обработки ультразвуком
В результате математической обработки экспериментальных данных получена следующая зависимость устойчивости эмульсий Р, гобр, %от : У = 100 X Jg;-(1 008-0,000305xP)x(0.0555-0.046xTo s,+0.0098xrSSl)xTolI1 где: У - устойчивость эмульсии в момент (тот) её определения в хранении; Р - интенсивность ультразвукового воздействия, Вт/см2 обр- продолжительность ультразвукового воздействия, с/60; хом — продолжительность отстаивания эмульсии при определении устойчивости, час; Путем аппроксимирования экспериментальных значений были рассчитаны такие значения продолжительности ультразвуковой обработки, при которых эмульсии, полученные обработкой в исследованных параметрах интенсивности будут обладать минимальным темпом снижения устойчивости, что; достигается при условии T0GP= bj/2c; (табл. 5). Анализ изменения которых показал, что оно может быть описано параболической кривой, с точкой перегиба, соответствующей условию формирования наиболее устойчивых дисперс-ных систем, составляющей 197 Вт/см .
Анализ полученных материалов по характеру изменения температуры обрабатываемой системы при воздействии ультразвуковых колебаний раз личной интенсивности систем «вода - растительное масло» (рис. 19) с начальной температурой 5С, свидетельствует об их корреляционной зависимости от уровня интенсивности воздействия ультразвука.
Изменение температуры модельной системы при различной интенсивности обработки ультразвуком Установленная зависимость, в данном диапазоне измерений, характеризуется уравнением вида: Тэ= (А + В х Р,)хт, + to, (Ю) где: Тэ - температура эмульсии, С; Pi - интенсивность ультразвукового воздействия, Вт/см Tj — продолжительность ультразвукового воздействия, с; (A + ВхРі) - коэффициент, характеризующий интенсивность увеличения температуры в зависимости от изменения интенсивности воздействия ультразвука (А=0,099 С/с, В =0,0008 Схсм2/ Вт -с); t0 - начальная температура смеси воды и масла (5 С) На рисунке 20 показаны зависимости изменения температуры модельных эмульсий, подвергавшихся эмульгированию ультразвуком различной интенсивности, от количества энергии (Э), вносимой при обработке.
В ходе анализа представленных зависимостей, было отмечено, что с увеличением интенсивности ультразвука значительно изменяется динамика увеличения температуры эмульсии. Вероятно, при обработке ультразвуком интенсивностью 200 Вт/см2, максимальная часть вносимой энергии была потрачена на создание дисперсной структуры, при этом лишь незначительная её часть выделилась в виде тепла, способствовавшего нагреву воды и жира в системе. Причем с уменьшением интенсивности воздействия, при достижении определенного уровня дисперсности, все большее количество энергии, затрачивается на нагрев эмульгируемой системы.
Для исследования влияния исходной температуры водо-жировой смеси на свойства готовой модельной эмульсии определяли динамику изменения температуры под действием ультразвука, дисперсность и устойчивость получаемых при обработке эмульсий.
Измерения температуры системы вода-масло производили при условии начальной температуры 5, 15, 25, 35С. Полученные данные по характеру изменения температуры обрабатываемой системы в условиях различных температур исходной водо-жировой смеси (рис. 21) подтвердили прямую зависимость изменения температуры обрабатываемой эмульсии от продолжитель С увеличением температуры исходной смеси было отмечено увеличение количества частиц с диаметром более 6 мкм, способствующее возрастанию их объемной доли в структуре эмульсионных систем.
Так в эмульсии, выработанной с начальной температурой 35С, происходило увеличение в 1,5 раза объема частиц диаметром более 6 мкм по сравнению с аналогичными показателями эмульсионной системы с начальной температурой 5 С.
С увеличением исходной температуры смеси с 5 до 35С выявлено увеличение среднего диаметра частиц дисперсной фазы на 13% (таблица 6). Причем отмеченное увеличение показателя НЭ системы свидетельствовало об увеличении разнородности структуры жировой фазы.
На основании представленных данных был сделан вывод о целесообразности снижения температуры исходной водо-жировой смеси перед проведением эмульгирования.
В ходе проведения анализа устойчивости эмульсионных систем, выработанных при начальных температурах 5, 15, 25 и 35С было отмечено, что со снижением исходной температуры смеси, у эмульсий, подвергавшихся воздействию ультразвуковых колебаний одинаковой продолжительности, наблюдалось увеличение временного промежутка, требуемого как для появления первых признаков расслоения структуры, так и всей продолжительности процесса отстаивания (рис. 23).
