Визначення фізико-хімічних властивостей цукрозамінників

Розділ 3. Дослідження фізико-хімічних і технологічних властивостей цукрозамінників нового покоління

Аналіз літературних джерел показав доцільність застосування цукрозамінників при виробництві борошняних кондитерських виробів, зокрема бісквітів. Однак, інформації щодо їх фізико-хімічних та технологічних властивостей недостатньо. Тому з метою розширення інформації щодо нових цукрозамінників (еритрітолу, мальтиту, ізомальтулози) та формулювання рекомендацій щодо технології їх застосовування нами було проведено комплекс досліджень.

Важливим показником цукрозамінників є їх молекулярна маса. З метою перевірки в якій формі: гідратній чи безгідратній знаходяться цукрозамінники нами було визначено молекулярну масу таких цукрозамінників: еритрітол, мальтит, ізомальтулоза.

Визначення базується на властивості розчинів замерзати за температури, нижчої за температуру замерзання чистого розчинника. Залежність температури замерзання розчину від його концентрації кількісно описує фізична теорія розчинів. Ця теорія розглядає так звані ідеальні розчини, тобто розчини, утворення яких не супроводжує стиснення чи розчинення, а також виділення чи поглинання теплоти. Однак жоден реальний розчин не має таких властивостей в зв’язку з явищем асоціації, дисоціації, сольватації та ін. до ідеальних розчинів, близьких за своїми властивостями, належать нескінченно розведені розчини. До них можна застосовувати закономірності, отримані для ідеальних розчинів.

Якщо до складу розчину входить леткий розчинник (вода, спирт, бензол), в якому розчинена якась нелетка речовина (сахароза та ін.), за досвідом, за сталої температури тиск насиченої пари над чистим розчинником завжди вищий, ніж над розчином. Чим вища концентрація розчину, тим нижчий тиск насиченої пари над ним. Відносне зниження насиченої пари розчинника над розчином дорівнює молярній частці розчиненої речовини (закон Рауля).

Для визначення молекулярної маси цукрозамінників спочатку необхідно визначити температуру замерзання води. В початковий момент вода мала температуру оточуючого середовища, далі вода досягла температури замерзання, але не замерзла з часом зазнала переохолодження. У точці де вода досягла 1,75°С почали швидко випадати кристали льоду. Температура замерзаючої води за рахунок теплоти кристалізації підвищилась і стала дорівнювати температурі замерзання 2,84°С. Визначивши температуру замерзання розчинника, в нашому випадку води, визначаємо температуру замерзання розчину фруктози. Фруктоза вибрана як контроль для перевірки власних досліджень що до точності методу. Як бачимо (рис. 4.1.а) температура розчину поступово знижується до 1°С, потім різко зростає до 2,33 °С і встановлюється постійною, це і буде температура замерзання. Тепер, знаючи температуру замерзання води та розчину фруктози, можна визначити молярну масу фруктози, підставивши відповідні дані у формулу 2. отримаємо молярну масу:

Аналогічні дослідження проведемо з розчинами еритрітолу, мальтиту та ізомальтулози (рис. 3.1).

а б

в г

Рис. 3.1. Визначення температури замерзання розчину

а- фруктози, б- еритрітолу, в- ізомальтулози, г- мальтиту.

Таблиця 3.1

Молекулярна маса цукрозамінників

Назва	Дослідні дані	Теоретичні дані
фруктоза
еритрітол	137,29
ізомальтулоза
мальтит	362,5

Згідно з отриманими даними можна зробити висновок, що нові цукрозамінники- еритрітол, мальтит та ізомальтулоза, знаходяться в гідратній формі, тобто зв'язують молекулу води.

Технологія БКВ передбачає дію високих температур в процесі випікання та випікання-сушіння тістових мас різного рецептурного складу і з різними структурно-механічними характеристиками. Цукор та цукрозамінники входять до складу БКВ у значній кількості (30...35%), тому вони суттєво впливають на поведінку тістових мас у процесі термооброблення. Ми вважали за доцільне визначити поведінку цукру і цукрозамінників під дією високих температур, що в подальшому дало би пояснення сутності процесів, що відбуваються у ході термооброблення тістових мас і сприяло б розробленню оптимальних параметрів їх термооброблення.

Аналіз отриманих даних прогріву ізомальту показує, що його вологість складає 1,4%. Перший пік на кривій DTA відповідає температурі 102ºС, що ми пояснюємо витратами на виділення вологи. Другий пік відповідає температурі 149ºС, що відповідає температурі плавлення ізомальту. Згідно літературних джерел вона знаходиться в інтервалі 145...150ºС. Отримані дані свідчать про термостабільність ізомальту.

Аналіз дериватограми ізомальтулози показав, що її вологість становить приблизно 1,4%. На кривій DTA максимальний ендотермічний ефект визначений при температурі 126ºС, що відповідає даним літературних джерел- температура плавлення становить 122-128ºС. Другий пік на кривій DTA 156ºС пов'язаний з деструкцією молекули ізомальтулози.

Згідно дериватограмі еритрітолу на кривій DTA при температурі 125ºС спостерігається ендотермічний ефект. Даний пік не супроводжується втратою маси (крива TG). Згідно отриманої дериватограми можна зробити висновок, що еритрітол є доволі термостабільним поліолом. Згідно з літературними даними температура плавлення становить 180ºС.

Аналіз отриманих прогріву мальтиту свідчить про те, що на кривій DTA максимальний ендотермічний ефект настає при температурі 154ºС. Можна зробити висновок, ща мальтит є доволі термостійкою речовиною, але його термостабільність поступається еритрітолу.

а б в

г

Рис 3.2 Дериватограми цукрозамінників:а- ізомальт; б- ізомальтулоза; в- мальтит; г- еритрітол.

Важливими показниками при використанні цукрозамінників, як харчових продуктів є їх здатність поглинати, або виділяти вологу при зберіганні. Тому доцільним було визначити здатність цукрозамінників до сорбції та десорбції (рисунок 3.3).

Ізотерми сорбції були умовно поділені на три зони: 1- низького вологовмісту, 2-середнього вологовмісту, 3- високого вологовмісту (таблиця 3.2).

Таблиця 3.2

Вміст води за зонами ізотерм

Речовина	Вміст води за зонами ізотерм
(Аw=0...0,25)	(Аw=0,26...0,75)	(Аw=0,76...0,90)
сорбція	десорбція	сорбція	десорбція	сорбція	десорбція
цукор		0,15		0,37	1,26	1,25
еритрітол				0,01	0,55	0,52
мальтит		0,11		0,37	0,98	0,99
ізомальт	0,001		0,003	0,006	0,035	0,03

За отриманими даними можна зробити висновок, що максимальний вологовміст має цукор, мінімальний- ізомальт.

Харктер гістерезисної петлі свідчить, що у цукрі та цукрозамінниках- мальтиті, ізомальті, процес зневоднення незворотній. Серед зазначених речовин найбільше вологи утримується цукром. На ізотермах сорбції-десорбції цукру, мальтиту еритрітолу, ізомальту більшою мірою спостерігається постійний рівень сорбції при різних значеннях Р/Р_s.

На підставі отриманих даних можна зробити припущення, що в процесі зберігання виробів на ізомальті за традиційних умов (φ 70...75%) вони можуть сорбувати вологу в незначній мірі. Вироби на цукрі мальтиті та еритрітолі не повинні сорбувати вологу.

Основними фізико-хімічними властивостями цукрозамінників є в'язкість та поверхневий натяг їх розчинів, здатність до піноутворення.

Нами було визначено в'язкість розчинів цукру та цукрозамінників (Таблиця 3.2), оскільки в'язкість є важливим показником, що характеризує структурні характеристики кондитерських мас.В’язкість- це здатність рідини оказувати опір незворотному переміщенню однієї її частини відносно іншої при зсуві, розтягуванні та інших видах деформацій. В’язкість характеризується інтенсивністю роботи, яка витрачається на течіння рідини з певною швидкістю. Величину, що дорівнює відношенню динамічної в’язкості до густини речовини називають кінематичною в’язкістю, величину зворотною в’язкості – текучістю. В загальному випадку просторового течіння для ньотоновських рідин має місце лінійна залежність між тензорами напруги та швидкості деформації. Рідини для яких зазначена закономірність не є лінійною називають неньютонівськими рідинами. В’язкість низькомолекулярних рідин, що відносяться до одного гомологічного ряду приблизно лінійно збільшується з збільшенням молекулярної маси речовини, вона також збільшується з введенням в молекулу циклів або полярних груп. В’язкість рідин з підвищенням температури зменшується внаслідок зниження енергії міжмолекулярної взаємодії, що перешкоджає переміщенню молекул. З збільшенням тиску в’язкість завжди збільшується. В'язкість розчинів визначали віскозиметричним методом, за допомогою капілярного віскозиметра Оствальда. Капілярний метод базується на вимірюванні часу витікання рідини через капілярну трубку.

Таблиця 3.3

Кінематична в’язкість розчинів цукру та цукрозамінників

Розчин	Концентрація цукру /цукрозамінника у водному розчині, %
Температура, ^0С	Температура, ^0С	Температура, ^оС
Цукру	1,418	0,859	0,648	2,054	1,246	0,940	2,437	1,478	1,115
Фруктози	1,204	0,736	0,554	1,744	1,067	0,803	2,069	1,266	0,953
Ізомальту	1,550	1,084	0,838	2,290	1,560	1,097	3,210	1,795	1,227
Ізомальтулози	1,431	0,881	0,657	2,073	1,276	0,951	2,460	1,514	1,129
Еритрітолу	1,126	0,682	0,514	1,632	0,990	0,747	1,936	1,191	0,862
Мальтиту	1,492	1,072	0,823	2,215	1,429	1,101	2,938	1,678	1,162

Згідно з отриманими даними можна зробити висновки, що найбільшу в'язкість мають розчини ізомальту, а найменшу розчини ерітритолу. З підвищенням температури в'язкість усіх розчинів зменшується. Так при збільшенні температури з 20ºС до 60ºС в'язкість розчинів цукру зменшується на 54...55%, фруктози- на 46...47%, ізомальту- на 46...62%, ізомальтулози- на 54...55%, еритрітолу- на 39...55%, мальтиту- на 45...60%.

Зі збільшенням концентрації розчинів в'язкість збільшується. Так, при збільшенні концентрації з 10 до 30% в'язкість розчинів цукру збільшується (за однієї температури) на 71...72%, фруктози- на 71...72%, ізомальту- на 107%, ізомальтулози- на 71...72%, еритрітолу- на 71...72%, мальтиту- на 96...97%.

Тобто для розчинів усіх цукрозамінників спостерігаються загальні тенденції, які характерні для розчинів цукру: зі збільшенням концентрації в'язкість збільшується, зі збільшенням температури- зменшується.

Для раціональної організації технологічного процесу, обгрунтування технологічних параметрів тістоприготування доцільно проаналізувати як відрізняється в'язкість розчинів різних цукрозамінників за однакових умов дослідження.

Якщо в'язкість розчинів цукру при концентрації 30% і температурі 20ºС прийняти за 100%, то в'язкість розчинів фруктози для тих же умов буде дорівнювати 85%, ізомальту- 132%, ізомальтулози- 101%, еритрітолу- 79,4%, мальтиту- 120,5%; за тієїж концентрації при температурі 40ºС в'язкість розчинів фруктози буде дорівнювати 85,7%, ізомальту- 121,4%, ізомальтулози- 102,4%, еритрітолу- 80,6%, мальтиту- 113,5%; за тієїж концентрації при 60ºС в'язкість розчинів фруктози буде дорівнювати 85,5%, ізомальту- 110%, ізомальтулози- 101,3%, еритрітолу- 77,3%, мальтиту- 104,2%.

Підводячи підсумок потрібно зазначити, що найменшу в'язкість мають розчини еритрітолу. Якщо розташувати цукрозамінники в порядку збільшення в'язкості розчинів, то прослідковується така лінія:

еритрітол < фруктоза < цукор < ізомальтулоза < мальтит < ізомальт.

Важливою характеристикою цукру та цукрозамінників є поверхневий натяг їх розчинів.Поверхневий натяг- це робота утворення одиниці нової поверхні (вільна енергія поверхні) або, що те саме, сила, яка діє на поверхні (дотична до неї) і намагається скоротити вільну поверхню тіла до найменш можливих розмірів при заданому об’ємі. Вона є важливою фізико-хімічною характеристикою рідких тіл. Поверхневий натяг залежить від температури, природи середовищ, що граничать, розчинених домішок. Зі збільшенням температури поверхневий натяг рідин зменшується і при критичній температурі стає нульовим. Наявність в навколишньому середовищі поверхнево активних речовин (або інакше кажучи, капілярно активних), які здатні адсорбуватись на поверхні даної рідини, різко зменшують її поверхневий натяг. Розчинені в рідині речовини здатні як знижувати так і підвищувати її поверхневий натяг. Так органічні спитри та кислоти, які розчинені у воді, значно знижують її поверхневий натяг, електроліти, навпаки, дещо підвищують його. Можна припустити, що розчинені в воді цукрозамінники будуть по різному змінювати поверхневий натяг рідини (води). Нами проведено дослідження, щодо визначення поверхневого натягу розчинів цукрозамінників нового покоління за різної концентрації (Таблиця 3.3).

Таблиця 3.4

Поверхневий натяг розчинів цукру та цукрозамінників при температурі 20^оС

Розчин	Концентрація
10%	20%	30%
цукру	82,77	80,63	78,6
фруктози	82,35	80,22	78,2
ізомальтулози	73,42	70,2	67,25
ерітритолу	72,09	70,82	69,59
мальтиту	70,82	69,59	68,4
Ізомальту	71,46	69,61	67,86

Згідно з отриманими даними можна зробити висновки, що найбільший поверхневий натяг мають розчини фруктози, а найменший розчини ізомальтулози.

Якщо поверхневий натяг розчинів цукру при концентрації 30% прийняти за 100%, то поверхневий натяг розчинів фруктози буде дорівнювати 99,5%, ізомальтулози- 85%, еритрітолу- 88,5%, мальтиту- 87%, ізомальту- 86,3%; при концентрації розчинів 20% поверхневий натяг розчинів фруктози складатиме 99,5%, ізомальтулози- 87,1%, еритрітолу- 87,8%, мальтиту- 86,3%, ізомальту- 86,8%; при концентрації 10% поверхневий натяг розчинів фруктози буде дорівнювати 99,5%, ізомальтулози- 88,7%, еритрітолу- 87,1%, мальтиту- 85,6%, ізомальту- 86,3%.

З огляду на те, що поверхневий натяг розчинів цукрозамінників менший за поверхневий натяг розчинів цукру можна прогнозувати їх позитивний вплив на процес піноутворення. Однак, на процес піноутворення впливає в'язкість розчинів та інші фактори, тому для визначенняможливості та доцільності використання цукрозамінників нового покоління у технології бісквітів потрібно провести дослідження по визначенню їх впливу на піноутворюючу здатність яйцепродуктів та стійкість їх піни.

Дата добавления: 2017-02-01