Анализ влияния различных концентраций органических кислот и NACL на величину pН гетерогенных овощных консервов

Размещено на http://allbest.ru

Федеральное агентство научных организаций

Всероссийский научно-исследовательский институт технологии консервирования - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН

(ВНИИТеК - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН)

Анализ влияния различных концентраций органических кислот и NACL на величину pН гетерогенных овощных консервов

Борченкова Л.А., старший научный сотрудник;

Каневский Б.Л., кандидат технических наук,

ведущий научный сотрудник;

Левшенко М.Т., старший научный сотрудник;

Покудина Г.П., - старший научный сотрудник.

Введение

Актуальность проблемы. Большинство овощей относятся к слабокислым продуктам, значение их рН составляет более 4,6, поэтому для снижения режимов стерилизации этих продуктов их приходится подкислять [1].

В консервах с регулируемой кислотностью заданную величину кислотности или рН устанавливают прямым подкислением, добавляя в продукт нормируемое количество органической кислоты.

В составе комплекса веществ они участвуют в формировании вкуса и аромата, принадлежащих к числу основных показателей качества пищевого продукта [2].

В зависимости от величины pH изменяется скорость протекания в воде химических реакций, устойчивость различных форм молекул и других важнейших процессов, определяющих устойчивость вегетативных клеток и бактериальных спор в продукте.

При разработке режимов стерилизации пищевых продуктов в первую очередь учитывается величина требуемой летальности ( ), определяемой для спор бактерий в зависимости от pH среды [3].

В кислых средах микроорганизмы и их споры погибают быстрее, чем в нейтральных.

Показатель рН является одним из факторов, определяющих возможность развития и токсинообразования Сlostridium botulinum в консервированных продуктах. [4].

Чем точнее известны границы колебания величины рН консервируемого продукта, тем более точно можно рассчитать режимы пастеризации или стерилизации консервов и тем, соответственно, больше будет гарантирована микробиологическая стабильность и качество продукта. [2]

Цель исследования. Анализ степени влияния концентрации органических кислот - лимонной и уксусной, а также добавления соли NaCl, на величину рНгетерогенного продукта для уточненного расчета режимов стерилизации.

Материалы и методы исследования. В технической документации на гетерогенные консервы, приготовленные с добавлением кислот, обычно указывают общую кислотность продукта и максимально допустимую величину рН.

Целесообразно нормировать не максимальную величину рН, а указывать возможный интервал его колебаний [1]. При составлении рецептуры консервируемого продукта отсутствуют фактические данные о влиянии компонентов и их концентраций на величину рН готового продукта, что затрудняет получение продукта с необходимой величиной рН.

Для растворов электролитов коэффициент активности ионов связан с величиной ионной силы, которая увеличивается с ростом концентрации электролита в растворе и с увеличением заряда ионов.

Степень ассоциации ионов определяется ионной силой раствора, определяемой теорией электролитической диссоциации Аррениуса [7]. Из органических кислот, используемых в пищевой промышленности в качестве вкусового компонента и консерванта, чаще других в рецептуру включают уксусную, молочную или лимонную кислоты.

Органические кислоты, как слабые электролиты, в водных растворах диссоциируют лишь частично, поэтому расчеты равновесных концентраций проводят, опираясь на закон действия масс [7].

Следует учитывать, что в качестве пищевой добавки в консервируемые продукты, как правило, добавляется поваренная соль (NaCl). В качестве пищевой добавки для смягчения кислого вкуса при производстве плодоовощных консервов может использоваться сахар (сахароза).

Так как NaCl является сильным электролитом, то на основании закона действующих масс производится расчет равновесных концентраций и величины рН в растворах электролитов для различных типов реакций.

При расчете величины рН большое значение имеет теория сильных электролитов Дебая - Хюккеля.

Основное уравнение этой теории показывает связь между коэффициентом активности ионов и ионной силой в разбавленных растворах.

Ниже приведен пример расчета величины рН разбавленного 0,1 M раствора уксусной кислоты в присутствии 0,1 M раствора сильного электролита NaCl [8]:

(1)

соль морковь стерилизация тепловой

где C₀ - концентрация ионов кислоты, - константа ионизации кислоты, 0,775 и 0,83 - коэффициенты активности для ионов CH₃COO^- и H⁺ соответственно.

