Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Аналитический обзор
1.1 Поверхностно-активные вещества, их свойства и применение в пищевой промышленности 7
1.2 Основные свойства моноэфиров глицерина с жирными кислотами и фосфоипидов 12
1.3 Пищевые пленкообразующие покрытия на основе ПАВ для хранения сельхозпродукции 20
1.3.1 Использование пищевых пленкообразующих покрытий для хранения плодоовощной продукции 21
1.3.2 Использование пищевых пленкообразующих покрытий для хранения мясной продукции 35
Основная часть
Глава 2 Объекты и методы исследования
2.1 Объекты исследования 47
2.2 Методы аналитического контроля 52
2.2.1 Определение рН-реакции среды 53
2.2.2 Определение содержания свободного глицерина 53
2.2.3 Газожидкостная хроматография 56
2.2.4 Определение вязкости 59
2.2.5 Определение поверхностного натяжения 60
2.2.6 Определение толщины пленкообразующего покрытия 62
2.2.7 Определение газопроницаемости пленкообразующего покрытия...63
Глава З Исследование процесса и разработка технологии получения пленкообразующего состава
3.1 Подбор компонентов для проведения реакции получения пленкообразующего состава 65
3.2 Исследование процесса получения пленкообразующего состава 69
3.3 Влияние соотношения исходных компонентов, температуры и продолжительности ведения синтеза на получение продукта
с заданными характеристиками 73
3.4 Методика проведения синтеза пленкообразующего состава 80
3.5 Теплофизические характеристики пленкообразующего состава 82
Глава 4 Исследование барьерных свойств пленкообразующего покрытия
4.1 Приготовление пленкообразующего покрытия на твердых матрицах 83
4.2 Процедура проведения опытов 84
4.3 Определение толщины пленкообразующего покрытия, адсорбирующегося на матрицах 89
4.4 Исследование влияния пленкообразующего покрытия на диффузию СОг через матрицы 95
4.5 Исследование влияния пленкообразующего покрытия на диффузию О2 через матрицы 99
4.6 Исследование влияния пленкообразующего покрытия на выцветание пищевого красителя бета-каротина
на пластинах силуфола 102
Экспериментальная часть
Глава 5 Влияние пленкообразующего состава на сокращение потерь массы и сохранение качества охлажденного мяса и тушек птицы при хранении 108
Глава 6 Влияние пленкообразующего состава на лежкость
И качество плодов при хранении 117
Выводы и рекомендации. 128
Список литературы
- Основные свойства моноэфиров глицерина с жирными кислотами и фосфоипидов
- Определение рН-реакции среды
- Исследование процесса получения пленкообразующего состава
- Определение толщины пленкообразующего покрытия, адсорбирующегося на матрицах
Введение к работе
С ростом популярности здорового образа жизни, одной из тенденций развития пищевой промышленности становится разработка и производство безопасных продуктов питания, а также сохранение качества продукции при хранении.
В этой связи, актуальными являются работы по созданию и применению современных ресурсосберегающих технологий сохранения качества и увеличения сроков хранения пищевой продукции, в том числе и с использованием многофункциональных комплексных пищевых покрытий для обработки таких продуктов, как мясо, птица, рыба, плоды, овощи и др. Данные пищевые покрытия формируют на объекте хранения в определенной степени газопроницаемое пленочное покрытие, которое обеспечивает создание защитной среды для каждого объекта нанесения в отдельности.
В мировой практике получили широкое применение пленкообразующие составы для обработки пищевой продукции с целью снижения потерь при длительном хранении. Однако большинство из известных соста-bob получены из химических веществ, при затвердевании которых образуются хрупкие пленки, разрушающиеся в процессе транспортирования при соприкосновении с другими продуктами. Кроме того, применение химического сырья в составе пленкообразующих покрытий, ставит под сомнение безопасность их использования для пищевой продукции.
