Изучение процесса гелеобразования в системе «NEA pectin: Ca 2+»

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Пищевая промышленность


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Сетевой научно-практический журнал
серия Технологии бизнеса и сервиса
ТТАУЧНЫЙ РЕЗУЛЬТАТ
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИНДУСТРИИ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ И ТОРГОВЛИ
641. 51:637. 48:66. 022. 36:547. 458
Пивоваров П. П., Пивоваров Е. П., Кондратюк Н. В., Степанова Т. М. Изучение процесса гелеобразования в системе «NEA pectin: Ca 2+»
Аннотация статье рассмотрены химические взаимодействия, происходящие в процессе гелеобразования в системе на основе низкоэтерифицированного амидированного пектина и свободных ионов кальция, источником которых является порошок яичной скорлупы. тулючевые слова: кальций- яичная скорлупа- низкоэтерифицированный амидированный пектин- гелеобразование- комплексообразование.
Pivovarov P.P., Pivovarov E.P., Kondratjuk N.V., Stepanova T.M. Study of gelling in the system of «NEA pectin: Ca 2+»
STRAKT
The chemical interactions occurring in the process of gelation in a system based on low-esterified pectin and amidated free calcium ions, the source of which is the egg shell powder.
ywords: calcium- egg-shell- low-esterified and amidated pectin- gelation, complexation.
Введение. Увеличение интереса к компьютеризации и автоматизации условий трудовой деятельности человека существенно снижает уровень его физической активности, что, в свою очередь, требует пересмотра пищевого рациона в сторону оптимизации баланса между энергопотреблением орга-низ-ма и калорийностью пищи [1]. Исходя из существующего сырьевого набора, питание становится избыточно калорийным и при-
водит не только к нарушениям обменных процессов, но, также, и к ряду заболеваний -ожирение, сахарный диабет, сердечная недостаточность.
Согласно классическим канонам принятия пищи, сладкие блюда являются позитивным (в психологическом и физиологическом аспектах) завершением любой трапезы [2]. Однако высокая энергетическая ценность значительно снижает уровень их потре-
№ 2 2014
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
бления, что приводит к ряду нервных расстройств, связанных с неудовлетворением процесса принятия пищи из-за ощущения незавершенности.
Таким образом, решение вышеобозначен-ной проблемы приобретает актуальность и диктует необходимость создания низкокалорийных сладких блюд с повышенной биологической и пищевой ценностью.
Как известно, большинство сладких блюд создаются посредством образования гелей или эмульсий. В первом случае носителем большого числа калорий выступает желатин, во втором — жир. Калорийность десертной продукции, созданной по эмульсионному типу, снизить более проблематично, чем продукции гелеобразной.
На сегодняшний день особенной популярностью пользуются блюда на основе полисахаридов, которые способны формировать гель и при этом не вырабатывать большого числа калорий при усвоении в организме человека. Однако принципы ге-леобразования в системе полисахаридов недостаточно изучены, поскольку требуют глубокого понимания химических взаимодействий между участниками процесса. Сложность заключается в неоднородности качественного и количественного состава полисахаридов, возникающей из-за природы их происхождения и факторов формирования полисахаридных цепочек в природном сырье. Также большой сложностью является понимание конформаци-онных превращений, возникающих в поле обводнённых полисахаридных цепочек в присутствии химически активных центров связывания, которыми выступают свободные ионы металлов (Са2+, Mg2+, Fe3+). Наибольший интерес из представленного спектра химически активных центров представляют полисахаридные гели пектина, образованные посредством комплексообра-зования в присутствии ионов кальция.
Цель работы — исследование процесса гелеобразования в системе «NEA pectin: Ca 2+» для получения низкокалорийных пищевых композиций с последующим их использованием в сладких блюдах.
Материалы и методы исследования. Низкоэтерифицированный амидованный ци-
трусово-яблочный пектин «NECJ-Ai» (производитель: «PEKTOWIN» Sp. z o.o., шсух. в-в & gt- 90%), кислота лимонная, сахар белый кристаллический, вода питьевая подготовленная. Изучение физико-химических показателей гелеобразных систем осуществлялось согласно стандартным методикам, сравнительный органолептический анализ был проведен методом органолептической оценки.
Для подтверждения термодинамического преимущества образования комплекса кальция с остатками галактуровой кислоты в составе пищевых систем было проведено квантово-химическое моделирование с ис-пользова-нием метода РМ6 [3]. Результаты квантово-химического моделирования были сопоставлены с результатами исследования термодинамического равновесия в системе «NEA pectin: Ca 2+», которые осуществлялись по методике проведения прямой калориметрии.
