Doktorski rad

2.15.2. Termofizička svojstva hrane

Poznavanje termofizičkih svojstava hrane čini osnovu za utvrđivanje procesnih parametara, kao i učinkovitu provedbu toplinskih procesa. Hoće li se termofizičko svojstvo odrediti pomoću matematičkih modela ili uporabom eksperimentalnih metoda mjerenja, ovisit će o zahtjevu za točnošću i brzinu određivanja.

Toplinskim procesiranjem hrane dolazi do promjena u fizičkim i kemijskim svojstvima sastojaka hrane koja utječu na okus, izgled, teksturu i stabilnost. Većina prehrambenih proizvoda izložena je različitim temperaturnim promjenama tijekom procesiranja, transporta i skladištenja. Stoga je važno poznavanje utjecaja različitih toplinskih tretmana na svojstva hrane kako bi se optimirali procesni parametri, uvjeti skladištenja i time dobio proizvod odgovarajuće kakvoće. Kako bi se to ostvarilo, danas su razvijene pouzdane analitičke metode i tehnike koje omogućuju praćenje promjena u hrani uzrokovanih promjenom temperature.

Najraširenija termoanalitička tehnika danas je diferencijalna motridbena kalorimetrija (DMK). Kvantitativni podaci obuhvaćaju: entalpije pretvorbi, faznih prijelaza ili reakcija, mjerenja toplinskog kapaciteta, određivanja čistoće tvari i kvantitativne analize višekomponentnih smjesa (Lund, 1983.).

3. 
   EKSPERIMENTALNI DIO
   

3. 1. Definiranje zadatka
Ciljevi ovog istraživanja bili su:

1. 
   U svrhu određivanja utjecaja dodataka i skladištenja na kvalitetu, reološka i termofizikalna svojstva paste od maline prirediti različite paste maline pasiranjem i termičkom obradom.
   
2. 
   Istražiti utjecaj različitih dodataka (modificiranih škrobova, hidrokoloida i šećera) na reološka i termofizikalna svojstva različitih pasta od maline, na spojeve arome, odnosno na zadržavanje tih spojeva te određivanje boje, odnosno promjene boje odmah nakon pripreme pasta od maline.
   
3. 
   Istražiti utjecaj skladištenja kroz šesnaest mjeseci na reološka i termofizikalna svojstva pripremljenih pasta od maline, na zadržavanje spojeva arome, te zadržavanje boje nakon skladištenja (8 i 16 mjeseci).
   

Istraživanje je obuhvatilo:

• 
  Pripravu 15 različitih pasta od maline dodatkom kombinacija šećera saharoze, fruktoze ili trehaloze, modificiranih škrobova kukuruza i tapioke, hidrokoloida (guar i karaja) prema unaprijed određenoj recepturi sa termičkom obradom do suhe tvari od 35 %.
  
• 
  Određivanje termofizikalnih svojstava pasta od maline primjenom diferencijalne motridbene kalorimetrije (DMK, Mettler Toledo DSC 822^e) i utjecaja dodataka (šećera saharoze u kombinaciji sa fruktozom ili trehalozom, guara, karaye te modificiranih škrobova voštanog kukuruza i tapioke) na ta svojstva.
  
• 
  Primjenom rotacijskog viskozimetra (Brookfield Engineering Laboratories, DV-III+ Digital Rheometer) istraživanje utjecaja dodataka (šećera saharoze u kombinaciji sa fruktozom ili trehalozom, guara, karaye te modificiranih škrobova voštanog kukuruza i tapioke) na reološka svojstva pasta pri temperaturama od 0, 10, 20, 30 i 40 °C.
  
• 
  Određivanje spojeva arome tehnikom SPME (Solid phase Microextraction) na plinskom kromatografu s masenim spektrometrom.
  
• 
  Primjenom tristimulusnog kromametra Minolta CR-300 određivanje boje te izračunavanje parametra C.
  
• 
  Određivanje sadržaj polifenola i antocijana primjenom pH diferencijalne metode.
  
• 
  Određivanje antioksidacijska aktivnost DPPH metodom.
  
• 
  Skladištenje uzoraka kroz šesnaest mjeseci na sobnoj temperaturi te analizu izabranih svojstava i čimbenika kvalitete nakon osam, odnosno nakon šesnaest mjeseci skladištenja.
  

Na osnovi dobivenih rezultata provela se odgovarajuća statistička obrada rezultata.

3.2. Materijali

Za pripremu pasta od maline upotrijebljene su maline sorte Wilamet, uzgojene na području općine Orahovica i čuvane u zamrznutom stanju na temperaturi -20 °C prije upotrebe. U istraživačkom laboratoriju sirovine (kaša maline, šećeri, modificirani škrobovi, hidrokoloidi) za pripremu pasta od maline su bile pomiješane prema sljedećoj recepturi:

• 
  kaša maline i 27 % saharoze,
  
• 
  kaša maline, 17 % saharoze i 10 % fruktoze,
  
• 
  kaša maline, 25,4 % saharoze i 1,6 % trehaloze,
  
• 
  kaša maline, 27 % saharoze i 1 % hidroksipropiliranog škroba tapioke,
  
• 
  kaša maline, 27 % saharoze i 1 % hidroksipropil di-škrob fosfata voštanog kukuruza ,
  
• 
  kaša maline, 27 % saharoze i 0,05 % karaye,
  
• 
  kaša maline, 27 % saharoze i 0,05 % guara,
  
• 
  kaša maline, 17 % saharoze, 10 % fruktoze i 1% hidroksipropiliranog škroba tapioke,
  
• 
  kaša maline,17 % saharoze, 10 % fruktoze i 1 % hidroksipropil di-škrob fosfata voštanog kukuruza ,
  
• 
  kaša maline, 17 % saharoze, 10 % fruktoze i 0,05 % karaye,
  
• 
  kaša maline, 17 % saharoze, 10 % fruktoze i 0,05 % guara,
  
• 
  kaša maline, 25,4 % saharoze, 1,6 % fruktoze i 1% hidroksipropiliranog škroba tapioke,
  
• 
  kaša maline,25,4 % saharoze, 1,6 % fruktoze i 1 % hidroksipropil di-škrob fosfata voštanog kukuruza ,
  
• 
  kaša maline, 25,4 % saharoze, 1,6 % trehaloze i 0,05 % karaye i
  
• 
  kaša maline, 25,4 % saharoze, 1,6 % trehaloze i 0,05 % guara;
  

Tako dobivene smjese sirovina korištene su za pripremu pasta od maline termičkom obradom. Smjesa je zagrijavana 15 minuta na 80 °C uz konstantno miješanje. Nakon toga je još vruća pasta punjena u sterilne bočice od 0,2 l, zatvarana I pasterizirana u vodenoj kupelji na 85 °C, 15 minuta.

Dodaci:

• 
  Saharoza
  
• 
  Fruktoza, M = 180,16 g/mol– Merck (Njemačka).
  
• 
  Trehaloza, M = 342,3 g/mol – Merck (Njemačka).
  
• 
  Hidroksipropilirani škrob tapioke, udio vode 15 % - National Starch & Chemical (Velika Britanija).
  
• 
  Hidroksipropil di-škrob fosfat voštanog kukuruza, udio vode 15 % - National Starch & Chemical (Velika Britanija).
  
• 
  Guar , Sigma-Aldrich Chemie (Njemačka).
  
• 
  Karaja, Sigma-Aldrich Chemie (Njemačka).
  
• 
  Kalij-klorid, natrij-acetat, methanol, klorovodična kiselina – Kemika (Zagreb, Hrvatska).
  
• 
  2, 2-diphenyl-1-picryl-hydrazil (DPPH) – Fluka (Njemačka).
  

Skladištenje

Pripremljene paste skladištile su se na suhom i tamnom mijestu, pri sobnoj temperaturi (25 ºC), tijekom 8 i 16 mjeseci.

3.3. Metode
3.3.1. Analiza spojeva arome
Priprema uzorka za analizu
Prilikom pripreme uzorka korištena je tehnika mikroekstrakcije na čvrstoj fazi (SPME) za koju je neophodna SPME aparatura. Osnova SPME aparature je igla unutar koje se na polimernu stacionarnu fazu adsorbiraju aromatični sastojci. U radu je za pripremu uzoraka korišteno punilo od polidimetilsiloksana-divinilbenzena (polimerna stacionarna faza) debljine 65 µm.

