УДК 621.56

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРИОЛАБИЛЬНЫХ РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ

Касьянов Г.И.1, Сязин И.Е.2
1Кубанский государственный технологический университет, д.т.н., профессор
2Кубанский государственный технологический университет, аспирант

Аннотация
В статье представлены результаты исследований реологических характеристик криолабильных растительных продуктов на примере плодов киви, фейхоа и хурмы.

Ключевые слова: замораживание, киви, криоконсервирование, криопротектор, низкие частоты, пектин, реология, структурометр, фейхоа, хурма


RHEOLOGIC CHARACTERISTICS OF CRYOFROZEN CRYOLABILE VEGETATIVE RAW MATERIALS

Kasyanov G.I.1, Syazin I.E.2
1Kuban State Technological University, Dr.Sci.Tech., professor
2Kuban State Technological University, postgraduate

Abstract
The research results of rheologic characteristics of criolabile vegetative raw materials on examples of kiwi, feijoa and persimmon have been represented in the article.

Keywords: cryopreservation, cryoprotector, feijoa, freezing, kiwi, law frequencies, pectin, persimmon, rheology, structurometr


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Касьянов Г.И., Сязин И.Е. Реологические характеристики криолабильных растительных продуктов // Современные научные исследования и инновации. 2011. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2011/12/5988 (дата обращения: 29.09.2017).

Поиск оптимальных криозащитных веществ является актуальной задачей при криоконсервировании криолабильного растительного сырья. На кафедре технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ разработана теория и методы криоконсервации и восстановления полноценных растительных тканей из размороженного материала, включая методы клеточной инженерии.

 

Недостатком современной холодильной отрасли является отсутствие технологии, с помощью которой можно без существенной потери качества получать замороженный криолабильный растительный полуфабрикат [1, 3].

Это обусловлено необратимым криоповреждением лабильной части ряда биологически активных веществ.

По нашему мнению, одной из главных характеристик качества криолабильного замороженного полуфабриката можно назвать реологические характеристики. Например, вязкость, напряжение сдвига, или такие мало исследованные параметры для растительных продуктов, как усилие нагружения при величине деформации, т.к. в результате воздействия низких температур происходит разрушение структуры продукта, что обусловлено активизацией деятельности ферментов [4].

Проанализировав некоторые работы ученых на аппаратах по определению реологических характеристик, можно сделать вывод, что в целом исследования схожи. Главной задачей в исследовании реологических характеристик – установить разницу между сырьем, обработанным способом шоковой заморозки и необработанным продуктом. Исходя из данной теории, мы решили использовать методики исследования реологических характеристик различных продуктов. После проведенных исследований, в том числе представленных в других работах [2], нам удалось зафиксировать разницу между обрабатываемыми продуктами. Именно это и являлось целью нашего исследования.

Самый современный и перспективный аппарат по определению реологических характеристик растительного сырья, выпускаемый в России, является структурометр СТ-2, результаты которого с помощью специальной программы выводятся на монитор компьютера (рис. 1). Структурометр в пищевой отрасли в основном применяется для определения прочностных и реологических характеристик хлебобулочных и кондитерских изделий.

Рис. 1.  Структурометр СТ-2

Отсутствие конкретной методики по определению реологических характеристик замороженных растительных продуктов позволило авторам творчески подойти к решению данной проблемы и модифицировать одну из уже существующих методик по определению деформационных и реологических характеристик, относящихся к другим видам продуктов.

За основу исследования была взята методика 2 – «Определение прочности пищевого продукта» и методика 30 – «Определение напряжения сдвига пищевого продукта, записанные в программу к структурометру.

Для исследования были выбраны свежие, замороженные и размороженные плоды киви сорта «Хейворд», фейхоа, хурма сортов «Шоколадный королек» и «Яблочный».

Для исследования использовались продукты плотной консистенции на стадии товарной зрелости, не имевших видимых дефектов.

Продукты нарезались на кусочки приблизительно одинакового размера по ширине и длине. Для этой цели брались только центральные слои плода. Толщина каждого кусочка составляла10 мм. После нарезки плод обрабатывался и подвергался исследованию.

