disertacija
TRANSCRIPT
DOKTORSKA DISERTACIJA
UTICAJ PROCESNIH PARAMETARA PROIZVODNJE NA FIZIKE OSOBINE, TOPLOTNA SVOJSTVA I KVALITET MAZIVOG KREM PROIZVODA SA MALTITOLOMMarko Petkovi, dipl.ing.
Novi Sad, 2012.
KLJUNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA
Redni broj: RBR Identifikaciono broj: IBR Tip dokumentacije: TD Tip zapisa: TZ Vrsta rada: VR Autor: AU Mentor: MN Naslov rada: NR Monografska publikacija
Tekstualni tampani materijal
Doktorska disertacija Marko Petkovi, dipl. ing. Prof. dr Biljana Pajin Doc. dr Zita ere UTICAJ PROCESNIH PARAMETARA PROIZVODNJE NA FIZIKE OSOBINE, TOPLOTNA SVOJSTVA I KVALITET MAZIVOG KREM PROIZVODA SA MALTITOLOM Srpski (latinica)
Jezik publikacije: JP Jezik izvoda: JI Zemlja publikovanja: ZP Ue geografsko podruje: UGP Godina: GO Izdava: IZ
Srpski/engleski
Republika Srbija
Vojvodina
2012
Autorski tekst
Mesto i adresa: MA
21000 Novi Sad, Bulevar cara Lazara 1
Fiziki opis rada: FO Nauna oblast: NO Nauna disciplina: ND
VIII poglavlja, 136 strana, 45 slika, 10 tabela i 30 tabelarnih priloga Prehrambena tehnologija
Tehnologija ugljenohidratne hrane
Predmetna odrednica/kljune rei: Kuglini mlin, maltitol, saharoza, fizike osobine, PO kvalitet UDK: uva se: U Vana napomena: VN Izvod: IZ 664.68:547.458.2(043.3) U biblioteci Tehnolokog fakulteta u Novom Sadu
Nema
U prvoj fazi doktorske teze ispitana je mogunost proizvodnje mazivog krem proizvoda na laboratorijskom kuglinom mlinu, uz optimizaciju procesnih parametara proizvodnje (temperatura i brzina obrtanja meaa). Kvalitet krem mase dobijen mlevenjem na laboratorjiskom kuglinom mlinu definisan je merenjem vlage, veliine najkrupnijih kakao estica, kao i teksturalnih, reolokih, senzornih i toplotnih karakteristika. Optimalni laboratorijski parametri proizvodnje mazive krem mase u kuglinom mlinu jesu: masa u mlinu 5 kg i vreme mlevenja mase 150 minuta, uz dodatak emulgatora (lecitina) u koliini od 0,5%, raunato na ukupnu masu sirovina. U drugoj fazi doktorske teze ispitana je mogunost primene maltitola kao zasla ivaa (umesto saharoze), za proizvodnju krem mase na laboratorijskom kuglinom mlinu. Proizveden je mazivi krem proizvod sa 100% saharoze i 100% maltitola, kao i mazivi krem proizvod dobijen kombinacijom maltitola i saharoze (70% saharoza i 30% maltitol, odnosno 70% maltitol i 30% saharoza). Procesni parametri proizvodnje mazivih
krem masa su varirali; temperatura proizvodnje u mlinu (30C, 35C, 40C) i brzina obrtanja meaa laboratorijskog kuglinog mlina (30 o/min, 40 o/min, 50 o/min). Analizirana su, za sve etiri vrste mazivih krem proizvoda, sledea ispitivanja: hemijskog sastava najkrupnijih kakao estica teksturalnih karakteristika (vrstoa, rad smicanja, odnosno mazivost) reolokih parametara (krive proticanja - metodom histerezisne petlje; dinamika oscilatorna merenja praenjem modula elastinosti G' i modula viskoziteta G'') toplotnih karakteristika (TGA metoda) senzorna analiza (metoda bodovanja i QDA metoda) energetske i ekonomske opravdanosti Na osnovu ovih ispitivanja, utvr eno je da postoji dobra korelacija rezultata izme u sve etiri vrste mazivih krem proizvoda. Optimalni uslovi izrade mazivog krem proizvoda sa saharozom jesu temperatura mlevenja 40C i brzina obrtanja meaa 50 o/min. Optimalni uslovi izrade mazivog krem proizvoda sa maltitolom jesu brzina obrtanja meaa 50 o/min, bez obzira na temperaturu izrade. Optimalni uslovi izrade mazivog krem proizvoda sa 70% saharoze i 30% maltitola jesu temperatura mlevenja 40C i brzina obrtanja meaa od 40 o/min i 50 o/min. Optimalni uslovi izrade mazivog krem proizvoda sa 70% maltitola i 30% saharoze jesu brzina obrtanja meaa 40 o/min, bez obzira na temperaturu izrade. Datum porihvatanja teme: DP Datum odbrane: DO 04.07.2011.
lanovi komisije: KO
Mentor ___________________________ Dr Biljana Pajin, vanr. profesor lan ___________________________ Dr Aleksandra Torbica, nauni saradnik lan ___________________________ Dr Zita ere, docent
KEY WORDS DOCUMENTATIONAccession number: ANO Identification number: INO Document type: DT Type of record: TR Content code: CC Author: AU Mentor: MN Title: NR Monographic publication
Textural printed material
Ph.D. Thesis Marko Petkovi, M.Sc. Biljana Pajin, Ph.D Zita ere, Ph.D. THE EFFECT OF PRODUCING PARAMETERS ON PHYSICAL PROPERTIES, THERMAL CHARACTERISTICS AND QUALITY OF SPREADS WITH MALTITOL Serbian (Roman)
Language of text: LT Language of abstract: LA Country of publication: CP Locality of publication: LP Publisher year: PY Publisher: PU
Serbian/English
Serbia
Vojvodina
2012
Author reprint
Publication place: PP Physical description: PD Scientific field: SF Scientific discipline: SD Key words: KW UC: Holding data: HD
21000 Novi Sad, Bulevar cara Lazara 1
VIII chapters, 136 pages, 45 figures, 10 tables and 30 appendix tables Food technology
Flour processing technology
Ball mill, maltitol, sucrose, spread, phisical characteristics, quality 664.68:547.458.2(043.3) Library of Faculty of Technology Novi Sad, 21000 Novi Sad, Serbia, Bulevar cara Lazara 1
Note: N Abstract: AB The possibility of spread producing in a laboratory ball mill refiner, along with the optimization of processing parameters (temperature, mixer speed rotation) was investigated in the first phase of doctoral thesis. The quality of this spread mass was determined by measuring the following parameters: moisture, the size of the largest cocoa particles, texture, rheological, sensory and thermal properties. The optimization of processing parameters for spreads in ball mill refiner were the following: input mass of 5 kg and refining time about 150 minutes, with the addition of an emulsifier (lecithin), in the rate of 0,5% calculated on the total wight of row materials. The possibility of applying maltitol (powder) for spread production in laboratory ball mill refiner, instead of sucrose, was investigated in the second phase of doctoral thesis. The spread samples were produced by 100% of sucrose and 100% of maltitol, and combination of sucrose and maltitol (70% of sucrose and 30% of maltitol, 70% of maltitol and 30% of sucrose). The processing parameters for spread production laboratory mill refiner varied; the producing
temperature (30C, 35C, 40C) and mixer speed rotation (30 r/min, 40 r/min, 50 r/min). The following tests were done for all four types of spreads: chemical composition the size of the largest cocoa particles texture (firmness, shear work i.e. spreadability) rheological properties (flow curves method of hysteresis loops; dynamic oscillatory measurement monitoring the elastic modulus G' and viscous modulus G'') thermal properties (TGA method) sensory analysis (scoring method and QDA method) energetic and economic feasibility The research showed the good correlation of results among all four types of chocolate. Optimal conditions of spread producing with sucrose are the following: the milling temperature 40C and the mixer speed rotation 50 r/min. Optimal conditions of spread producing with maltitol are the mixer speed rotation 50 o/min, regardless of milling temperature. Optimal conditions of spread producing with 70% of sucrose and 30% of maltitol are following: the milling temperature 40C and the mixer speed rotation 40 r/min and 50 r/min. Optimal conditions of spread producing with 70% of maltitol and 30% of sucrose are the mixer speed rotation 40 o/min, regardless of milling temperature. Accepted by Scientific Board on: ASB Defended on: DE 04.07.2011.