Результаты исследования и их обсуждение. Одним из путей решения данной проблемы является создание продукции, которая по органолептическим показателям должна оставаться привычной для потребителя и при этом иметь низкую калорийность. Таким образом, в работах [4, 5] были освещены предложения по созданию желе на плодово-ягодной и цитрусовой основе с альтернативной технологической заменой желатина, который является достаточно калорийным студнеобразователем, на пектин, учитывая его способность образовывать ио-нотропные гели в присутствии свободных ионов кальция.
На первом этапе исследования была создана система «NEA pectin: Ca2+», в состав которой входили низкоэтерифицированный амидированный пектин и ионы кальция, извлеченные из порошка яичной скорлупы ультра мелкого помола путём химических взаимодействий между ионами металла и остатками галактуроновых кислот.
Разработка технологии полуфабриката «Порошок яичной скорлупы» для последующего использования его в системе «NEA pectin: Ca2+» осуществлялась с соблюдением условий безопасности и органолептической привлекательности полуфабриката в готовом продукте.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
Рис. 1. Технологическая схема получения полуфабриката «Порошок яичной скорлупы» Technological scheme of obtaining semifinished «egg shell powder»
Технологическая схема получения полуфабриката «Порошок яичной скорлупы» [4] представлена на рис. 1., из которого видно, что процесс изготовления начинается с полной санитарной обработки сырья, согласно СанПиН 42−123−5774−91.
Далее, под струей воды скорлупа была освобождена от подскорлупной оболочки, проварена при слабом нагреве и, после из-
влечения из варочной среды, обсушена на воздухе. Подготовленное таким образом сырьё было измельчено на дисмембраторе [6] до размера частиц 35−41 мкм, что являлось достаточным для того, чтобы не быть распознанными чувствительными зонами языка.
Для проверки степени безопасности, полученный полуфабрикат был исследован на микробиологическую чистоту (табл. 1).
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
Таблица 1
Микробиологические показатели безопасности полуфабриката
«Порошок яичной скорлупы»
Microbiological safety indicators semifinished «Powder eggshell»
Наименование показателей Значение Метод контроля
Количество МАФАМ, КОЕ в 1 г, не более Не более 5×104 ГОСТ 10 444. 15
БГКП (колиформы), в 0,1 г Не обнаружено ГОСТ 30 518
Патогенные микроорганизмы, в т. ч. бактерии рода Salmonella, в 25 г Не обнаружено ИН№ 1135(4)
ДСТУ EN 12 824
Плесневые грибы, КОЕ в 1 г, не более До 1 X 102 ГОСТ 10 444. 12
Дрожжи, КОЕ в 1 г, не более До 1 X 102 ГОСТ 10 444. 12
Плесени, КОЕ/г До 1 X 102 ГОСТ 4. 24.3.5 ГОСТ 11 293
Результаты, приведенные в табл. 1., позволяют судить о безопасном применении данного полуфабриката в питании.
Для придания органолептической привлекательности в технологиче-ском моделировании были использованы кислота лимонная (0,13−0,16%) и сахар кристаллический (16%).
В основу разработки технологии было положено химическая актив-ность ионов кальция, которая возникает в момент его попадания в сетку высокомолекулярного раствора низкоэтерифицированного амидированного пектина. По сравнению с обычными низ-коэтерифицированными пектинами, ами-дированные обладают рядом преимуществ, которые становятся в пользу гелеобразова-ния. Во-первых, образуются термообратимые гели. Во-вторых, система приобретает
тиксотропность, благодаря свойствам амиди-рованных пектинов. В-третьих, системе присуща толерантность к широкому диапазону концентраций ионов кальция даже при их низкой концентрации (0,025%).
Для разработки технологии был выбран именно низкоэтерифицированный амиди-рованный пектин «NEA pectin», поскольку он более высокочувствителен к свободным ионам кальция по сравнению с обычным низкоэтерифицированным пектином, что, в свою очередь, требует меньшей концентрации минерального компонента для гелеобра-зования, что будет способствовать лучшему усвоению пищевой системы в организме человека. На рис. 2 показана зависимость прочности таких гелей от концентрации порошка яичной скорлупы в исследуемой системе.
Пивоваров П. П., Пивоваров Е. П., Кондратюк Н. В., Степанова Т. М.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
Н
Рис. 2. Зависимость прочности студней на основе пектина от содержания порошка яичной скорлупы Dependence of the strength of gels based on the content of pectin powder eggshell
Из рис. 2 видно, что с увеличением каль-цийсодержащего компонента прочность системы также увеличивается, однако, следует отметить, что по органолептическим показателям есть ограничения.