Исследования проводились несколько раз с целью верификации проделанной работы. Ниже на рисунках представлены последние полученные результаты, которые графически коррелируют с предыдущими опытами.

Процесс исследования и трактовка результатов

Свежий продукт. После равномерной нарезки кусочки плода киви толщиной10 мм помещались на столик аппарата вплотную к индентору, после чего проводилось исследование.

Размороженный продукт, обработанный обычным способом. После нарезки продукт помещался в специально сконструированную криокамеру [1] и с помощью диоксида углерода (жидкого азота), подвергался замораживанию. Температура диоксида углерода составляла –70 °С, а температура жидкого азота была ниже –165 °С. После замораживания обычным способом, продукт размораживался посредством постепенного понижения температуры: при снижении температуры в криокамере до 0 °С, дверца камеры открывалась для прохода теплого комнатного воздуха, который постепенно отеплял продукт до температуры 18–20 °С.

Размороженный продукт, обработанный пектином, электромагнитным полем низкой частоты (ЭМП НЧ) и СО2 (N2). Перед непосредственно замораживанием, продукт выдерживался в растворе криопротектора (смесь воды и пектина). Затем продукт помещался в криокамеру, где обработка электромагнитным полем низкой частоты и замораживание осуществлялись одновременно.

Свежий продукт, обработанный электромагнитным полем низкой частоты. Для анализа результата воздействия низкими частотами, нарезанный продукт помещался под специальный излучатель и в течение заданного времени (20 минут), продукт подвергался обработке.

Свежий продукт, обработанный раствором криопротектора. Свежий продукт после нарезки погружался в ванну с раствором пектина и воды и выдерживался в течение определенного времени.

1 Определение прочности свежего, замороженного и размороженного продукта.

Настоящая методика основана на определении параметра усилия нагружения Fн. За окончательный результат принималось среднее арифметическое значение результатов трех определений.

Среднее арифметическое значение усилия нагружения Fн ср определялось:

Fн ср = [(1) + (2) + (3) + …] /4, г,

где: 1, 2, 3, 4 – сумма точек деформации линии, мм.

Изменение усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в свежий, замороженный и размороженный плод киви, фейхоа, хурмы сортов «Яблочный» и «Шоколадный королек» представлены на рисунках 2-5, соответственно.

1.1 Киви сорта «Хейворд»

На рис. 2 показан график изменения усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод киви.

фиолетовая – обработанный пектином,

 зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 2. Изменение усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения

в нарезанный плод киви

В таблице 1 представлены результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод киви.

Табл. 1. Результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод киви

Вид продукта,

способ обработки

Среднее Fн, г

Значение Fн точек, г

Максимальное Fн, г

1

2

3

4

свежий

376,25

160

315

485

545

545

размор. после обычного способа замораживания

63,75

25

50

80

100

100

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2

238,75

95

190

285

385

385

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2

142,5

50

115

175

230

230

свежий после обработки пектином

486,25

190

385

590

780

780

 

1.2 Фейхоа

Для исследования был выбран цельный плод фейхоа в связи с невозможностью точный показаний результатов работы прибора «Структурометр СТ-2» из-за специфических свойств плодов фейхоа.

На рис. 3 показан график изменения усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в цельный плод фейхоа.

 

зеленая – свежий,

темно-зеленая – свежий обработанный ЭМП НЧ,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 3. Изменение усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в цельный плод фейхоа

В таблице 2 показаны результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в цельный плод фейхоа.

Табл. 2. Результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в цельный плод фейхоа

Вид продукта,

способ обработки

Среднее Fн, г

Значение Fн точек, г

Максимальное среднее Fн, г

1

2

3

4

свежий

900

380

720

1080

1420

1420

размор. после обычного способа замораживания

168,75

80

110

205

280

280

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2

348,75

170

290

420

575

575

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2

321,25

150

260

380

495

495

свежий после обработки ЭПМНЧ

583,75

220

460

735

920

920

1.3 Хурма сорта «Яблочный»

На рис. 4 показан график изменения усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в цельный плод фейхоа.

зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 4. Изменение усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод хурмы сорта «Яблочный»

В таблицу 3 сведены результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод хурмы сорта «Яблочный».