Thesis defended board: DB
Menthor ___________________________ Dr Biljana Pajin, associate professor
Member __________________________________ Dr Aleksandra Torbica, research associate
Member ___________________________ Dr Zita ere, professor assistant
*** Najveu zahvalnost dugujem mentoru ovog rada, prof. dr Biljani Pajin, na strunoj i moralnoj podrci, ne samo tokom doktorskih studija i izrade ove doktorske teze, nego i tokom studiranja. *** Posebnu zahvalnost dugujem docentu dr Ziti ere, kao i svojim kolegama dipl. ing Jeleni Mihi i dipl. ing Branislavu Banjcu, na velikom zalaganju i strunoj pomoi pri izradi ove teze. *** Veliko hvala katedri za Ugljenohidratnu hranu, Tehnolokog fakulteta na pokazanom interesovanju pri izradi doktorske teze. *** Iskreno se zahvaljujem Skuptini Optine Parain na novanoj nagradi koja je pomogla izradu ove doktorske teze. *** Hvala porodici na podrci i razumevanju tokom svih ovih godina studiranja. *** Hvala prijateljima.
SADRAJI II UVOD ................................................................................... ....................................................................... .... 1 4 4 4 6 7 8 9 10 12 13
TEORIJSKI DEO 1.
SIROVINE U PROIZVODNJI KREM PROIZVODA 1.1. 1.2. Maltitol Mast
...........................................................
....................................................................... ....................... ...................................
1.2.1. Fizika svojstva masti 1.2.2. Namenske masti 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 2. Mleko u prahu
...............................................
Sojino brano ........................................................... Kakao prah Lecitin ........................................................... ...........................................................
TEHNOLOKI PROCES PROIZVODNJE MAZIVOG KREM PROIZVODA 2.1. ........................................................... 15 17 20 22 28 28 30 31 34 34 34 34 35 36 37
Proizvodnja krem mase u kuglinom mlinu ........... ...............................................
3. 4. 5.
TEKSTUROMETRIJA
REOLOGIJA ....................................................................... TERMOANALITIKE METODE 5.1. 5.2. ...................................
Termogravimetrijska metoda ................................... Diferencijalna skenirajua kalorimetrija ...........
6. III
SENZORNA ANALIZA
............................................... ...............................................
EKSPERIMENTALNI DEO 1. 2. MATERIJAL METODE RADA 2.1. 2.2. 2.3. 2.4.
........................................................... ........................................................... ...............................................
Plan eksperimenta
Izrada mazivog krem proizvoda u kuglinom mlinu Hemijska analiza mazivog krem proizvoda ........... Veliina estica ...............................................
2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. IV
Teksturalne karakteristike mazivog krem proizvoda Reoloke karakteristike mazivog krem proizvoda Senzorne karakteristike mazivog krem proizvoda Toplotne karakteristike mazivog krem proizvoda Statistika obrada podataka ...................................
40 41 43 43 45 47 47
REZULTATI I DISKUSIJA 1. 2.
...............................................
HEMIJSKI SASTAV MAZIVIH KREM PROIZVODA Veliina kakao estica
FIZIKE KARAKTERISTIKE MAZIVIH KREM PROIZVODA 48 2.1. 2.2. 2.3. ................................... ................................... 48 51
Teksturalne karakteristike
Statistika obrada eksperimentalnih rezultata teksture mazivih krem proizvoda ............................................... 53
3.
REOLOKE KARAKTERISTIKE MAZIVIH KREM PROIZVODA 3.1. 3.2. 3.3. ........................................................... ............................................... ....................... 60 60 62
Krive proticanja
Dinamika oscilatorna merenja
Statistika obrada eksperimentalnih rezultata reolokih osobina mazivih krem proizvoda ................................... 69 73 73
4.
SENZORNA ANALIZA MAZIVIH KREM PROIZVODA 4.1. 4.2. Senzorna ocena ...............................................
Statistika obrada eksperimentalnih rezultata senzorne analize mazivih krem proizvoda ................................... 76
5.
TOPLOTNE KARAKTERISTIKE MAZIVIH KREM PROIZVODA 5.1. ........................................................... 81
Toplotne karakteristike saharoze, maltitola i palminih masti ....................................................................... 81 83
5.2. 5.3.
Toplotne karakteristike mazivih krem proizvoda ... Statistika obrada eksperimentalnih rezultata toplotnih karakteristika mazivih krem proizvoda ...........
91
6.
ENERGETSKI I EKONOMSKI FAKTORI PROIZVODNJE MAZIVOG KREM PROIZVODA SA MALTITOLOM 98
V VI VII VIII
ZAKLJUAK PRILOG
.......................................................................
99 101 127 131
................................................................................... ...........................................................
LISTA SKRAENICA LITERATURA
.......................................................................
Uvod
I UVOD
Niskoenergetska hrana (low-energy food) odnosno proizvodi redukovane energetske vrednosti, veoma su popularni me u potroaima. Podizanjem svesti potroaa o pravilnom i zdravom nainu ishrane, bez unosa nepotrebnih kalorija, namee se potreba za razvojem novih i obogaivanjem postojeih prehrambenih proizvoda (1). Konditorska industrija, kao jedna od vodeih grana prehrambene industrije, aktivno uestvuje u ovim inovacijama i zadovoljavanju elja i potreba potoaa i sa posebnm potrebama. Konzumiranjem konditorskih proizvoda smanjene energetske vrednosti, potroai pre svega zadovoljavaju potrebu za slatkim ukusom, kao i za
odravanjem ili pak smanjenjem svoje telesne mase, bez posledica po sopstveno zdravlje (2). Osim energetske i hranjive satisfakcije, niskoenergetski konditorski proizvodi organizam snabdevaju mineralima, vitaminima i prehrambenim vlaknima, pa se svrstavaju u tzv. funkcionalnu hranu, sa pozitivnim uticajem na zdravlje ljudi (3). Krem proizvodi, koji obuhvataju i mazivi krem proizvod koji je analiziran u ovom istraivanju, proizvedeni su mlevenjem prakastih materija (saharoza, maltitol, mleko u prahu i dr.) sa biljnom mau (4). Energetska vrednost 100g krem proizvoda iznosi oko 500 kcal od kojih 45-50% potie od zasla ivaa koji daju slatkou proizvodu, i 30-40% masti (5). Energetska vrednost ovih proizvoda moe se redukovati na dva naina; jedan je zamena nutritivnog zasla ivaa (npr. saharoze) manje nutritivnim, kakvi su eerni alkoholi (polioli-maltitol, sorbitol, izomalt, manitol, ksilitol, eritritol), ili zamenom dela masti prehrambenim vlaknima. Zamena nutritivnih zasla ivaa drugim niskoenergetskim zasla ivaima moe promeniti teksturalne i senzorne karakteristike osnovnog krem proizvoda. Pravilnim odabirom sirovina, kao i pravilnim vo enjem tehnolokog procesa, mogu se dobiti krem proizvodi optimalnih senzornih osobina (6). Maltitol (E 965) je beli kristalni prah bez stranog mirisa i ukusa. Energetska vrednost maltitola je 10 kJ/g, odnosno znatno je nia u odnosu na saharozu (16 kJ/g). Maltitol je poliol koji prilikom konzumiranja u ustima izaziva blagi efekat hla enja, sa ________________________________________________________________________ 1
Uvod fiziko-hemijskim karakteristikama slinim saharozi, tako da sa zamenom maltitolom nije potrebno menjati procesne parametre proizvodnje mazivih kremova. Stepen slatkosti maltitola iznosi 0,75-0,9 (7, 8). Proizvodnja krem proizvoda sa zasla ivaima umesto saharoze dovodi do promene njihovih reolokih karakteristika (9). Biljne masti, prema svom relativno visokom udelu u krem proizvodima (40%), diktiraju njihovo ponaanje u toku prerade, kao i finalni kvalitet. Problemi koji se
mogu javiti tokom proizvodnje ove vrste proizvoda vezani su za kristalizaciju prisutne masti (definie vrstou proizvoda), ukupno reoloko ponaanje krema (mazivost) i tendenciju migracije masti na povrinu proizvoda. Dodatak emulgatora (lecitin, poliglicerol-poliricinoleat) bitno utie na reoloko ponaanje krem proizvoda (10). Lecitin je emulgator koji pomae da kontinualna masna faza to efikasnije obloi povrinu vrstih estica. U proizvodima koji sadre kontinualnu masnu fazu emulgatori utiu na kristalizaciju masti, slue kao regulatori viskoziteta i ograniavaju polimorfne transformacije masne faze. Kako viefazni prehrambeni proizvodi imaju tendenciju za razdvajanjem faza, koja je sa tehnolokog aspekta nepoeljna, pravilnom upotrebom i izborom emulgatora utie se na formiranje stabilnog krajnjeg proizvoda (11, 12). Optimalna koliina lecitina u krem proizvodima je 0,5%. Ispitivanjem fiziko-hemijskih, termoreografskih i reolokih karakteristika mazive krem mase sa razliitim nutritivnim zasla ivaima (saharoza&maltitol) moe se predvideti njeno ponaanje pri raztliitim parametrima proizvodnje (temperatura, brzina mlevenja) u laboratorijskom kuglinom mlinu. Analizom ovih procesnih parametara moe se tako e definisati i njihov uticaj na senzorne osobine finalnog proizvoda a odgovarajuom statistikom metodom matematiki potvrditi pomenuti uticaj.
U cilju potvrde navedenih teza, definisan je zadatak ovog rada: ispitivanje mogunosti delimine ili potpune zamene saharoze maltitolom u proizvodnji mazivog krem proizvoda utvr ivanje optimalnih uslova proizvodnje (temperatura i brzina mlevenja) mazivog krem proizvoda u laboratorijskom kuglinom mlinu ispitivanje uticaja dodatka maltitola na fiziko-hemijske, reoloke,
________________________________________________________________________ 2
Uvod toplotne i senzorne osobine mazivog krem proizvoda potvrditi, odgovarajuom statistikom metodom, matematiki uticaj pojedinih faktora na svojstva mazivog krem proizvoda
________________________________________________________________________ 3
Teorijski deo
II TEORIJSKI DEO1. SIROVINE U PROIZVODNJI KREM PROIZVODA1.1. MALTITOL
Maltitol je nutritivni zasla iva koji pripada grupi eernih alkohola (poliola). Sinonim eerni alkohol potie iz amerike literature, i predstavlja derivate prirodnih eera kod kojih je aldehidna ili ketogrupa zamenjena hidroksilnom (7). Osim maltitola, u poliole se ubrajaju jo i sorbitol, izomalt, manitol, ksilitol i eritritol. eerni alkoholi nemaju slatkost kao saharoza, ali imaju prijatnu i jasno izraenu aromu, i manje su kalorini. Pri prekomernom konzumiranju, polioli mogu izazvati laksativan efekat, gasove i nadutost. Ne izazivaju karijes, tako da se koriste u proizvodnji guma za vakanje i bombonskih proizvoda, pasta za zube i sl., dok maltitol, ksilitol i sorbitol/ksilitol imaju i bakteriostatski (baktericidan) efekat. Ne podleu reakcijama karamelizacije pri termikom tretmanu, niti Majarovim reakcijama. U ustima imogu izazvati efekat hla enja, to je posledica negativne toplote rastvaranja (ksilitol ima najvei efekat, zatim sorbitol itd.) (7). Maltitol (C12H24O11, E 965) se proizvodi iz maltoze koja se dobija enzimatskom razgradnjom skroba. Izgled molekula maltitola i ematski prikaz proizvodnje poliola i skrobnih hidrolizata prikazan je na slici 1. Maltitol se u organizmu slabo resorbuje zbog spore hidrolize u tankom crevu. Organizam iskoristi samo oko 10% energije unete maltitolom, zato ga neki autori smatraju nenutritivnim zasla ivaem. Dijabetiari mogu dnevno da ga konzumiraju do 50g ovog zasla ivaa, bez osetnog poveanja nivoa eera u krvi. Maltitol ima izraen ukus i termorezistentan je tako da se esto koristi u proizvodnji dijetetske hrane (13).