В связи с этим, актуальность приобретают исследования по разработке пленкообразующих покрытий на основе биологически безопасных веществ, обладающих свойствами эмульгаторов и пленкообразователей. Такими веществами являются пищевые поверхностно-активные вещества (ПАВ), представляющие собой производные пищевых жиров.
Применение поверхностно-активных веществ с целью создания биоприоритетных пищевых пленкообразующих покрытий, позволяет получить продукты питания с длительным сроком хранения и прогнозируемым качеством, используя при этом натуральные, экологически безопас-
ные широко доступные сырьевые источники. Эти покрытия можно употреблять в пищу с продуктом, они легко смываются водой, а, попадая в окружающую среду, активно разлагаются, не загрязняя ее.
Изложенное послужило основанием для проведения исследований, предметом которых явилось получение нового многофункционального защитного пленкообразующего покрытия на основе биоприоритетных (экологически безопасных) пищевых ПАВ для обработки плодоовощной и мясной продукции и использование его с целью сохранения качества, снижения потерь и увеличения сроков хранения пищевых продуктов.
В соответствии с поставленной задачей, исследования проводились в следующих направлениях:
подбор компонентов для получения пленкообразующего состава с заданными характеристиками на основе биологически безопасных веществ;
исследование процесса и разработка технологии получения пищевого пленкообразующего состава;
получение низкопроцентной водной эмульсии пленкообразующего состава для нанесения на объекты хранения;
исследование возможности введения в состав эмульсии пленкообразующего покрытия натуральных, экологически безвредных, антимикробных веществ, в зависимости от объекта нанесения (для мясной и плодоовощной продукции).
разработка методов анализа пленкообразующего состава и покрытия, полученного на его основе;
исследование физико-химических свойств пленкообразующего покрытия;
проведение опытно-промышленных испытаний по применению пленкообразующего состава и покрытия, полученного на его основе.
Основные свойства моноэфиров глицерина с жирными кислотами и фосфоипидов
Метод основан на экстракции глицерина дистиллированной водой и определении его с перйодной кислотой. При действии в кислой среде перйодной кислоты на глицерин происходит окисление его с образованием муравьиной кислоты и альдегида. По количеству перйодной кислоты, пошедшей на окисление, можно судить о содержании глицерина в исследуемом веществе.
Для проведения анализа необходимо приготовить раствор перйодной кислоты. Для этого в стакане вместимостью 250 см3 на весах третьего класса точности взвешивали 5,0 ± 0,05 г перйодной кислоты с записью результата до второго десятичного знака и цилиндром добавляли 200 см дистиллированной воды. Затем выливали содержимое стакана в темный сосуд, мензуркой добавляли 800 см3 ледяной уксусной кислоты, закрывали стеклянной пробкой и тщательно перемешали, после чего раствор был готов к употреблению.
Хранили раствор в темном сосуде с притертой пробкой в комнатных условиях не более двух недель.
Для проведения анализа в колбе вместимостью 100 см на весах второго класса точности взвешивали 0,6 ± 0,05 г анализируемого вещества. Значение массы образца записывали до четвертого десятичного знака.
Затем на водяной бане при температуре 60 ± 5 С расплавляли на-веску образца, добавляли пипеткой 50 см хлороформа, тщательно перемешивали и переносили раствор в делительную воронку. В ту же воронку вносили мензуркой 50 - 60 см3 дистиллированной воды. Закрыв воронку пробкой, перемешивали встряхиванием ее содержимого в течение 1 минуты, пробку при встряхивании придерживали и периодически приоткрывали, давая выйти парам хлороформа. Затем смесь отставляли для. отделения водного слоя.
Водный слой (содержащий глицерин) сливали в мерную колбу вместимостью 100 см3, доводили объем раствора дистиллированной водой до метки, перемешивали и использовали для анализа. Дальнейший порядок анализа водного раствора глицерина следующий.