Табл. 3. Результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в разрезанный плод хурмы сорта «Яблочный»

Вид продукта,

способ обработки

Среднее Fн, г

Значение Fн точек, г

Максимальное среднее Fн, г

1

2

3

4

свежий

2812,5

500

1650

3600

5500

5500

размор. после обычного способа замораживания

407,5

150

245

475

760

760

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2

1940

690

800

2470

3800

3800

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2

1205

245

540

1520

2515

2515

 

1.4 Хурма сорта «Шоколадный королек»

На рис. 5 представлен график изменения усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод хурмы сорта «Шоколадный королек».

зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 5. Изменение усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в нарезанный плод хурмы сорта «Шоколадный королек»

 

В таблице 4 представлены результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в разрезанный плод хурмы сорта «Яблочный»

Табл. 4. Результаты исследования изменений усилия нагружения на инденторе в зависимости от глубины его внедрения в разрезанный плод хурмы сорта «Яблочный»

Вид продукта,

способ обработки

Среднее Fн, г

Значение Fн точек, г

Максимальное среднее Fн, г

1

2

3

4

свежий

1647,5

300

890

2100

3300

3300

размор. после обычного способа замораживания

620

140

440

710

1190

1190

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2

1385

260

720

1760

2800

2800

размор. после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2

1075

150

610

1360

2180

2180

 

Из рисунков 2–5 видно, что в результате низкотемпературного воздействия обычным способом на незащищенный криолабильный продукт, после размораживании он теряет свои структурно-механические свойства. Однако, как видно из тех же рисунков, пенетрация пектина и обработка электромагнитным полем низкой частоты позволяет защитить часть структурно-механических свойств продукта.

На рисунке 2 показано, что в результате обработки продукта криопротектором, улучшаются структурно-механические свойства продукта (исследование проводили на нарезанных плодах киви).

Из рисунка 3 видно, что электромагнитное поле низкой частоты уменьшает усилие заданной деформации, что обусловлено активацией некоторых ферментов и выходу влаги из внутриклеточного пространства в межклеточное.

Таблицы 1–4 в цифрах показывают потерю криолабильным продуктом качества после низкотемпературного воздействия, что доказывает, что с помощью данной методики можно заметить разницу между обрабатываемыми холодом продуктами.

2 Определение предельного напряжения сдвига пищевых продуктов.

2.1 Киви сорта «Хейворд»

На графике (рис. 6) показана кинетика изменения усилия нагружения на инденторе «конус» при его внедрении в пищевой продукт (замороженный, свежий и размороженный).

зеленая – свежий,

темно-зеленый – свежий обработанный ЭМП НЧ,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 6. Кинетика изменения усилия нагружения индентора «конус» при его внедрении в нарезанный киви

 

2.2 Фейхоа

На рис. 7 показана кинетика изменения усилия нагружения при внедрении индентора в фейхоа.

зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 7. Кинетика изменения усилия нагружения индентора «конус» при его внедрении в цельный фейхоа

 

2.3 Хурма сорта «Яблочный»

На рис. 8 показана кинетика изменения усилия нагружения при внедрении индентора в плод хурмы сорта «Яблочный»

зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

темно-зеленая – свежий обработанный ЭМП НЧ,

красная – размороженный после обычного способа замораживания

Рис. 8. Кинетика изменения усилия нагружения индентора «конус» при его внедрении в нарезанный плод хурмы сорта «Яблочный»

 

2.4 Хурма сорта «Шоколадный королек»

На рис. 9 показана кинетика изменения усилия нагружения при внедрении индентора в плод хурмы сорта «Шоколадный королек».

зеленая – свежий,

голубая – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

синяя - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

красная – размороженный после обычного способа замораживания,

темно-зеленая – свежий обработанный ЭМП НЧ

Рис. 9. Кинетика изменения усилия нагружения индентора «конус» при его внедрении в нарезанный плод хурмы сорта «Шоколадный королек»

Из анализа результатов исследований, самый худший показатель реологических характеристик у киви (особенно ярко выражено у плода, замороженного жидким азотом), что обусловливается нежной структурой тканей плода. Не рекомендуется производить замораживание киви жидким азотом из-за сильного расслаивания после размораживания.