________________________________________________________________________ 4
Teorijski deo
Slika 1. Molekul maltitola i ematski prikaz dobijanja poliola i skrobnih hidrolizata Kristali maltitola poinju da se tope u temperaturnom intervalu 148-152oC , i odlikuju se dobrom rastvorljivou, odnosno imaju najbolju rastvorljivost od svih disaharidnih poliola. Prilikom konzumiranja, molekul maltitola ne izaziva efekat hla enja u ustima (14). Molekulska masa maltitola je 344,3 g/mol (7, 15). Osnovne karakteristike maltitola (7), u odnosu na saharozu, prikazane su u tabeli 1. Tabela 1. Osnovne karakteristike maltitola Stepen slatkosti Energetska vrednost (kJ/g) Evropska Unija Sjedinjene amerike Drave Japan Glikemijski indeks (GI, za 10g) Glikemijsko optereenje (GL, za 10g) MALTITOL 0,9 SAHAROZA 1,0
10,0 8,8 8,4 < 10 0-1
16,7 16,7 16,7 63 73 10
________________________________________________________________________ 5
Teorijski deo Glikemijski indeks (GI) predstavlja glikemijsku reakciju (odziv) na fiksnu koliinu slobodnih ugljenih hidrata (50g ili 100g) hrane, u odnosu na istu koliinu uobiajene hrane konzumirane od istog subjekta. Drugim reima, to je broj koji ukazuje na poveanje nivoa eera u krvi, kao posledicu digestije hrane (koliku energiju uneta hrana daje organizmu) i na brzinu apsorpcije hrane (izraene kao glukoza) u tankom crevu. to je glikemijski indeks nii to znai da e ugljeni hidrat tj. eer izazvati mali (sporiji) rast nivoa eera u krvi. Glikemijski indeks iznad 70 se smatra visokim, izme u 69 i 55 sradnjim, dok nia vrednost od 55 ukazuje na mali glikemijski indeks (16). Dok glikemijski indeks predstavlja kvalitativnu karakteristiku unosa ugljenih hidrata, glikemijsko optereenje (GL) je njegova kvantitativna karakteristika. Dobija se mnoenjem koliine dostupnih ugljenih hidrata (bez prehrambenih vlakana i raunatih na 100g namirnice) sa glikemijskim indeksom hrane (GI) i deljenjem dobijenog rezultata sa 100. Glikemijsko optereenje iznad 20 se smatra visokim, izme u 11 i 19 srednjim a 10, i ispod 10, niskim. Nia vrednost glikemijskog indeksa ukazuje na povoljniji uticaj uneene hrane na ljudsko zdravlje (17). Kada se kao alternativa saharozi koriste polioli, treba voditi rauna o temperaturama u razliitim tehnolokim fazama proizvodnje krem proizvoda, da ne bi dolo do otapanja kristala poliola i osloba anja vode, koja poveava viskozitet mase i oteava dalji tehnoloki proces. Zato, eerni alkoholi koji se upotrebljavaju u procesu proizvodnje krem proizvoda, moraju imati visok stepen slatkosti, visoku temperaturu topljenja kristala, anhidrovanu kristalnu formu, nizak efekat hla enja i malu higroskopnost. Maltitol moe da zameni saharozu, i kvalitativno i kvantitaivno, ne zahtevajui vee promene u tehnolokom procesu proizvodnje krem proizvoda. Maltitol je zasla iva koji se retko sree u prirodi ali se ipak moe nai u prenom sladu i cikoriji.
1.2.
MASTI Mast ini kontinualnu fazu krem proizvoda u kojoj su uklopljenje estice ostalih
sastojaka (zasla ivaa, mleka u prahu, kakao praha i dr.). Visok udeo masti u krem proizvodima (do 40%) odre uje njegovo ponaanje tokom prerade kao i kvalitet gotovog
________________________________________________________________________ 6
Teorijski deo proizvoda. Pravilnim odabirom (namenske) masti dobija se krem proizvod odgovarajuih fizikih, reolokih i senzornih osobina (18, 19, 20).
1.2.1. Fizika svojstva masti
Fizika svojstva masti zavise od sastava masnih kiselina, poloaja masne kiseline vrste (nesimetrini kristali me usobno povezani privlanim silama) i tene (uklopljena u prostornu reetku kiju obrazuju kristali). Fizika svojstva masti koja utiu na ponaanje krem proizvoda tokom u molekulu triglicerida i udela pojedinanih triglicerida. Mast se sastoji iz dve faze:
tehnolokog procesa , a time i na krajnji kvalitet proizvoda su:
Konzistencija Definie stepen vrstoe masti. Moe biti meka vrsta i tvrda. Odre ena je veliinom kristala. Toplotne osobine interval topljenja i taka topljenja. Masti mogu biti krte (tope se u uskom intervalu temperatura-vrste su i neposredno pred dostizanje take topljenja od jednom postaju meke) i plastine (omekavaju polako i dugo i postepeno se tope u irokom temperaturnom intervalu).
Kristalizaciona svojstva masti pokazuju svojstvo polimorfizma, to znai da kristaliu u vie kristalnih oblika razliitog stepena stabilnosti, od kojih je jedan najstabilniji. U kom obliku e kristalizovati zavisi od brzine
kristalizacije i od primenjenog temperaturnog reima. Prilikom ovravanja masti poeljno je da se formiraju sitni, ujednaeni kristali koji povoljno utiu na izgled i strukturu masti. Sposobnost absorpcije vazduha Miris i ukus Boja bela do bledo uta Sposobnost emulgovanja
________________________________________________________________________ 7
Teorijski deo 1.2.2. Namenske masti
Masti za krem proizvode imaju ulogu regulatora konzistencije. Ponaanje ovih masti pri topljenju definie brzinu kojom se krem proizvod topi u ustima i na taj nain utiu na ukupan senzorni oseaj prilikom konzumiranja. Pored toga to su ove masti nosioci ukusa i mirisa krem proizvoda, utiu i na brzinu kojom se ukus otputa. Osobine koje masti za krem proizvode moraju da ispune su: Minimalne eutektike interakcije sa mastima iz lenika i drugih sastojaka punjenja. Dobre osobine aeracije Odgovarajua brzina kristalizacije Dobra oksidativna stabilnost Namenske masti se mogu podeliti u etiri osnovne grupe: 1. Masti sa visokim sadrajem simetrinih triglicerida 2. Laurinske masti 3. Masti sa visokim sadrajem trans kiselina 4. Masti sa niskim sadrajem trans kiselina
Masti sa visokim sadrajem simetrinih triglicerida su kompatibilne sa kakao maslacem, imaju odline osobine topljenja i odrivost prema oksidaciji, ali im je nedostatak to to se moraju temperirati. Laurinske masti ne zahtevaju temperiranje, ali imaju mnogo nedostataka: nisu kompatibilne sa kakao maslacem, osetljive su na hidrolizu (sapunski ukus) i podlone su migraciji. Masti sa visokim sadrajem trans kiselina imaju manju tendenciju ka migraciji i ne moraju se temperirati, ali su nepoeljne u ishrani jer podiu nivo holesterola u krvi i sporije se tope prilikom konzumiranja (daju voskast ukus). nii sadraj vrstih triglicerida i ne moraju se temperirati. Ove masti se sporije tope, Masti sa niskim sadrajem trans kiselina imaju nii sadraj trans masnih kiselina,
sporo kristaliu, naknadno otvrdnjavaju, imaju slabiju adheziju i odrivost. Izbor sirovina
________________________________________________________________________ 8
Teorijski deo za proizvodnju ovih masti je ogranien i obino je potrebna modifikacija recepture za proizvodnju konditorskog proizvoda. U odnosu na ostale masti imaju viu cenu (21, 22).