Таким образом, в ходе органолептическо-го анализа было установлено, что необходимое количество кальция, которое позволит получить органолептически привлекательные образцы, содержится в диапазоне 0,0250,4% порошка яичной скорлупы.
Полученные гели имели свойственный для желатиновых студней стекловидный излом. В ходе наблюдений, полученных во время эксперимента, следует отметить, что низкое содержание кальция позволяет получить прозрачные упругие гели, не склонные к быстрому синерезису. Однако с увеличением количества минерального компонента в системе хотя и наблюдалось увеличение силы, выдерживающей нагрузку, но при этом гели становились более грубыми и ломкими.
На рис. 3 приведена модель комплекса кальция с четырьмя остатками галактуроно-вой кислоты, полученная путём квантово-хи-мического моделирования методом РМ6.
Связь в системе «NEA pectin: Ca 2+» носит ионный характер. Равно-мерно распределенная сила связи между четырьмя остатками галактуроно-вых кислот разрушается, в результате попадания системы в кислую среду (желудочный сок), что приводит к высвобождению ионов Са2+ для дальнейшей их усвояемости организмом человека.
В ходе эксперимента были также установлены сроки и условия хранения полученных образцов (t = +4−8°C, т = 3−4 сут.). Сроки хранения в закрытом виде на данный момент уточняются.
Заключение. Таким образом, было установлено, что полученные гели на основе системы «NEA pectin: Ca 2+» с использованием порошка яичной скорлупы, как источника кальция, в диапазоне 0,025−0,4%, имеют хорошие органолептические показатели и могут выступить низкокалорийной альтернативой желатиновым гелям.
Также было доказано, что реализация свойств системы «NEA pectin: Ca2+» будет происходить в подкисленных пищевых средах. Для этого было предложено использование цитрусового и/или плодово-ягодного сырья.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
HO H H OH
Ii iE
H/C-С'- IT /с-сх
о — с н ио 4i-o-cy он н V-o
ч н / 1 н / 1 4о_с ¦ Н 4 С_О Н
I I
COO. ОС) с
СОО'-у QOC
I '-I
^ ^ н 1 л Н х1
О-С С-О-с с 0~
I ч Н, НО, [ ., ОН Н у
II с-с у н 4 с_с
II II
НО Н 1 [ ОН
Рис. 3. Модель устойчивого комплекса кальций галактуроната Model stable complex calcium galacturonate
Путём проведения прямой калориметрии были подтверждены тепловые эффекты моделей комплекса кальция с галактуронатами, полученные в ходе квантово-химического моделирования. Разница между тепловыми эффектами составила 3%, что подтверждает правильность результатов квантово-химиче-ского моделирования.
Таким образом, работы в этом направлении можно считать весьма перспективными.
Связь в системе «NEA pectin: Ca 2+» носит ионный характер. Равно-мерно распределенная сила связи между четырьмя остатками галактуроно-вых кислот разрушается, в результате попадания системы в кислую среду (желудочный сок), что приводит к высвобождению ионов Са2+ для дальнейшей их усвояемости организмом человека.
В ходе эксперимента были также установлены сроки и условия хранения полученных образцов (t = +4−8°C, т = 3−4 сут.). Сроки хранения в закрытом виде на данный момент уточняются.
Заключение. Таким образом, было установлено, что полученные гели на основе системы «NEA pectin: Ca 2+» с использованием порошка яичной скорлупы, как источника кальция, в диапазоне 0,025−0,4%, имеют хорошие органолептические показатели и могут выступить низкокалорийной альтернативой желатиновым гелям.
Также было доказано, что реализация свойств системы «NEA pectin: Ca2+» будет происходить в подкисленных пищевых средах. Для этого было предложено использование цитрусового и/или плодово-ягодного сырья.
Путём проведения прямой калориметрии были подтверждены тепловые эффекты моделей комплекса кальция с галактуронатами, полученные в ходе квантово-химического моделирования. Разница между тепловыми эффектами составила 3%, что подтверждает правильность результатов квантово-химиче-ского моделирования.
Таким образом, работы в этом направлении можно считать весьма перспективными.
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ГЕЛЕОБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ «NEA pectin: Ca 2+»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Павлоцька Л. Ф., Дуденко Н. В Основи фiзюлогii, ппени харчування та проблеми безпеки харчових продуклв Навчальний по-йбник. Суми: ВТД «Унiверситетська книга», 2007. 441 с.
2. Фурс И. Н. Технология производства продукции общественного питания Учебное пособие / И. Н. Фурс. Мн.: Новое знание, 2002. 799 с.