В целом, судя по графикам, представленных на рисунках 6–9 можно сделать вывод о преимуществе рекомендуемого способа замораживания перед обычным способом.

Следует отметить линии на графиках, показывающие результаты анализа после обработки продукта ЭМП НЧ. В результате воздействия ЭМП НЧ, продукт теряет часть структурно-механических свойств, в результате имея схожие показатели с замораживанием обычным способом. Но, учитывая, что это обусловливается выходом влаги из продукта, применение ЭМП НЧ является перспективным для пищевых продуктов, имеющих повышенное влагосодержание.

Выше представленной информации не хватает, чтобы вполне оценить каждый способ обработки в свете его влияния на продукт с точки зрения качества, и как результат, дать оценку технологии для внедрения в производство.

3 Химический состав субтропических фруктов

Нами было проведено исследование химического состава киви (табл. 5)  после тех же самых способов обработки, которые применялись при анализе реологических характеристик: 1 – свежий, 2 – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2, 3 – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2, 4 – размороженный после обычного замораживания, 5 – свежий обработанный ЭМП НЧ, 6 – свежий обработанный пектином.

Данные по химическому составу других продуктов (фейхоа, хурма) в таблице 6-8 составлены на основе средне приводимого в различных источниках показателя.

3.1 Киви сорта «Хейворд»

В табл. 5 представлен химический анализ нарезанного плода киви.

Табл. 5. Химический состав киви

Показатель

на 100 грамм продукта

1*

2*

3*

4*

5*

6*

Вода, г

83,8

75,2

73,7

79,9

72,8

89,5

Белки, г

1,0

0,9

0,9

0,71

1,0

1,0

Жиры, г

0,6

0,5

0,5

0,6

0,6

0,6

Насыщенные жирныекислоты, г

0,1

0,15

0,15

0,13

0,1

0,12

Углеводы, г

10,3

11,6

11,4

10,5

11,1

10,4

Моно-, дисахариды, г

7,8

9,2

8,8

8,2

8,3

7,8

Пищевые волокна, г

3,8

3,6

3,5

3,4

3,7

3,8

Органические кислоты, г

2,5

2,8

2,8

2,7

2,5

2,5

Витамины, мг/100 г

β-каротин

0,37

0,33

0,32

0,25

0,37

0,37

Витамин В1

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

Витамин В2

0,05

0,06

0,04

0,04

0,05

0,05

Витамин С

71,0

69,0

66,0

48,5

70,0

71,0

Минеральные вещества, мг/100 г

Железо Fe

0,8

0,7

0,7

0,7

0,7

0,7

Калий K

295

290

287

234

295

295

Кальций Ca

38,0

36,0

32,0

26,6

38,0

38,0

Магний Mg

24,0

23,2

23,0

20,9

24,0

24,0

Фосфор P

31,0

32,1

31,3

27,1

31,0

31,0

* 1 – свежий, 2 - размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и СО2,

3 – размороженный после обработки пектином, ЭМП НЧ и N2,

4 - размороженный после обычного замораживания,

5 - свежий обработанный ЭМП НЧ, 6 – свежий обработанный пектином

 

Из таблицы 5 следует, что пектин частично существенно позволяет защитить криолабильные витамины и минеральные вещества, а также белки при воздействии низких температур. Воздействие электромагнитного поля низкой частоты позволяет увеличить выход питательной среды (влаги) для микроорганизмов.

Далее в таблицах 6–8 приведены данные химического состава свежих субтропических фруктов (фейхоа, хурма) без нашей обработки.

3.2 Фейхоа

В табл. 6 представлен химический состав цельного плода фейхоа.

Табл. 6. Химический состав фейхоа

Пищевое вещество

на 100 грамм продукта

Показатель

Вода, г

82,0

Белки, г

0,9

Жиры, г

0,6

Насыщенные жирные кислоты, г

0,15

Углеводы, г

6,7

Пищевые волокна, г

6,4

Витамины, мг/100 г

β-каротин

-

Витамин В1

0,01

Витамин В2

0,02

Витамин С

40,0

Минеральные вещества, мг/100 г

Железо Fe

0,14

Калий K

172,0

Кальций Ca

17,0

Магний Mg

9,0

Фосфор P

19,0

 

3.3 Хурма сорта «Яблочный»

В табл. 7 содержатся данные по химическому составу разрезанного плода хурма сорта «Яблочный».