В колбу вместимостью 500 см вносили с помощью пипетки 50 см раствора перйодной кислоты, а затем приливали 50 см3 водного раствора глицерина из мерной колбы. Если в водном растворе содержались взвешенные частицы, его профильтровывали.
Колбу закрывали притертой пробкой, вращательными движениями осторожно перемешивали содержимое и оставляли стоять не менее 30 минут (но не более 1 часа 30 минут) в темном месте. Затем цилиндром добавляли в колбу 20 см3 15%-ного раствора йодистого калия ( KJ ), перемеши вали, через 5 минут разбавляли 100 см3 дистиллированной воды и титровали при перемешивании ОД н. раствором тиосульфата натрия в присутствии индикатора (3-4 капли 1%-ного раствора крахмала) до исчезновения синего окрашивания.
В таких же условиях проводили контрольный опыт с 50 см дистиллированной воды вместо исследуемого образца. На титрование основной пробы должно идти не меньше 0,8 количества ОД н. раствора Na2S2C 3, пошедшего на титрование контрольной пробы, что свидетельствует об адекватном избытке перйодной кислоты. Содержание глицерина (X ), в процентах, вычисляли по формуле: (F-J ). 100. -0.002302.100 _ (V-V{)0A604-K л — — , w-50 т где: V - объем ОД моль/дм раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование контрольного раствора, см ; Vi - объем ОД моль/дм3 раствора тиосульфата натрия, пошедший на титрование в основном опыте, см3; К - коэффициент поправки ОД моль/дм3 раствора тиосульфата натрия; 0,002302 — количество глицерина, соответствующее 1 см3 точно ОД моль/дм раствора тиосульфата натрия, г; m - масса навески моноглицерида, г. Вычисления проводили до третьего десятичного знака с последующим округлением результата до второго десятичного знака. За результат измерений принимали среднее арифметическое значение двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,04%.
Определение рН-реакции среды
Абсолютная, или динамическая вязкость представляет собой силу (в динах), которую надо приложиь, чтобы переместить слой жидкости в 1 см со скоростью 1 см/сек параллельно другому такому же слою жидкости, отстоящему от первого на расстоянии 1 см. Абсолютная вязкость является константой вещества и выражается в пуазах или, при небольших значениях вязкости, в сотых долях пуаза (сантипуазах).
Определение вязкости проводили вискозиметром Гепплера. Оно основано на измерении времени падения шарика в испытуемой жидкости, находящейся в наклонной прозрачной трубке.
В качестве термостатирующей жидкости применяли дистиллированную воду. Температуру в системе поддерживали с помощью ультратермостата, который подключали посредством резиновых шлангов.
Штатив, на котором укреплен вискозиметр, устанавливали по уровнемеру, а вискозиметр с помощью винта устанавливали под определенным углом (10). Далее через цилиндр пропускали термостатирующую жидкость с заданной температурой (20-90С).
Затем заполняли внутреннюю трубку (на 15 мм ниже верхнего края трубки) исследуемым составом. Для заполнения трубки использовали 50 мл вещества.
После того, как исчезли образующиеся внутри трубки пузырьки воздуха, в трубку вводили шарик и давали ему спокойно погрузиться. После этого в трубку медленно вводили полый затвор с капиллярной трубкой и предохранительным кольцом, опирающимся на края стеклянной трубки и, когда затвор погрузился, на него накладывали верхнюю пробку и навинчивали верхнюю крышку.
Далее прибор переворачивали на 180, при этом шарик падал в начальное положение. Затем прибор вновь поворачивали и устанавливали в рабочее положение. Время падения шарика определяли по секундомеру, пуская его в момент, когда нижняя точка шарика коснется верхней отметки, сделанной на трубке, и останавливали в момент касания шарика нижней отметки на трубке.
Вычисление абсолютной вязкости производили по формуле: t]=f(p}-p2) К, где: TJ - абсолютная вязкость, в спз; т - время падения шарика, сек; / — плотность испытуемой жидкости, г/см ; Pi = 8,14- плотность шарика, г/см3; К= 1,2 - константа шарика, спз-см3/г-сек.