Термодинамические уравнения для растворов, в которых фигурируют концентрации, достоверно описывают свойства реальных разбавленных растворов.

В более концентрированных растворах начинают проявляться индивидуальные особенности ионов, поэтому термодинамические уравнения при расчетах величины рН реальных концентрированных растворов неприменимы.

У одних электролитов коэффициент активности уменьшается, что может быть обусловлено образованием ионных пар, у других он увеличивается - за счёт уменьшения не принимающих участия в гидратации молекул воды и по другим причинам [7].

Следует также учитывать, что при приготовлении заливки cахароза нагревается до 100⁰С и в присутствии кислот под влиянием теплового воздействия она подвергается кислотному гидролизу и расщепляется на глюкозу и фруктозу (т.е. происходит ее инверсия).

Полученная смесь глюкозы и фруктозы оказывает влияние на ионную силу раствора и, соответственно, на величину рН продукта.

Поэтому в наших исследованиях было экспериментально установлено влияние концентраций органических кислот (уксусной и лимонной) и концентраций поваренной соли (NaCl) с добавлением сахара (сахарозы) на величину рН гетерогенного продукта с целью последующей разработки научно обоснованных режимов тепловой обработки этих продуктов.

Результаты и их обсуждение

Объектом исследований являлся гетерогенный продукт «Морковь гарнирная», содержащий жидкую фракцию - заливку и твёрдую фракцию в виде нарезанных кусочков моркови. Консервы "Морковь гарнирная" вырабатывали в соответствии с ТИ [6].

Соотношение составных частей в продукте составляло 55 % моркови бланшированной нарезанной (кубики с размером ребра 10 мм) и 45 % заливки.

При изготовлении консервов использовали заливку с 5 % сахара и 0,5 % соли с добавлением уксусной или лимонной кислот с их различным процентным содержанием: 0 (контроль); 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 и 0,5, по 10 банок типа III-51-100 с разными кислотами плюс 2 банки (контроль) без кислот. Температура заливки при заполнении банок составляла 90°С.

Стерилизация продукта проводилась на лабораторном стенде ВНИИТеК в вертикальном автоклаве по режиму: 20 - продолжительность нагрева (мин) греющей среды (воды) до температуры 120 ^оС, 15 - продолжительность собственной стерилизации продукта при 120 ^оС и 20 - продолжительность снижения температуры греющей среды в автоклаве до 35 ⁰С, 1,8 - противодавление в автоклаве (атм).

Были проведены также исследования влияния добавления соли NaCl в продукт от 0,5 до 2,5 и 4,5 % на величину pH выбранных образцов заливки и измельченного продукта с содержанием кислоты 0,2 и 0,5 % после стерилизации и двухнедельного хранения.

Величину рН продукта измеряли при изготовлении заливки и после двухнедельного хранения стерилизованного продукта. Определение величины рН проводили потенциометрическим методом с использованием рН метра «HANNA pH 211» (Румыния).

Подготовку прибора и измерение величины pH проводили комбинированным стеклянным электродом и электродом компенсатором температуры в соответствии с [9].

Перед определением рН прибор и электроды тарировали с помощью стандартных буферов с рН 4,01 и 6,98 при температуре окружающего воздуха 20 - 25 єС.

Суммарная погрешность при измерении рН - не более ±0,05 рН в диапазоне 2 - 9 рН при температурах измеряемых образцов и окружающей среды 15 - 60 єС [9].

Проведены измерения величины рН исходной заливки с различными концентрациями уксусной и лимонной кислот. Из полученных данных следует, что лимонная кислота обладает более высокой способностью снижать рН заливки (более чем на 0,5 единицы рН) по сравнению с уксусной кислотой при одной и той же концентрации.