3. A DFT Study of the Complexation of Alginic Acid with Ca2+ Ions / S. I. Okovytyy, P. P. Pivovarov, E. P. Pivovarov, N.V. Kondratjuk et al. // 10th Southern School on Material Science and Computational Chemistry, 23 April 2010: materials. — Jackson: Jackson State University, 2010.
4. Перспективи використання цитрусових плодiв у склад гелеподiбно'-i десертно1 продук-цц на основi системи «альпнат натрiю — пробю-тичнi м^ооргашзми» / П. П. Пивоваров, 6.П. Пивоваров, Н. В. Кондратюк, Т. М. Степанова // Збiрник наукових праць ОНАХТ, вип. 44, Т.2. 2013. С. 118−121.
5. Перспективы использования яичной скорлупы в технологии слад-ких блюд на основе пектина / Е. П. Пивоваров, Н. В. Кондратюк, Т. М. Степанова // Збiрник наукових праць. Серiя: Новi ршення в сучасних техно-лопях. Х.: НТУ «ХП1», 2014 № 17. С. 175−180. (включено у довщник перiодичних видань
бази даних «Ulrich'-s Periodicals Directory» (New Jersey, USA)).
6. А/с № 1 126 321, kl. В 02 С 13/22 Дисмем-братор / А. В. Браславский, Ф. Е. Максимов, Н. И Рассказов, А. И. Рыбалка, А. И. Макаров, А. Д. Агеенков (СССР), заявл. 18. 03. 83- опубл. 30. 11. 84, Бюл. № 44. 1984.
REFERENCES
1. Pavloc'-ka L.F., Dudenko N.V. Fundamentals of physiology, nutrition and food safety problems. Sumy: VTD «Universitets'-ka kniga», 2007. P. 441.
2. Furs I.N. Technology of production of products catering. Minsk: Novoe znanie, 2002. P. 799.
3. Okovytyy S.I., Pivovarov P.P., Pivovarov E.P., Kondratjuk N. V et al. 10th Southern School on Material Science and Computational Chemistry. 23 April 2010.
4. Pivovarov P.P., Pivovarov E.P., Kondratjuk N.V., Stepanova T.M. Collected Works of ONAFT. V. 2, 2013: PP. 118−121.
5. Pivovarov E.P., Kondratjuk N.V., Stepanova T.M. Collected Works. Series: New solutions in modern technologies. V. 17, 2014: PP. 175−180.
6. Braslavskij A.V., Maksimov F.E., Rasskazov N.I., Ribalka A.I., Makarov A.I., Ageenkov A.D. (1984) Dismembrator. Certificate of authorship o USSR № 1 126 321, kl. В 02 С 13/22, st. 18. 03. 83, publ. 30. 11. 84.
данные об авторах
Пивоваров Павел Петрович,
профессор, доктор технических наук, профессор Харьковский государственный университет питания и торговли ул. Клочковская, 333, м. Харьков, 61 051, Украина E-mail: pcub@ukr. net
Пивоваров Евгений Павлович,
доцент, доктор технических наук, доцент Харьковский государственный университет питания и торговли ул. Клочковская, 333, м. Харьков, 61 051, Украина E-mail: pcub@ukr. net
data about the authors
Pivovarov Pavel P. ,
Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kharkiv State University of Food Technology and Trade 333, Klochkivska St., Kharkiv, 61 051 Ukraine E-mail: pcub@ukr. net
Pivovarov Evgenij P. ,
Associate Professor, Ph.D., Associate Professor, Kharkiv State University of Food Technology and Trade 333, Klochkivska St., Kharkiv, 61 051 Ukraine E-mail: pcub@ukr. net
Кондратюк Наталия Вячеславовна,
доцент, кандидат технических наук, Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара пр. Гагарина, 72, м. Днепропетровск, 49 050, Украина E-mail: kondratjuk_nata@mail. ru
Степанова Татьяна Михайловна,
старший преподаватель Сумской национальный аграрный университет, ул. Г. Кондратьева, 160, м. Сумы, 40 021, Украина E-mail: stepan_01@i. ua E-mail: eshkina97@mail. ru
Рецензент: Якуба А. Р., профессор, доктор технических наук, профессор, Сумской национальный аграрный университет
Kondratjuk Natalija V. ,
Associate Professor, Ph.D., Dnepropetrovsk National University Oles Honchar 72, Gagarina Pr, Dnepropetrovsk, 49 050, Ukraine. E-mail: kondratjuk_nata@mail. ru
Stepanova Tatiana M. ,
Senior Lecturer Sumy National Agrarian University Gerasima Kondrat'-eva st, Sumy, 40 021, Ukraine E-mail: stepan_01@i. ua
160,

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой