Самые популярные статьи







    Формы связи влаги с продуктом

    Сушеный сладкий болгарский перец является важной пищевой добавкой при производстве функциональных продуктов питания. От правильности выбора режима сушки зависят пищевая ценность и качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом структурно-механических, биологических и физико-химических преобразований веществ. Для эффективной реализации процесса сушки перца необходимо изучить характер связи влаги с продуктом.

    В качестве объекта исследования использовали кубики перца размером 6x6x6 мм, которые предварительно отсортировывали с целью выравнивания гранулометрического состава и обеспечения однородности структуры продукта.

    Закономерности теплового воздействия на растительные продукты исследовали методом неизотермического анализа на дериватографе системы Паулик-Паулик—Эрдей в атмосфере воздуха с постоянной скоростью нагрева 3°С/мин до 300°С.

    Исследования осуществляли в кварцевых тиглях с общей массой навески для образца 382,2 мг. В качестве эталона использовали Аl2О3, прокаленный до 2800°С. Применяемые для количественной обработки методом неизотермической кинетики термоаналитические кривые одновременно регистрируют изменения температуры ТА, массы образца TG, скорости изменения температуры или энтальпии DTA и изменения массы DTG. Регулировочное устройство давало возможность равномерного нагревания печи, а достижение линейности программы нагрева печи обеспечивало воспроизводимость кривых ТА, TG, DTA и DTG.

    Выбор режимов записи дериватограмм определялся с учетом методики. Были выбраны следующие режимы снятия дериватограмм: чувствительность гальванометра: DTA – 1/10, DTG – 1/5, TG – 200 мг; скорость изменения температуры нагрева печи 3°С/мин; максимальная температура нагрева 300°С.

    В процессе теплового воздействия частицы растительных продуктов претерпевают значительные физико-химические изменения, в результате которых испаряется вода, определяющая характер протекающих внутри продукта преобразований. За счет испарения влаги и разложения Сахаров, клетчатки и других органических соединений (лизин, метионин) их масса снижается на 65-73%. При этом происходит ослабление прочности структуры вследствие частичного гидролиза клетчатки, целлюлозы и других сложных углеводов, из которых состоят стенки клеток и межклеточные перегородки.

    рис. 1

    На рис. 1 изображена дериватограмма перца, снятая в интервале 298-363 К.

    Кривая DTA показывает значительный эндотермический минимум при температуре 303 К. Одновременно на кривой DTG фиксируется два минимума, отвечающих процессам дегидратации продукта и выделению газообразных фракций. Кривые DTA и DTG показывают изменения в перце в результате нагревания, но формы этих кривых различны. Это свидетельствует о том, что весь участок кривой DTA был создан в результате сложения термических эффектов нескольких химических реакций, связанных со сложной структурой перца.

    Для оценки различных форм связи влаги в перце участок кривой изменения массы TG преобразовали в зависимость степени изменения массы или превращения вещества от температуры. Для этого через каждые 5 К на кривой TG, при определенных значениях температуры, находили изменение массы mi, образца, соответствующее массовой доле высвобождающейся воды при температуре Ti. Степень изменения массы a рассчитывали как отношение массы mi к общей массе, содержащейся в продукте воды m, определяемой из кривой TG в конце процесса дегидратации. Полученная кривая TG в координатах a-T имеет S-образный вид, отражающий сложный характер взаимодействия воды и сухих веществ перца, и предполагает различие в скорости высвобождения воды на разных участках данной кривой (рис. 2). Следовательно, кривые зависимости степени превращения вещества от температуры позволяют изучить различные, кинетически неравноценные формы связи влаги с продуктом и предполагают разную скорость дегидратации.

    Для определения температурного интервала и количества влаги использовали кривую в координатах (-lg a)-(103/T). Зависимость (-lg a) от величины (103/T) (рис. 3) выполнена для интервала 298-363 К.

    На рис. 3 отчетливо видны три линейных участка для перца, что свидетельствует о ступенчатом выделении воды. При температуре 328 К осуществляется разрушение связи вода-вода, а при 348 К удаляется адсорбционно-связанная влага. В интервале температур 348-363 К наблюдается разложение веществ в перце с выделением газообразных составляющих.

    Каждой из ступеней дегидратации соответствует процесс выделения воды с различной энергией связи. Кривая изменения массы исследуемого продукта имеет две точки перегиба при температурах 328 и 348 К, показывающие изменение механизма деструкции.

    Рассмотрим более подробно формы связи влаги в продукте. На первой стадии происходит нагрев и удаление свободной воды (участок АС, рис. 3) механически и осмотически связанной влаги, имеющей невысокую энергию связи с продуктом. Высвобождается вода, образующая ажурную сетку из ассоциатов молекул воды, связанных между собой водородными связями. При этом десорбция капиллярной воды характеризуется более низкими величинами энергии активации по сравнению с водой, высвобождающейся на второй ступени.

    В процессе нагрева часть осмотически и иммобилизационно связанной влаги, удерживаемой в замкнутых ячейках белковых мицелл, высвобождается при развертывании их полипептидных цепей при температуре испарения адсорбционно-связанной влаги в результате нарушения мицеллярных и гидрофобных взаимодействий белков и углеводов с водой.

    Вода, выделяющаяся на второй ступени, образует несколько последующих слоев молекул, более прочно связанных с продуктом (участок CD, рис. 3). Данные молекулы испытывают влияние активных групп сухих веществ и обладают более искаженной структурой по сравнению с водой в объеме. Пик эндотермического эффекта на кривой DTG при температуре 333 К, сопровождающийся окончанием интенсивной потери массы, соответствует высвобождению молекул воды с физико-химической связью.

    С температуры 348-363 К наблюдается деструкция вещества с последующим терморазложением продукта. Общая потеря массы составляет 80,43% при нагревании перца до температуры 403 К.

    Таким образом, анализ полученных данных позволил выделить три периода дегидратации воды и преобразования сухих веществ при термическом воздействии на перец, а также выявить температурные зоны, которые соответствуют высвобождению влаги с различной формой и энергией связи.



    Материал взят из журнала "Известия вузов. Пищевая технология" 1/2005, статья " Определение форм связи влаги в перце методом дифференциально-термического анализа", авторы: Л.Н. Остриков, А.Н. Чайкин, И.В. Кузнецова, Воронежская государственная технологическая академия.



    Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter. Будем благодарны за помощь.