Табл. 7. Химический состав хурмы сорта «Яблочный»

Пищевое вещество

на 100 грамм продукта

Показатель

Вода, г

82,0

Белки, г

0,64

Жиры, г

0,3

Углеводы, г

16,0

Моно-, дисахариды, г

15,0

Пищевые волокна, г

1,6

Органические кислоты, г

0,1

Витамины, мг/100 г

β-каротин

1,60

Витамин В1

0,02

Витамин В2

0,03

Витамин С

16,0

Минеральные вещества, мг/100 г

Железо Fe

0,4

Калий K

170

Кальций Ca

8,0

Магний Mg

8,0

Фосфор P

25,0

 

3.4 Хурма сорта «Шоколадный королек»

В табл. 8 представлены показатели химического состава разрезанного плода хурма сорта «Шоколадный королек».

Табл. 8. Химический состав хурмы сорта «Шоколадный королек»

Пищевое вещество

на 100 грамм продукта

Показатель

Вода, г

81,5

Белки, г

0,5

Жиры, г

0,4

Насыщенные жирные кислоты, г

0,1

Углеводы, г

16,3

Моно-, дисахариды, г

15,3

Пищевые волокна, г

1,6

Органические кислоты, г

0,1

Витамины, мг/100 г

β-каротин

1,7

Витамин В1

0,02

Витамин В2

0,03

Витамин С

15,0

Минеральные вещества, мг/100 г

Железо Fe

0,5

Калий K

200

Кальций Ca

9,0

Магний Mg

8,7

Фосфор P

24,0

 

Из таблиц 6–8 можно судить о перспективах применения быстрого замораживания с использованием нашей технологии, ведь из приведенных таблиц химического анализа субтропических фруктов видно, что в данных фруктах содержится большое количество питательных веществ, необходимых для нормального снабжения ими организма в несезонный период.

 

Выводы

Итак, из данных представленных с данной публикации графиков следует, что при размораживании криолабильный растительный продукт значительно теряет свои реологические характеристики.

Благодаря дивергенции в линиях графика по свежему и дефростированному продуктам, что определяет качественные реологические характеристики замороженного криолабильного растительного полуфабриката, в дальнейшем нами планируется проводить исследования на аппарате «Структурометр СТ-2» в целях исследования влияния различных видов обработки при заданных режимах на криолабильное субтропическое сырье.

На основе анализа реологических характеристик криопротектированных продуктов, оптимальное время пенетрации 1,5 %-го раствора пектина в киви – 15 минут. Благодаря защитным свойствам пектина в результате замораживания сохраняется большая часть питательных веществ.

Обработка продуктов ЭМП НЧ позволяет перейти влаги продукта из связанного внутриклеточного пространства в межклеточное.


Библиографический список
  1. Касьянов Г.И., Сязин И.Е., Лугинин М.И., Назарько М.Д., Алешин В.Н. Кристаллообразование в криолабильном растительном сырье в процессе криоконсервирования // Электронный научный журнал Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГТУ, 2011. – Вып. IX(2011). – Режим доступа: http://fh.kubstu.ru/fams/vipusk9.htm
  2. Касьянов Г.И., Сязин И.Е. Реологические характеристики криолабильных субтропических фруктов // Электронный научный журнал Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем [Электронный ресурс]. – Краснодар: КубГТУ, 2011. – Вып. IX(2011). – Режим доступа: http://fh.kubstu.ru/fams/vipusk9.htm
  3. Ларина Т.В. Тропические и субтропические плоды. Справочник товароведа. – М.: ДеЛи принт, 2002. – 254 с.
  4. Сязин И.Е., Касьянов Г.И. Пищевое сырье как объект криообработки. Часть I. – Краснодар: Экоинвест, 2011. – 157 с.


Все статьи автора «Ivan»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: