Анализ макаронных изделий в условиях контролируемой влажности с использованием динамического механического и сорбционного анализаторов

АННОТАЦИЯ

В этой статье обсуждается динамический механический анализ и сорбция воды макаронными изделиями (паста) при изменении температуры и относительной влажности.

ВВЕДЕНИЕ

Содержание влаги в готовой к употреблению пасте является основным фактором, влияющий на текстуру и вкусовые ощущения. Эти два свойства напрямую связаны с механическим поведением материала. Производители пасты проявляют большой интерес к контролю этих параметров, т.к. готовые блюда, продаваемые в магазинах, имеют все большую популярность. Известно, что особое распределение влаги в пасте может коррелировать с состоянием, называемым "al dente" (прим. - al dente (аль денте) в переводе с итальянского означает «на зуб» и описывает то состояние пасты, когда она уже готова, однако еще достаточно твердая и не успела развариться). Основная цель – приготовить пасту со структурой "al dente" похожей на свежеприготовленный продукт. Однако, структура пасты портится очень быстро после приготовления и, тем более, при хранении. Поэтому важно понимать влияние комбинированного эффекта температуры и влажности на структуру пасты с тем, чтобы оптимизировать производство, транспортирование и стабильность при хранении, так же как, и контроль текстуры и конечные свойства.

Приставка DMA-RH  компании TA Instruments позволяет анализировать механические свойства образца при постоянных и/или изменяемых температуре и относительной влажности. Оно разработано для использования совместно с динамическим механическим анализатором (ДМА) Q800 . Приставка DMA-RH  это интегрированное устройство включающее следующие компоненты:

Рисунок 1 - Динамический механический анализатор Q800 компании TA Instruments Q800 и приставка DMA-RH .

1. Камера для образца монтируется в ДМА на место стандартной печи и закрывает весь образец. Пельтье-элементы в камере обеспечивают контроль температуры с точностью ±0.1 °C. Для работы с камерой подходят стандартные зажимы ДМА, включая кантилеверы, для растяжения и 3-х точечного изгиба. Камера может быть легко, что позволяет быстро установить стандартную печь ДМА.
2. Приставка DMA-RH включает увлажнитель и электронный блок для постоянного контроля температуры и влажности в камере образца. ДМА Q800 и приставка DMA-RH  имеют полностью интегрированное программное управление.
3. Нагреваемая переходная линия с температурой выше точки росы предотвращает конденсацию и обеспечивает получение воспроизводимых результаты.

Рисунок 2 – Камера образца приставки DMA-RH.

 Приставка DMA-RH позволяет проводить эксперименты в температурном диапазоне 5-120°C, и при влажности - 5-95% RH. По существу, она идеально подходит для пасты и других пищевых материалов механические свойства, которых интересны в этом диапазоне влажности и температур.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Образец сухой пасты феттучини (10,6 мм x 4,7 мм x 1,4 мм) был измерен в режиме одинарного кантилевера при 60°C с частотой 1 Гц и амплитудой 20 мкм (деформация 0,06%).

Рисунок 3 – Результаты ДМА для пасты при повышении и относительной влажности

Относительную влажность изменяли в диапазоне 5-95-5% RH с шагом 5 %, при этом при каждом изменении влажности образец выдерживали не менее 60 минут для достижения равновесия. Результаты представлены на рисунке 3. Как видно из кривых, представленных на рисунке 3, структура материала пасты размягчается при относительной влажности около 70%. Относительно острый пик тангенса дельта говорит о быстром снижении механической прочности, которое может соответствовать образованию текстуры "al dente". При уменьшении относительной влажности наблюдается обратный процесс, однако, материал не восстанавливает исходный модуль сухой пасты. Это может быть вызвано удерживанием воды в структуре и ее пластифицирующим действием или необратимыми изменениями морфологии таких как, гелеобразование или желатинизация молекул крахмала.

Далее образец пасты был проанализирован с помощью сорбционного термогравиметрического анализатора Q5000SA. Для этого эксперимента использовали аналогичный профиль температур/влажности, за исключением того, что первоначально образец был высушен в течение 2 часов при 0 % отн. вл. Результаты анализа представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 – Анализ сорбции воды материалом пасты

Эти результаты показывают значительную сорбцию при относительной влажности 70 %, что коррелирует с анализом ДМА. Однако, сорбция воды полностью обратима, что показывает кривая десорбции (зеленая). Это дает основание предполагать, что изменения в модуле упругости вызваны не пластифицированием остаточной водой, а необратимыми морфологическими изменениями материала.

ВЫВОДЫ

Представленные данные иллюстрируют влияние относительной влажности на механические свойства пасты. Эти свойства могут прямо коррелировать с текстурой и вкусовыми ощущениями материала. Кроме того эти исследования могут быть использованы для прогнозирования свойств при транспортировании и хранении. Термоанализаторы Q5000SA и Q800 DMA с приставкой DMA-RH производства компании TA Instruments обеспечивают идеальную платформу для подобных исследований.

ССЫЛКИ

A. K. Horigane, S. Naito,M. Kurimoto,K. Irie, M. Yamada, H. Motoi, M. Yoshida, Cereal Chem. 83(3):235-242, 2005