При проведении измерения pH заливки с добавленной солью в концентрации 0,5, 2,5 и 4,5 % установлено, что фактическое значение рН заливки для уксусной кислоты с концентрацией 0,5 % (около 0,1 М) с наличием в растворе NaCl в концентрации 0,5 % (около 0,1 М) в присутствии сахара значение рН составило 3,3, хотя расчетная величина рН без сахара равна 2,8. Данный факт подтверждает указанный выше вывод о влиянии присутствия сахара (сахарозы) на фактическую величину рН заливки.

Было проведено также исследование влияния различных концентраций лимонной и уксусной кислот на величину рН консервов. Значение рН продукта из моркови без добавления кислоты составляло 6,70. Результаты замеров рН заливки, взятой из консервированного продукта и измельчённой в блендере оставшейся твёрдой части продукта, после стерилизации и двухнедельного хранения приведены в таблице.

Таблица. Величина pH консервов «Морковь гарнирная» после стерилизации и двухнедельного хранения

Из приведенных в таблице данных видно, что pH в заливке и в измельченном продукте различаются незначительно. Из этого следует, что диффузия кислоты в консервах практически произошла. Это показывает установление равновесного состояния рН в продукте, а также то, что лимонная кислота оказывает большее влияние на рН продукта по сравнению с уксусной.

Проведены исследования по изучению влияния добавления соли NaCl на величину pH выбранных образцов заливки и измельченного продукта с содержанием кислот 0,2 и 0,5% после стерилизации и двухнедельного хранения. При этом смешивали измельченную твердую фазу с заливкой и добавляли в каждую банку соль для доведения ее содержания до 2,5 и 4,5 %.

Исследования pH полученного продукта с разным процентным содержанием NaCl показало, что увеличение концентрации поваренной соли на 2 % и 4 % повышает ионную силу раствора, за счет чего увеличивается константа диссоциации кислоты. При этом снижается рН готового продукта на 0,1 единицы рН для уксусной кислоты и на 0,2 единицы рН для лимонной кислоты. Продукт обладает буферными свойствами и повышение рН продукта по сравнению с рН заливки различается на 0,2 единицы.

Заключение

Полученные нами ранее результаты исследований показали, что термоустойчивость спор C. botulinum зависит не только отвеличины рН продукта, но и от вида использованной органической кислоты.

Поэтому в пищевой технологии в тех случаях, когда вырабатывают продукты с регулируемой кислотностью, необходимо принимать во внимание не только величину рН продукта, но и вид добавляемой в продукт кислоты [10].

Термодинамические уравнения, позволяющие рассчитать величину рН растворов с учетом ионной силы, не всегда подходят для расчета свойств реальных растворов, используемых при консервировании. Чем точнее известны границы фактического колебания величины рН консервируемого продукта, тем более точно можно рассчитать режимы стерилизации консервов.

Поэтому было необходимо провести экспериментальные исследования влияния различных концентраций органических кислот на величину фактического значение рН консервов при разработке режимов их стерилизации.

Показано, что лимонная кислота обладает более высокой способностью снижать рН заливки (более чем на 0,5 единицы рН) по сравнению с уксусной кислотой при одной и той же концентрации.

При этом, на ионную силу раствора и соответственно на величину рН консервированного продукта оказывает влияние используемые при консервировании концентрации поваренной соли, сахара и буферные свойства продукта.

Установление влияния различных факторов на величину рН продуктов позволит более точно рассчитывать режимы стерилизации гетерогенных продуктов, вырабатываемых с регулируемой кислотностью.

Уточнение режимов стерилизации повысит качество этих консервов и снизит затраты на их производство

В результате исследований, проведенных на примере гетерогенных консервов «Морковь гарнирная», было экспериментально установлено влияние концентраций органических кислот (уксусной и лимонной) и концентраций поваренной соли (NaCl) с добавлением сахара (сахарозы) на величину рН гетерогенного продукта с целью последующей разработки научно обоснованных режимов тепловой обработки этих продуктов.

Список литературы

1. Синга Н.К., Хью И.Г. Настольная книга производителя и переработчика плодоовощной продукции/ - СПб: Профессия, 2013. - 896 с.

2. Мазохина-Поршнякова Н.Н., Найдёнова Л.П., Николаева С.А., Розанова Л.И.. Анализ и оценка качества консервов по микробиологическим показателям. М.: Пищевая промышленность, 1977. 471с.