Postupak:

U bočicu od 10 mL odvaže se 5 g uzorka paste maline. Doda se 1 g NaCl radi bolje adsorpcije aromatičnih sastojaka. U bočicu se ubaci magnet te se hermetički zatvori teflonskim čepom. Bočica se postavi u posudu s vodom te se, uz stalno miješanje uzorka magnetskom miješalicom, aromatični sastojci adsorbiraju na polimernu stacionarnu fazu (unutar igle). Prije samog ispuštanja igle u nadprostor uzorka, uzorak se 10 minuta miješa na vodenoj kupelji (25 °C) radi zasićenja nadprostora sa svrhom što bolje adsorpcije aromatičnih sastojaka. Adsorpcija se provodi na temperaturi od 25 °C (vodena kupelj) u trajanju od 25 minuta. Po završetku adsorpcije igla s adsorbiranim sastojcima odmah se stavlja u injektor plinskog kromatografa te slijedi njihova toplinska desorpcija (Slika 26).

Određivanje kvantitativnog udjela aromatičnih sastojaka pasta maline provedeno je primjenom instrumentalne plinske kromatografije. U radu je korišten plinski kromatograf tvrtke Hewlett Packard 5890 Series II s maseno-selektivnim detektorom Hewlett Packard 5971A.

Slika 26 Korištenje SPME holdera za uzorkovanje i analizu

Uvjeti rada plinskog kromatografa:
Parametri ekstrakcije:

temperatura ekstrakcije: 25 °C,

vrijeme ekstrakcije: 25 min,

tip mikroekstrakcijske igle: 65 µm PDMS/ DVB (Supelco).

GC – MS analitički uvjeti:

kolona: CP-WAX; 60 m x 0,25 mm x 0,25 µm (Varian),

početna temperatura: 40 °C (5 min),

temperaturni gradijent: 4 °C/ min,

plin nosač: helij (čistoće 6,0) s protokom 1 mL/ min pri 40 °C,

konačna temperatura: 230 °C,

temperatura injektora: 250 °C,

temperatura detektora: 280 °C,

desorpcija uzorka u injektor: 5 min.

U prvih pola minute kromatografske analize korišten je splitless mod, a nakon toga split mod.

Određivani su odabrani sastojci arome:

terpenoidi (α – felandren, Limonen, Sabinen, Linalool, β-kariofilen, α-terpineol, Geraniol, α-jonon, α-jonol, β-jonon);

karbonilni spojevi (2-heksanal, 4 (4-hidroksifenil)-butan-2-on, 2-nonanon, Nonanal, 1-nonen-3-on, Dekanal, 2-undekanon, β-damascenon);

kiseline (octena, heksanska, oktanska, nonanska, dekanska);

alkoholi (cis-3-heksen-1-ol) i

laktoni (δ-dekalakton).

Obrada podataka vršena je u programu Statistika 7.

3.3.2. Određivanje i praćenje promjene boje
Mjerenje boje kao i promjena boje praćeni su pomoću kromametra (Minolta CR-300). Ovaj tip kromametra mjeri reflektiranu svjetlost s površine predmeta. Svjetlost se reflektira, te takvu svjetlost mjeri šest jako osjetljivih silkonskih fotočelija. Podatke zapisuje računalo i izražava ih u pet različitih sustava (X, Y, Z; Yxy; LCH; Lab; Hunter Lab). U radu je korišten Lab sustav koji daje približne vrijednosti kao i ljudsko oko.

Pomoću L* vrijednosti određuje se je li neki predmet taman ili svijetao. Ako je L* = 0 tada je predmet crne boje, a ako je L* = 100 predmet je bijel.

a* vrijednost određuje je li neki predmet crvene ili zelene boje. Ako je a* pozitivan predmet je crvene boje, a ako je a* negativan predmet je zelen.

b* vrijednost određuje je li neki predmet žute ili plave boje. Ako je b* pozitivan predmet je žute boje, a ako je b* negativan predmet je plav.

Slika 27 Prikaz načina očitavanja boje u Lab sustavu
Udaljenost između dvije točke u koordinatnom sustavu boje se izražava kao ΔE. Veza između izračunate promjene boje, ΔE, i ljudske percepcije boje dana je u Tablici 6.
Tablica 6 Veza između izračunate promjene boje, ΔE, i ljudske percepcije boje

ΔE	Vidljivost razlike ljudskim okom
< 0,2	Nije vidljiva razlika
0,2 – 1	Vrlo mala vidljivost razlike
1 – 3	Mala vidljivost razlike
3 – 6	Prosječna vidljivost razlike
> 6	Velika vidljivost razlike