Значения р} и К - зависят от номера шарика. Он подбирался в зависимости от температуры измерений, которые проводились в интервале от 20 до 90С. Погрешность определения ± 1%. Плотность испытуемой жидкости устанавливали ареометром в трубке вискозиметра при той температуре, при которой производили определение вязкости.
Определение поверхностного натяжения
Определение поверхностного натяжения проводили методом наибольшего давления газовых пузырьков на приборе А.П. Ребиндера.
Основной частью прибора служит трубочка с капиллярным кончиком, опущенная в пробирку с патрубком. Во время работы прибора в пробирке над поверхностью жидкости с помощью аспиратора создается вакуум.
Давление над капиллярным кончиком атмосферное, в то время как над жидкостью воздух постепенно разряжается. При определенной разности давления происходил отрыв образовавшегося на конце капилляра пузырька воздуха. Величина этого давления (разности между атмосферным давлением и давлением в пробирке) пропорциональна поверхностному натяжению жидкости на границе с воздухом. а = А -р, где: а- поверхностное натяжение; р- давление; А — постоянная прибора, зависит от радиуса капилляра.
Измерения капилляра производили с помощью микроманометра ММН-240, у которого один конец соприкасается с атмосферой, а второй с вакуумной системой. Он имеет пять пределов измерений, соответствующих пяти углам наклона манометрической трубки.
Для измерения максимального давления пузырька, измерительную трубку устанавливали в такое положение, чтобы максимальное поднятие жидкости при образовании пузырька было между 150 и 200 делениями.
Определение поверхностного натяжения растворов начинали с раствора с наименьшей концентрацией.
В пробирку с патрубком воду наливали так, чтобы капиллярный кончик соприкасался с поверхностью жидкости. На патрубок надевали резиновую трубку, идущую от тройника системы. Пробирку с исследуемым образцом помещали в термостат, температура в котором измерялась с помощью погруженного в него термометра.
Степень разряжения в пробирке регулировали с помощью крана-аспиратора так, чтобы интервал между пузырьками, отрывающимися капилляра, был бы не менее 5 сек.
При образовании пузырька, давление постепенно нарастало, достигало максимума, при отрыве его - резко падало и снова медленно нарастало. Давлению отрыва пузырька соответствовало максимальное поднятие жидкости в манометре.
Исследование процесса получения пленкообразующего состава
Исследования по подбору соотношения реагирующих компонентов проводились в условиях варьирования температурного режима и продолжительности ведения процесса. Процентные соотношения исходных компонентов пленкообразующего состава выбраны следующие: Предварительные эксперименты позволили определить оптимальный уровень температур, при котором полностью происходит реакция взаимодействия компонентов системы. Установлено, что оптимальный диапазон температур получения состава равен 100 — 120С.
При температурах, ниже установленного уровня, не происходит полного взаимодействия компонентов синтеза. При повышении температуры выше установленного уровня, происходит увеличение вязкости продукта, что нежелательно сказывается на технологических характеристиках пленкообразующего состава.
Время прохождения синтеза и оптимальное соотношение компонентов были определены по результатам хроматографического анализа.
Глицеридные составы, полученные на основе хроматограмм пленкообразующих веществ с разным соотношением компонентов, приведены ниже. Глицеридный состав пленкообразующего вещества при соотношении компонентов: глицерин — 60%; сахароза — 25%; фосфосодержащий моноэфир глицерина —15%. Глицерин - 52,4% Жирные кислоты - 4,2% Моноглицериды - 9,2% Сахароза-5,8% Диглицериды - 1,8% Триглицериды - 0,9% X (вещество) - 25,7% Глицеридный состав пленкообразующего вещества при соотношении компонентов: глицерин - 60%; сахароза - 20%; фосфосодержащий моноэфир глицерина - 20%. Глицерин-48,2% Жирные кислоты - 4,1% Моноглицериды - 9,8% Сахароза-4,3% Диглицериды - 2,8% Триглицериды - 1,7% X (вещество) - 29,1% Глицеридный состав пленкообразующего вещества при соотношении компонентов: глицерин - 60%; сахароза— 15%; фосфосодержащий моноэфир глицерина — 25%. Глицерин - 47,1% Жирные кислоты - 5,6% Моноглицериды- 10,9% Сахароза-3,4% Диглицериды - 3,7% Триглицериды — 2,1% X (вещество) - 27,2%
Из представленных данных видно, что большее количество вещества (X) образуется при соотношении компонентов: глицерин - 60; сахароза - 20; фосфосодержащий моноэфир глицерина - 20. Данные хроматографического анализа по определению продолжительности ведения процесса образования конечного вещества сведены в график, представленный на рис.3.3.1.
Из графика видно, что процесс образования вещества происходит в течение 6 часов, после чего количество образовавшегося вещества остается неизменным. На основании этого можно сделать вывод о том, что 6 часов - это время ведения синтеза, позволяющее получить продукт с максимальным содержанием конечного вещества. За данный период происходит полное взаимодействие компонентов состава. Большая продолжительность ведения синтеза нецелесообразна, так как результаты хроматографического анализа проб, отобранных через 7,8 и 9 часов, показали, что в целом образование нового продукта завершено. Также, для определения оптимальных параметров ведения процесса получения пленкообразующего вещества, проводились исследования физико-химических свойств составов, полученных при различных режимах синтеза.
Предметом изучения были поверхностное натяжение, плотность, динамическая вязкость. Результаты представлены в таблицах 3.3.2 - 3.3.4 на примере продукта, полученного при соотношении исходных компонентов 60:20:20.
Изучение вязкости и адгезионных свойств обуславливается необходимостью получения информации для расчета технологических процессов, используемых при производстве пленкообразующего состава.
Экспериментальные измерения вязкостных свойств вещества, обладающего пленкообразующими свойствами, проводились с помощью вискозиметра Гепплера, а исследование адгезионной способности велось на приборе Ребиндера.
Кривые имеют форму экспоненты, и наиболее интенсивное изменение вязкости происходит при температуре от 20 до 50С. В этом диапазоне вязкость всех составов, при разных соотношениях компонентов снижается почти в 4 раза. Дальнейший рост температуры мало влияет на величину измеряемого показателя, и кривая располагается практически параллельно оси температур.
Также для подбора оптимального температурного режима проведения процесса синтеза пленкообразующего состава необходимо отметить, что при температуре 120С и выше более интенсивно происходит процесс образования полимеров сахарозы. Одной из основных характеристик, определяющих поверхностно-активное действие пленкообразующего вещества, является поверхностное натяжение, вычислить которое расчетными методами не представляется возможным. Поэтому изменение этого физико-химического показателя проводилось методом наименьшего давления газовых пузырьков на приборе Ребиндера, на границе раствор-воздух.
Зависимость поверхностного натяжения от температуры. Кривые 1, 2 и 3 соответствуют продукту, полученному при температурах синтеза 100,110 и 120С соответственно.
Анализ полученных данных показывает, что с увеличением температуры во всех случаях уменьшается поверхностное натяжения растворов. Кривая, отвечающая температуре синтеза 110С, располагается ниже других, следовательно, данный режим получения вещества позволяет получить продукт, обладающий наиболее высокими поверхностно-активными свойствами. Однако при повышении температуры растворов до 55С величина независимо от технологии и температурного режима получения пленкообразующего состава остается постоянной.
Определение толщины пленкообразующего покрытия, адсорбирующегося на матрицах
Целью эксперимента являлась разработка технологии по снижению потерь и удлинению срока хранения мясной продукции методом нанесения пищевого покрытия на основе сахароглицерина и фосфосодержащих моно-глицеридов в сочетании с молочной кислотой.
Изменения в мясе, происходящие при хранении можно разделить на две группы: физические изменения (усушка) и изменения, вызванные микроорганизмами.
Задачей данного исследования было выявить влияние пленкообразующего состава на сублимацию клеточной влаги из мяса (усушку), а также на ингибирование развития микроорганизмов путем введения в композици-онный состав пленкообразующего покрытия молочной кислоты, которая снижает исходную микробиальную обсемененность и оказывает бактерио-статическое действие на развитие микроорганизмов при хранении мясной продукции.
В качестве объекта исследований были использованы куски мяса говядины (мышца lougissenius dorse) и тушки цыплят-бройлеров в парном состоянии. Обработка продукции проводилась методом аэрозольного распыления растворов пленкообразующего состава (температура растворов 40±2).
В ходе эксперимента определяли показатели качества мяса и тушек цыплят, обработанных пленкообразующим составом различных концентраций (3 и 5%) в сочетании с молочной кислотой (2%), в процессе холодильной обработки и хранения.
Экспериментальные исследования проводили в экспериментальных условиях ГУ ВНИХИ, НИИ питания РАМН и в экспериментальных условиях ГНУ вниипп.
Предполагается следующий вариант хранения: охлаждение обработанного мяса и тушек птицы с последующей закладкой в холодильные камеры при температуре 0±2С и относительной влажности воздуха 85-90%.
В работе определялась общая микробиальная обсемененность образцов, органолептическая оценка, определение потерь массы после охлаждения и хранения в охлажденном состоянии.
Образцы мяса и тушки цыплят-бройлеров для исследований отбирались по методике ГУ ВНИХИ. Отбор проб проводился после нанесения покрытия и в течение всего периода хранения при температуре 0±2С.
Для определения концентрации пленкообразующего покрытия была проведена серия опытов по изучению влияния различных концентраций покрытия на уменьшение усушки и изменение сопротивления испарению воды с поверхности объекта нанесения при его охлаждении и последующем хранении. В качестве объекта нанесения использовались модели из солевого раствора агар-агара.
Растворы пленкообразующего состава различной концентрации при заданной температуре наносили на агаровую модель методом окунания. Модели взвешивали до и после покрытия, выдерживали в холодильной камере при температуре +2С в течение 7 суток.
Анализ полученных данных показал, что величина усушки опытных образцов уменьшается с увеличением массовой доли пленкообразующего состава в растворе (рис.5.1), а величина сопротивления испарению воды (R) увеличивается с ростом концентрации раствора пищевого покрытия и достигает значения R l,7 при концентрации пленкообразующего состава в растворе 3 - 5% (рис.5.2).
Также было отмечено, что разница потерь массы агаровых моделей с пленкообразующим покрытием в концентрации 7% не велика по сравнению с пленкообразующим покрытием в концентрации 5% (рис.5.1). Вследствие этого, можно сделать вывод о том, что растворы с концентрацией пленкообразующего вещества выше 5% применять экономически нецелесообразно.
Из полученных данных видно, что исходная обсемененность образцов мяса составила 5,8-102 клеток в 1 г продукта, но уже после обработки пленкообразующим покрытием с молочной кислотой наблюдалось значительное угнетение КМАФАнМ до 2,7-2,9-101 клеток в 1 г продукта, в то время как в контроле данный показатель составлял 4,2-102 клеток в 1 г продукта.
После 7 суток хранения при температуре 0С количество микроорганизмов в обработанных пленкообразующим составом вариантах было на два порядка ниже, чем в контроле. На 8 сутки хранения контрольные образцы были сняты с хранения, в то время как образцы с покрытием хранились до 13 суток.
Таким образом, анализ полученных данных по изменению микробиологических показателей мяса в процессе хранения показал, что обработка пленкообразующим составом в сочетании с молочной кислотой оказывает значительный ингибирующий эффект на развитие мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов при хранении мясной продукции.