3. Бабарин В.П. Стерилизация консервов: Справочник. - СПб: ГИОРД, 2006.-312с.

4. Anderson N.M., Larkin J.W., Cole M.B. Supplement Food Safety Objective Approach for Controlling Clostridium botulinum Growth and Toxin Production in Commercially Sterile Foods Jornal of Food Protection, 2011. Vol. 74. (11), р. 1956-1989.

5. Мазохина-Поршнякова Н.Н. Подавление возбудителей ботулизма в пищевых продуктах. М.: Агропромиздат, 1989. 176 с.

6. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Том.1 «Консервы овощные и обеденные». М., 1977, стр. 430.

7. Лебедева М.И. Аналитическая химия, Изд-во ТГТУ, 2008, 160 с.

8. Шелковников В.В. Расчеты ионных равновесий в химии: учеб.-мет. пособие, Изд-во Томск. Ун-та, 2006, 70 с.

9. Instruction Manual «HANNA pH 210, pH 211, pH 212, pH 213. Microprocessor-based Bench pH/mV/ C Meters». 1978 г.

10. Левшенко М.Т., Каневский Б.Л., Покудина Г.П., Борченкова Л.А. Изучение кинетики гибели спор Clostridium botulinum при производстве гетерогенных консервированных продуктов. Материалы конгресса «Наука, питание и здоровье», Минск 8-9 июля. 2017 г, с. 431-438.

References

1. Singa N.K.. Khyu I.G. Nastolnaya kniga proizvoditelya i pererabotchika plodoovoshchnoy produktsii/ - SPb: Professiya. 2013. - 896 p.

2. Mazokhina-Porshnyakova N.N., Naydenova L.P., Nikolayeva S.A., Rozanova L.I. Analiz i otsenka kachestva konservov po mikrobiologicheskim pokazatelyam. M.: Pishchevaya promyshlennost. 1977. 471 p.

3. Babarin V.P. Sterilizatsiya konservov: Spravochnik. - SPb: GIORD. 2006.-312 p.

4. Anderson N.M., Larkin J.W., Cole M.B. Supplement Food Safety Objective Approach for Controlling Clostridium botulinum Growth and Toxin Production in Commercially Sterile Foods Jornal of Food Protection, 2011. Vol. 74. (11), р. 1956-1989.

5. Mazokhina-Porshnyakova N.N. Podavleniye vozbuditeley botulizma v pishchevykh produktakh. M.:Agropromizdat. 1989. 176 p.

6. Sbornik tekhnologicheskikh instruktsiy po proizvodstvu konservov. Tom.1 «Konservy ovoshchnyye i obedennyye». M.. 1977. p. 430.

7. Lebedeva M.I. Analiticheskaya khimiya. Izd-vo TGTU. 2008. 160 p.

8. Shelkovnikov V.V. Raschety ionnykh ravnovesiy v khimii: ucheb.-met. posobiye. Izd-vo Tomsk. Un-ta. 2006. 70 p.

9. Instruction Manual «HANNA pH 210, pH 211, pH 212, pH 213. Microprocessor-based Bench pH/mV/ C Meters». 1978.

10. Levshenko M.T., Kanevskiy B.L., Pokudina G.P., Borchenkova L.A. Izucheniye kinetiki gibeli spor Clostridium botulinum pri proizvodstve geterogennykhkonservirovannykh produktov. Materialy kongressa «Nauka. pitaniye i zdorovye». Minsk 8-9 iyulya. 2017. p. 431-438.

Аннотация

Анализ влияния различных концентраций органических кислот и NACL на величину pН гетерогенных овощных консервов. Борченкова Л.А., старший научный сотрудник; Каневский Б.Л., кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник; Левшенко М.Т., старший научный сотрудник; Покудина Г.П., - старший научный сотрудник. Федеральное агентство научных организаций. Всероссийский научно-исследовательский институт технологии консервирования - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН (ВНИИТеК - филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН), г. Видное, Московская область, РФ

При разработке режимов стерилизации пищевых продуктов в первую очередь учитывается требуемая летальность, которая рассчитывается для спор бактерий в зависимости от величины pH продукта. Большинство овощей относятся к числу слабокислых продуктов - значение их рН составляет более 4,6, поэтому для снижения режимов стерилизации этих продуктов их приходится подкислять. В статье приведены результаты исследований различных факторов, влияющих на величину рН в гетерогенном продукте на примере «Морковь гарнирная», содержащем заливку и твердую фракцию. При выработке консервов с регулируемой кислотностью, необходимо принимать во внимание не только величину рН продукта, но и вид добавляемой в продукт кислоты, концентрацию поваренной соли (NaCl) и концентрацию сахара (сахарозы). Установлено, что лимонная кислота обладает более высокой способностью снижать рН заливки и консервированного продукта - более, чем на 0,5 единицы по сравнению с уксусной кислотой при одной и той же концентрации. Кроме того, увеличение концентрации поваренной соли на 2 % и 4 % повышает ионную силу раствора, за счет чего увеличивается константа диссоциации кислоты. При этом снижается рН готового продукта на 0,1 единицы рН для уксусной кислоты и на 0,2 единицы рН для лимонной кислоты. Следует также учитывать, что при добавлении в заливку cахара он подвергается кислотному гидролизу и расщепляется на глюкозу и фруктозу, что оказывает влияние на ионную силу раствора и, соответственно, на величину рН продукта. Морковь в консервах обладает буферными свойствами и повышает рН продукта по сравнению с рН заливки на 0,2 единицы. Установление влияния различных факторов на величину рН продуктов позволит более точно рассчитывать режимы стерилизации гетерогенных продуктов, вырабатываемых с регулируемой кислотностью. Уточнение режимов стерилизации повысит качество этих консервов и снизит затраты на их производство.

Ключевые слова: величина рН продукта, уксусная кислота, лимонная кислота, NaCl, гетерогенный овощной продукт.

Abstract

Study of the influence of various concentrations of organic acids and nacl on the ph of heterogeneous vegetable canned foods. Borchenkova L.A., Kanevskiy B.L., PhD, Levshenko M.T., Pokudina G.P. Federal Agency of Scientific Organizations All-Russian Scientific Research Institute of Technology canning - branch Federal State Budget Scientific Institution "Federal Scientific Center of Food Systems. V.M. Gorbatov »RAS (VNIITek - branch of FGBNU "FNC of food systems them. V.M. Gorbatov "RAS), Vidnoe, Moscow region, Russian Federation

When developing the sterilization regimes for food, first of all, the required lethality is taken into account, which is calculated for bacterial spores depending on the pH of the product. Most vegetables are among weakly acidic products - their pH value is more than 4.6, so to reduce the sterilization regimes of these products they have to be acidified.

The article presents the results of studies of various factors affecting the pH in the heterogeneous product "Garnished carrots" containing a fill and a solid fraction. When producing canned food with a controlled acidity, it is necessary to take into account not only the pH of the product, but also the type of acid added to the product, the concentration of table salt (NaCl), and the concentration of sugar (sucrose).

It was found that citric acid has a higher ability to reduce the pH of the fill and the canned product by more than 0.5 units compared to acetic acid at the same concentration. In addition, an increase in the concentration of table salt by 2% and 4% increases the ionic strength of the solution, thereby increasing the dissociation constant of the acid. At the same time, the pH of the finished product is reduced by 0.1 pH units for acetic acid and 0.2 pH units for citric acid. It should also be taken into account that when added to the sugar filling, it undergoes acid hydrolysis and is split into glucose and fructose, which affects the ionic strength of the solution and, accordingly, the pH of the product.

Carrots in canned food have buffer properties and increase the pH of the product compared to the pH of the fill by 0.2 units. Determination of the influence of various factors on the pH of the products will allow us to more accurately calculate the sterilization regimes for heterogeneous products produced with controlled acidity. Specification of sterilization regimes will improve the quality of these canned foods and reduce the cost of their production.

Key words: pH value of product, acetic acid, lemon acid, NaCl, heterogeneous vegetable product.

Размещено на Allbest.ru