К.т.н. Плотникова
И.В., к.х.н. Кузнецова И.В.,
магистрант
Бордунова М.М.
ФГБОУ ВО «Воронежский
государственный университет
инженерных технологий», Россия
Изменение форм связи влаги в зефире без
сахара методом дифференциально-термического анализа
Сотрудниками кафедры Технологии
хлебопекарного, кондитерского, макаронного и зерноперерабатывающего производств
ФГБОУ ВО ВГУИТ разработан способ получения зефира на основе патоки крахмальной
без использования сахара-песка, что существенно изменило углеводный состав изделия
и повлияло на физико-химические процессы, протекающие в процессе получения и
хранения зефира.
Цель работы – исследование
содержание и соотношение свободной и связанной форм влаги в зефире на основе
патоки после его хранения.
Обеспечение свежести зефира связано с равномерным
распределением и удержанием влаги внутри
изделия в течение всего срока его хранения. При хранении в зефире непрерывно
протекают процессы миграции влаги, вызывая со временем черствение продукта. Одним
из важных условий предотвращения данного процесса является связывание свободной
влаги и удержание ее внутри изделия.
Оптимальным решением является использование в рецептуре крахмальной
патоки взамен сахара-песка, в состав которой входят высокомолекулярные соединения – декстрины от
30 до 50 %, представляющие собой по своей химической природе разветвленные высокомолекулярные
вещества, способные вступать в физическое взаимодействие со свободной влагой в
виде реакции сольватации, связывая молекулы воды, ограничивая их подвижность, и
обеспечивая надежное удержание влаги внутри изделия.
Важными свойствами,
характеризующими качество зефира после хранения, являются содержание и соотношение
свободной и связанной форм влаги в продукте. Экспериментальные исследования
определения содержания и соотношения свободной и связанной форм влаги в зефире проводились
дифференциально-термическим анализом (ДТА) и термогравиметрией (ТГ). ДТА
основан на регистрации тепловых эффектов превращений, протекающих в исследуемых
образцах в условиях программированного воздействия температуры.
Термогравиметрия позволяет установить изменения, протекающие в продукте, в том
числе потерю массы в процессе повышения температуры [1].
Для
исследования закономерностей теплового воздействия на свойства зефира был
использован метод неизотермического анализа и прибор синхронного термического
анализа модели STA 449 F3 Jupiter.
Для
обработки полученных зависимостей кривых дифференциального сканирования
калориметрии ДСК и термогравиметрии ТГ использовалось программное обеспечение
NETZSCH Proteus и Microsoft Excel, после чего строили дифференциальные кривые dДСК и dТГ. Эксперименты проводились по программе
нагрева до 350 °С со скоростью 5 К/мин.
При
осуществлении исследований использовались навески зефира различного состава.
Полученные термограммы обрабатывались при помощи метода неизотермической
кинетики с нахождением степени превращения
За контроль принимали
зефир, приготовленный по традиционной технологии с использованием сахара-песка
– образец № 1, исследуемым образцом являлся зефир на основе патоки крахмальной
высокоосахаренной – образец № 2.
Полученные
термоаналитические кривые ТГА, описывающие процесс термолиза образцов зефира,
показали, что у двух исследуемых образцов в интервале температур от 8 до 253 °С
на кривых ДСК наблюдается ряд эндоэффектов, сопровождающихся изменением
массы на кривых ТГ.
III II I Температура,
оС II I Температура,
оС
Таблица 1 – Тепловые эффекты в процессе
нагревания образцов зефира
|
№/ № |
Образец зефира |
Температурный интервал, °С |
Энтальпия ∆ Н (кривая ДСК), Дж/г |
Потеря массы (кривая ТГ), % |
|
1. |
- с
использованием сахара-песка (контроль) |
8-150 |
328,9 |
13 |
|
150-170 |
3,833 |
16 |
||
|
180-240 |
92,6 |
42 |
||
|
2. |
- на
основе патоки |
8-162 |
298 |
14 |
|
163-253 |
166,1 |
40 |
В
процессе термического анализа контрольного образца зефира на кривой ДСК выделяются
три эндотермических эффекта: I
эффект
- в интервале температур от 8 до 150 °С соответствует процессу дегидратации
и потери массы на 13 %; II эффект
- в интервале температур от 150 до 170 °С соответствует потери массы на 16
%; III
эффект
- в интервале температур от 180 до 240 °С соответствует резкому снижению
массы до 42 % по кривой ТГ, что соответствует разложению сахарозы и других
моносахаридов на побочные продукты и органические вещества.
В
процессе термического анализа при
нагревании зефира на основе патоки на кривой ДСК наблюдаются два
эндотермических эффекта: I
эффект - в интервале температур от 8 до 162 °С соответствует процессу
дегидратации и потери массы на 14 %; II эффект - в интервале температур от 163 до 253 °С
соответствует резкому снижению массы до 40 % по кривой ТГ, что соответствует
распаду моно- и полисахаридов патоки на ангидриды и продукты конденсации до
образования красящих, гуминовых веществ и органических кислот.
Чем
выше температура воздействия на продукт, тем ниже вязкость массы и тем легче
происходит миграция влаги из продукта, причем вязкость зефирной массы зависит
от качества и содержания пектиновых веществ, количества добавляемой патоки, наличия
редуцирующих сахаров (глюкозы, мальтозы, фруктозы). Пектиновые вещества и
декстрины патоки обладают гидрофильными
свойствами, они способны прочно удерживать влагу в материале. Следовательно,
чем больше патоки в рецептуре, тем прочнее молекулы декстринов удерживают влагу
в продукте, тем скорость удаления влаги из зефирной массы снижается и процесс
сушки замедляется.
Процесс
дегидратации в контрольном образце зефира с использованием сахара происходит в
менее широком температурном интервале (от 8 до 150 °С),
чем в образце зефира на патоке (от 8 до 162 °С), что свидетельствует о большей
степени связанности влаги в исследуемом образце.
Увеличенный
температурный интервал на втором и третьем участке свидетельствует о большей
доле связанной влаги. В образце зефира на патоке массовая доля удаляемой воды
на втором участке составляет 31,1 %, у
контрольного образца – 17,1 %.
На
третьем этапе в контрольном образце происходит удаление влаги на 10,9 %, в образце на патоке – 15,9 %.
По
второй и третьей ступеням массовая доля связанной влаги для опытного образца
(47 %) больше, чем у контрольного (28 %), следовательно, замена сахара-песка на
патоку в рецептуре зефира понижает долю свободной влаги и увеличивает
хранимоспособность готового продукта.
Срок
хранения исследуемого образца зефира на основе патоки без признаков черствения
составил 6 месяцев. Физико-химические и органолептические показатели зефира на
протяжении всего срока хранения соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011 «О
безопасности пищевой продукции».
Литература:
1. Котова, Д.Л. Термический анализ ионообменных
материалов : учеб. пособие [Текст] /
Д.Л. Котова, В.Ф. Селеменев. - М.: Наука, 2002. – 157 с.
2. Технология кондитерских изделий. Практикум : учеб.
пособие [Текст] / А. Я. Олейникова, Г. О. Магомедов, И.
В. Плотникова, Т. А. Шевякова. – СПб.: ГИОРД, 2015. – 600 с.
3. Корниенко, Т.С. Дисперсные системы и
структурообразование : учеб. пособие [Текст] / Т.С. Корниенко, Е.А. Загарулько,
Ю.Н. Сорокина. – Воронеж: ВГТА, 2009. – 100 с.