1.3.
MLEKO U PRAHU
Mleko je nutritivno visoko vredna sirovina jer sadri gotovo sve neophodne energetske, gradivne i zatitne materije u odgovarajuem kvantitativnom odnosu, tako da predstavlja vaan izvor energije (87x103 kJ/kg) u ishrani ljudi. Ova namirnica sadri 87% vode i 13% suve materije koju ine proteini (3,0%), ugljeni hidrati (4,7%), masti (4,6%), U proizvodnji krem proizvoda se najee koriste mlena mast (frakcije i anhidrovana), mleko u prahu (punomasno) i milk kramb. Osnovni sastav ovih sirovina je dat u tabeli 2.
mineralne materije (0,7%), vitamini i tragovi metala, enzima.
Tabela 2 Osnovni sastav mlenih sirovina Sirovina Proteini (%) Mast (%) Laktoza (%) Minerali (%) Vlaga (%) 0,1 2,7 3,5 1,3
Anhidrovana mlena 0,0 99,9 0,0 0,0 mast Punomasno mleko u 26,5 27,4 37,7 5,7 prahu Obrano mleko u prahu 38,2 0,9 49,1 8,2 a b Milk kramb 7,6 31,0 7,9 1,7 2. b Ukupan sadraj ugljenih hidrata je 55,8%, ukljuujui 47,9% saharoze
Mleko u prahu je bledoukaste boje, specifinog mirisa i ukusa, sa visokim stepenom higroskopnosti. Mleko u prahu se proizvodi kao obrano ili bezmasno i punomasno. U proizvodnji mlene masti. Najvei deo lipida mleka ini mlena mast (98-99 %), zatim fosfolipidi, steroli, liposolubilni pigmenti i vitamini. Mlena mast sadri nekoliko desetina razliitih masnih kiselina, od kojih su najznaajnije esencijalne masne kiseline: linolna, arahidonska i linolenska. Ovako sloen sastav masnih kiselina a samim tim i triglicerida uslovljava specifina fizika svojsva mlene masti, irok opseg topljenja i odre ena krem proizvoda se najee koristi punomasno mleko u prahu koje sadri 2628%
________________________________________________________________________ 9
Teorijski deo kristalizaciona svojstva koja su veoma vaan parametar ponaanja krem proizvoda tokom prerade kao i za kvalitet gotovog proizvoda. Prvo topljenje mlene masti zapoinje ve na -40 oC, da bi se na oko 0 oC intenziviralo. Znaajnije topljenje se deava izme u 0 oC i 20o
C, dok se maksimalno topljenje odvija izme u 20-37 oC (23, 24, 25, 26, 27). SOJINO BRANO
1.4.
Sojino brano je svetlije zlatno ute boje, karakteristinog mirisa i sladunjavog ukusa. Industrijski se sojino brano proizvodi kao punomasno, malomasno i obezmaeno (Tabela ) (28).
Tabela 3. Hemijski sastav sojinog brana Sastojak Vlaga, % Proteini (min, sm %) Masti (min, sm %) Ugljeni hidrati (%) Punomasno sojino brano max 8,0 38,0 18,0 20-29 Malomasno sojino brano max 8,0 45,0 9,0 20-29 Obezmaeno sojino brano max 8,0 47,0 2,0 25-33
Za proizvodnju krem proizvoda sa sojinim branom primarne su osobine formiranja gela kao i emulgujua svojstva sojinih proteina. Proteini soje se svrstavaju u grupu globulina - lako svarljivih proteina. Specifini protein soje je glicinin, jedini biljni protein koji sadri sve esencijalne aminokiseline. Glicinin je po sastavu vrlo slian kazeinu kravljeg mleka. Sojini proteini se sastoje od albumina (10%) i globulina (90%). Mogunost formiranja gela je obrazovanje stabilne trodimenzionalne mree kroz niz specifinih interakcija proteina, polipeptida ili agregata. Trajanje ovog procesa zavisi od (29): Termikog tretmana (primenjene temperature u i duine delovanja) Koncentracije proteina Promene pH
nego glicinin. Temperatura denaturacije -konglicinina je oko 70C, a glicinina oko 90C
Na istoj pH i jonskoj jaini, -konglicinin se odlikuje manjom termostabilnou
na neutralnoj pH. Primenjena temperatura je u strogoj korelaciji sa koncentracijom
________________________________________________________________________ 10
Teorijski deo proteina (29). Minimalna koncentracija proteina pri kojoj se moe formirati gel je 8%. Formiranje gela se moe obrazovati i pri niim koncentracijama, ali mora se upotrebiti via temperatura ili due zagrevanje. Za eliranje glicinina odgovorne su disulfidne veze i se naruava dodatkom NaCl. Nepravilan gel formira -konglicinin i odgovorne su spirale sa mnotvom poprenih veza. Uticaj NaCl-a se ne registruje kod ovog gela (30). Emulgovanje je proces u kome proteini soje dolaze do me ufazne povrine ulje/voda i njihov hidrofobni deo se orjentie ka uljanoj fazi, a hidrofilni deo ka vodenoj fazi, formirajui kontinualni kohezivni film. Poveanjem koncentracije proteina raste elektrostatika barijera adsorbovanog filma. Sojini proteini, kao globularni proteini daju visoko kohezivne filmove sa veom mehanikom otpornou od filmova koje daje elektrostatike interakcije. Glicinin formira stabilan gel sa cilindrinom strukturom, koja
uglavnom vodonine veze. Gel nastaje agregacijom molekula i ima strukturu duple
kazein. Stabilnost emulzije se ogleda u sposobnosti emulzije da ostane trajna i nepromenjena. Stabilnost emulzije se ogleda kroz: raslojavanje emulzije, flokulaciju i koalescenciju. Faktori koji utiu na stabilnost emulzije su: koncentracija, pH, temperatura, pritisak, molekulska struktura. Korienjem proteinskih koncentrata u koncentracijama veim od 4% dobijaju se stabilne emulzije, jer dolazi do formiranja proteinske mree koja zadrava kapljice ulja i time ne dozvoljava proces raslojavanja (31). Aktivnost i stabilnost emulzije sojinog brana i poteinskih izolata je najnia pri pH 4.5, a najvia pri 7.5. Rastvorljivost proteina je minimalna u izolektrinoj taki jer je film koji okruuje kapljicu najtanji i najlake ga je naruiti (22). Uticaj temperature na emulgujua svojstva sojinih proteina se najee ispitivala zajedno sa inaktivacijom antinutritivnih faktora (33). Utvr eno je da se emulgujua svojstva izolata proteina poboljavaju, ako se toplotni tretman koristi pre kiselog taloenja proteina. Maksimalna aktivnost -konglicinina se postie pri pritisku od 400 MPa, a glicinina pri 200 MPa (34). Razaranjem kvatenerne strukture glicinina, kiselim tretmanom, poboljavaju se njegova emulgujua svojstva. Prema nalazima nekih autora odnos kiselih i baznih
polipeptida utie na elirajua i emulgujua svojstva glicinina (35). Najveu stabilnost
________________________________________________________________________ 11
Teorijski deo emulzije kod -konglicinina ima podjedinica jer ima istegnuti segment polipeptidnog lanca i veu hidrofobnost.
1.5.
KAKAO PRAH Kakao prah se dobija mlevenjem kakao pogae, koja ostaje nakon izdvajanja tj.
ce enja kakao maslaca. Udeo (zaostalog) kakao maslaca u kakao prahu varira, pa se na tritu moe nai kakao prah sa 20-22% kakao maslaca, 15-17% i 10-12%. (38). U tabeli 4 prikazana je enegetska vrednosti i hemijski sastav kakao praha (36):
Tabela 4. Energetska vrednost i hemijski sastav kakao praha (100g) 10% Energetska vrednost (kcal) Masti (g) Zasiene masti (g) Polinezasiene masti (g) Mononezasiene masti (g) Holesterol (mg) Ugljeni hidrati (g) Dijetalna vlakna(g) eeri (g) Proteini (g) Kalijum (mg) Natrijum (mg) Kalcijum (mg) Gvo e (mg) Fosfor (mg) Magnezijum (mg) Cink (mg) Bakar (mg) Mangan (mg) Voda (g) Pepeo (g) Procenat kakao maslaca u kakao prahu 11% 12% 13% 14% 15% 16% 23,.01 14,00 8,29 0,42 4,61 01 52,85 27,90 17%
203,85 210,89 217,93 224,97 10,00 5,93 0,30 3,30 01 56,85 27,90 11,00 6,52 0,33 3,62 01 55,85 27,90 12,00 7,11 0,36 3,95 01 54,85 27,90 13,00 7,69 0,39 4,27 01 53,85 27,90
239,05 246,09 253,13 15,00 8,89 0,45 4,94 01 51,85 27,90 16,00 9,49 0,48 5,27 01 50,85 27,90 17,00 10,08 0,51 5,60 01 49,85 27,90
1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 1,66 19,59 19,59 19,59 19,59 19,59 19,59 19,59 19,59 1495,5 1495,5 1495,5 1495,5 1495,5 1495,5 149,.5 1495,5 8,99 8,99 8,99 8,99 8,99 8,99 8,99 8,99 169,45 169,45 169,45 169,45 169,45 169,45 169,45 169,45 13,862 13,86 13,86 13,86 13,86 13,86 13,86 13,86 795,27 795,27 795,27 795,27 795,27 795,27 795,27 795,27 593,64 593,64 593,64 593,64 593,64 593,64 593,64 593,64 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33 7,93 4,61 4,73 2,58 6,33
________________________________________________________________________ 12
Teorijski deo 1.6. LECITIN
Emulgatori su povrinski aktivne materije koje smanjuju povrinski napon izme u dve faze razliitog hemijskog sastava ili agregatnog stanja i tako utiu na stvaranje homogenih, stabilnih sistema, odgovarajuih reolokih karakteristika. Upotrebom emulgatora u konditorskoj industriji postie se znaajno poboljanje u procesu proizvodnje, kao i ouvanje eljenog kvaliteta proizvoda u toku skladitenja. Emulgatori, kao takvi, imaju razliite funkcije u konditorskim proizvodima. U krem proizvodima kod kojih je masna faza kontinualna, emulgatori slue kao regulatori viskoziteta, utiu na kristalizaciju masti, inhibiraju pojavu sivljenja i ograniavaju polimorfne transformacije masne faze. Emulgatori se sastoje od hidrofilne grupe, koja je rastvorljiva u vodi, nerastvorljiva u masti i lipofilne grupe koja je rastvorljiva u masti, a nerastvorljiva u vodi. Omoguavaju formiranje stabilnih emulzija u sistemima ulje/voda ili voda/ulje. Najstabilnije emulzije se dobijaju kada je povrina kapljica pokrivena naelektrisanim molekulima emulgatora i kada je pakovanje molekula najgue, a mehanika vrstoa adsorbovanog sloja najvea.
Lecitin je najzastupljeniji emulgator u proizvodnji krem proizvoda, ija upotreba
datira jo od 1930-e godine. Lecitin se proizvodi iz soje koja nije genetski modifikovana, a po hemijskom sastavu je meavina prirodnih fosfoglicerida (fosfolipida) i ostalih sojinih ulja. Molekul lecitina (slika 2) okruuje molekul eera (saharoze), ostavljajui drugi kraj slobodnim u likvidnoj masnoj fazi, omoguavajui proticanje sistema (37). Dodatak lecitina od 0,1-0,3% redukuje viskozitet mase i do 10 puta, omoguavajui veu toleranciju na povien procenat vlage u masi. Visok sadraj lecitina (> 0,5%) utie na porast napona smicanja, uz istovremeno smanjenje plastinog
viskoziteta. Lecitin nema negativnog uticaja na ljudsko zdravlje, pa je njegova upotreba u izradi okoladnih i krem masa neograniena (quantun satis) (38).
________________________________________________________________________ 13
Teorijski deo
Slika 2. ematski prikaz kontakta lecitina sa saharozom
________________________________________________________________________ 14
Teorijski deo
2. TEHNOLOKI PROCES PROIZVODNJE MAZIVOG KREM PROIZVODANa slici 3 prikazan je tehnoloki postupak proizvodnje mazive krem mase.
Slika 3. Tehnoloki postupak proizvodnje mazivog krem proizvoda
________________________________________________________________________ 15
Teorijski deo Krem proizvodi, za razliku od okolade, ne sadre kakao maslac (koji zahteva proizvodnja jeftinija i manje zahtevna u odnosu na proizvodnju okolade. Za mazive osobinama. Kao deo masne likvidne faze moe se dodati i rafinisano suncokretovo ulje, fazu koniranja i temperiranja), ve namenske biljne masti, tako da je njihova
krem proizvode koriste se specijalne (namenske) masti sa naglaenim plastinim inei mazivi krem proizvod termorezistentnijim i pogodnim za punjenja (28).
U sirovinski sastav za izradu mazivih kremova mogu se dodati i lenik, badem i kikiriki (jezgrasto voe), pasta lenika, zatim se moe poveati udeo mleka u prahu u cilju dobijanja mlenog kakao krem proizvoda, i drugo. Prva faza u proizvodnji mazivog krem proizvoda je priprema sirovina. Tu se pre svega podrazumeva otapanje masti (u homogenizatoru, slika 3) iznad temperature topljenja, uz dodavanje lecitina. Tako otopljenoj masti postepeno se, u porcijama uz meanje mase, dodaju samleveni eer (saharoza, i druge prakaste materije). Tako homogenozovanoj masi dodaje se aroma, koja moe biti prakasta, ili likvidna (rastvorljiva u mastima). Homogenizator (melaner) je valjkasta cilindrina posuda, sa meaem u centralnom delu (28). Dupli zidovi homogenizatora, kao i duplo dno, omoguavaju cirkulisanje tople vode (temperatura vode za zagrevanje uskla uje se prema temperaturi otapanja masti, i u industrijskim uslovima proizvodnje iznosi 50-60C). Homogenizator je sistemom cevovoda i odgovarajuom pumpom povezan sa kuglinim mlinom ili petovaljcima. Krem masa se sitni na petovaljku, i moe se po potrebi konirati (2-8 h, na 40C). Sitnjenje mase u kuglinom mlinu, u odnosu na vreme sitnjenja mase na petovaljku i koniranja, dosta je krae (2-3h). Industrijski kuglini mlinovi snabdeveni su izuzetno jakim elektromotorima koji omoguavaju brzine obrtanja meaa i do 970 o/min. Homogenozovana masa iz melanera uvodi se u kuglini mlin odozdo (prva zona, slika 5) i postepeno potiskuje navie, prema izlazu. estice se usled dejstva sile trenja i smicanja usitnjavaju (28). Tako samlevena krem masa vodi se na oblikovanje (doziranje i pakovanje). Oblikovanje mazive krem mase odvija se istiskivanjem kroz zapreminske dozatore u posudici od plastinog materijala koje se na kontinualnoj liniji za proizvodnju
________________________________________________________________________ 16
Teorijski deo automatski zatvaraju poklopcem od aluminijumske folije. Na liniji se obino nalaze dva suda za doziranje krem mase razliitog sastava (mlena i kakao krem masa) (28). Osim plastinih posudica, maziva krem masa se istiskuje u plastine kofice ili staklene tegle. Neistisnuta tj. neupakovana krem masa skladiti se u tzv. prihvatnom tankovima (cilindrini sudovi sa duplim zidovima i dnom, u kojima se krem masa skladiti na temperaturi od oko 40C).
2.1.
PROIZVODNJA KREM MASE U KUGLINOM MLINU
okoladne mase. Sam tehnoloki proces proizbodnje krem mase, pogotovo sa razvojem i primenim kuglinog mlina, je jednostavniji u odosu na proizvodnju okoladne mase jer ne iziskuje potrebu sa fazom koniranja i temperiranja (slika 4).
Proizvodnja krema mase u kuglinom mlinu poela je paralelno sa proizvodnjom
Slika 4. ematski prikaz laboratorijskog kuglinog mlina Tehnoloki postupak proizvodnje okoladne i krem mase doiveo je vrhunac u poslednjih dvadeset godina, kada su ogromni mlinovi za mlevenje mermera i cementa prilago eni potrebama prehrambene industrije (15). Od tada, kuglini mlin postaje neizostavna karika svakog pogona kondotorske industrije. Proces proizvodne krem mase je dosta uproen: odgovarajua namenska mast i lecitin doziraju se u homogenizator,
________________________________________________________________________ 17
Teorijski deo odnosno sud sa meaem i termoregulacijom, i nakon njihovog potpunog otapanja, doziraju se ostale prakaste sirovine (saharoza, kakao prah, mleko u prahu i dr.), a zatim homogenizovana masa prebacuje u kuglini mlin. Kuglini mlin je horizontalni ili vertikalni cilindar, sa duplim zidom i dnom, kroz koji cirkulie voda za termoregulaciju. U centralnom delu cilindra nalazi se osovina sa meaem i lopaticama. Unutranjost mlina (60-80%) ispunjena je kuglicama, odnosno medijumom za mlevenje. Kuglice su najee od ner ajueg elika, keramike ili drugog
materijala dozvoljenog za upotrebu u prehrambenoj industriji (16). Materijal kuglica i mlina ne sme da ulazi u hemijske reakcije sa masom koja se melje. Rotiranjem osovine meaa masa prolazi izme u kuglica koje se sudaraju i na taj nain mehaniki sitne vrste se me uprostor veih kuglica. estice manjih dimenzija bre prolazie kroz mlin, dok su krupnije estice due izloene dejstvu sila smicanja i trenja unutar mlina. Da li e mlin
estice. Dimenzije (prenik) kuglica su 2-15 mm; kuglicama manjih dimenzija ispunjava
biti obezbe en sistemom za recirkulaciju mase ili nee, zavisi od eljenog granulometrijskog sastava samlevene mase (39). Finalni kvalitet samlevene mase zavisie od: veliine dijametra kuglica broja i mase kuglica, tj. procenta ispunjenosti unutranje zapremine mlina frekfencije tj. brzine rotiranja osovine meaa definisanih temperaturnih uslova mlevenja brzine recirkulacije mase (jaine pumpe za recirkulaciju mase) sirovinskig sastava (udela i vrste masne faze i emulgatora, kao i ostalih U cilju postizanja boljeg senzornog kvaliteta samlevene mase, esto se kombinuju vie kuglinih mlinova sa opadajuim vrednostima dijametra (prenika) kuglica, ili se koriste kuglini mlinovi sa vie odvojenih zona, u kojima je dimenzija kuglica najvea u poetnoj a najmanja u poslednjoj zoni (slika 5). prakastih sirovina).
________________________________________________________________________ 18
Teorijski deo
Slika 5. ematski prikaz kuglinog mlina
Prednost proizvodnje krem mase na kuglinom mlinu je pre svega uteda u vremenu (krae vreme mlevenja mase), to poveava kapacitet proizvodnje, kao i uteda u potrebnoj energiji i prostora u pogonu, u kome je mlin lociran. Savremeni trend za automatizovanjem procesa uslovie njegovu jednostavnu instalaciju i potrebu za smanjenjem radne snage. Jedan od nedostataka ovih mlinova jeste pojava mikroestica metala nastala usled trenja me u kuglicama; ovaj problem moe se reiti njihovim izdvajanjem pomou magneta (metal detektori), ili zamenom kuglica, ako mleveni medijum dozvoljama, keramikim.
________________________________________________________________________ 19
Teorijski deo
3. TEKSTUROMETRIJATekstura se moe posmatrati kao manifestacija reolokih osobina hrane. To je vano svojstvo hrane koje se odraava na proizvodnju, odrivost proizvoda, utie na prihvatljivost proizvoda za potroae i na njihove navike. Tekstura (konzistencija) hrane podrazumeva osobine nastale kombinacijom fizikih i senzornih svojstava (40). Ona obuhvata sva mehanika, geometrijska i druga svojstva prehrambenog proizvoda. Mehanika svojstva odnose se na naprezanje, i obuhvataju tvrdou, kohezivnost, lomljivost, vakljivost, viskoznost, elastinost i adhezivnost, dok geometrijska svojstva podrazumevaju veliinu, raspodelu, orijentaciju estica (41, 42). oblik i
Mazivost je osobina krema koja mu omoguava nanoenje u vrlo tankim slojevima (prevlakama). vrstoa (tvrdoa) su diskretna senzorna svojstva proizvoda koja opisuju njegovu
mazivost. Prvi utisak pri proceni teksture krema upravo je njegova vrstina. Testovi vrstoa se meriti silom potrebnom za postizanje odre ene deformacije pod sile, vie se ubraja u dinamika svojstva. Merenja vrstine i mazivosti su obino blisko povezana. (43). Tekstura hrane moe se okarakterisati uobiajenom podelom na dve glavne grupe metoda analize: senzorne i instrumentalne metode analize, koje se sprovode pod strogo definisanim i kontrolisanim uslovima (spadaju u tzv. objektivne metode). Instrumentalna tehnika prouavanja reolokog ponaanja prehrambenih proizvoda moe se klasifikovati u tri grupe prema tipu dobijenih informacija: Fundamentalni testovi Empirijski testovi Podraajni testovi primenjenom silom. Iako je mazivost tako e deformacija nastala pod dejstvom spoljanje prodiranja i sabijanja su jednostavne metode koje daju podatke o tvrdoi uzorka.
________________________________________________________________________ 20
Teorijski deo Fundamentalni testovi - determiniu jednu ili vie fizikih konstanti kojima se tano opisuju svojstva hrane u uslovima strogo definisanih reolokih parametara.
Prednosti ovakvog pristupa su mogunost izraavanja rezultata dobro definisanim jedinicama, kvantifikovanje efekta raznolikosti uzorka i geometrija proba, iznos deformacije i sl. Nedostaci ovakvog pristupa analizi teksture vezani su sa esto kompleksnom i neujednaenom strukturom veine prirodne i proizvedene hrane. Tako e mnoge fizike osobine hrane menjaju se sa vremenom skladitenja. Sa stanovita tehnologa primena fundamentalnih testova u analizi teksture hrane ima za cilj odre ivanje vrstoe, pruanja otpora usitnjavanju tokom vakanja do postizanja fine strukture pogodne za gutanje i stvaranje ugodnog oseaja tokom konzumiranja. Jedan od najee korienih fundamentalnih testova primenjenih na vrste Jungov modul elastinosti (E) = pritisak = F / A (pri kompresiji ili pritisku) gde su: F primenjena sila A popreni presek L duina pre delovanja pritiska l promena duine prouzrokovana primenjenom silom Fundamentalni testovi obuhvataju mala naprezanja (1-3% maksimum) materijal je homogen, uniforman i izotropan (pokazuje iste fizike osobine i promene u svim pravcima). Ova metoda spada u grupu sporih metoda, i svoj znaaj pronala je naunoistraivakim laboratorijama. Empirijski testovi - najprimenjeniji testovi pri odre ivanju teksture u prehrambenoj industriji i njima se odre uju reoloki slabo definisani parametri, ali koji su iz praktinog iskustva povezani sa kvalitetom teksture i vrlo su uspeni u odre ivanju teksturalnih svojstava hrane. Laki su za primenu, brzi i obino koriste jeftiniju opremu. Me utim, nedostaci ove metode jesu slaba definisanost merenih veliina, nedostupnost apsolutnog standarda i ogranien broj uzoraka. Primer ove vrste analize je TPA (Texture Profile Analysis). TPA je objektivna metoda senzorne analize, zasnovana na prepoznavanju teksture kao multiparametnog snaga = L / l (1)
materijale je:
________________________________________________________________________ 21
Teorijski deo svojstva. Podrazumeva kompresiju dela proizvoda veliine zalogaja dva puta povratnim kretanjem (simulacija vilice). Iz rezultujue krive zavisnosti primenjene sile od vremenaa moe se dobiti vie teksturalnih parametara koji su dobro povezani sa senzornom ocenom. Podraajni testovi - bave se merenjem promenljivih svojstava pod uslovima slinim praktinim uslovima pod kojima se nalazi hrana tokom rukovanja i potronje. ulima i pokazuju visoku korelaciju sa senzornom procenom. Podrazumevaju reprodukciju mehanikih operacija korienih u ispitivanjima ljudskim
4. REOLOGIJAMazivi krem proizvod je reoloki sistem u kome je vrsta faza (estice saharoze odnosno zasla ivaa, kakao praha, mleka u prahu, sojinog brana i dr.) dispergovane u likvidnoj masnoj fazi. estice vrste faze nisu uniforme i ravnomerno raspore ene, dok
likvidna masna faza obuhvata primenjene masti, kao i masti poreklom iz drugih polaznih sirovina (mlena mast iz mleka u prahu, sojino ulje iz sojinog brana, kakao maslac iz kakao praha i dr.). dejstvom kuglica) i recirkulacijom mase unutar kuglinog mlina, pri emu povrina svake Reoloka svojstva mazive krem mase formiraju se meanjem. Sitnjenjem (pod
estice biva obavijena masnom fazom.
Krem masa, kao i okoladna, je nenjutnovski fluid iji viskozitet zavisi od brzine
smicanja (brzinski gradijent normalan na pravac kretanja) i vremena dejstva spoljanje sile, kao i napona smicanja (tangencijalna sila unutranjeg trenja po jedinici povrine) koje nastaju izme u slojeva (44). Ova matemarika zavisnost definisana je jednainom Njutnovog zakona proticanja: gde je: - napon smicanja (Pa), - viskozitet (Pa s), D - brzina smicanja (1/s). =D (2)
________________________________________________________________________ 22
Teorijski deo Uzrok odstupanja od idealno viskoznog ponaanja nenjutnovskih sistema je obrazovanje prostornih struktura unutar koloidnog sistema usled uzajamnog dejstva koloidnih estica, tj. strukturacije pa se moe rei da su nenjutnovski sistemi realni, umreenu strukturu. 1. Nenjutnovski sistemi ije reoloke karakteristike ne zavise od vremena i kod kojih 2. Nenjutnovski sistemi ije reoloke karakteristike zavise i od vremena. 3. Viskoelastini sistemi, kod kojih reoloke karakteristike, tako e, zavise od vremena. Kod ovih sistema strukturacija je dola do jaeg izraaja, tako da pokazuju osobine i tenih i vrstih tela odnosno viskozne i elastine osobine. je brzina smicanja funkcija samo primenjenog napona smicanja. Postoje tri osnovne grupe reolokih sistema (45):
strukturirani reoloki sistemi, u kojima koloidne estice obrazuju jedan prostorni skelet i
Osnovna karakteristika pseudoplastinih sistema, u koje spadaju okoladni i krem proizvodi, je odsustvo izrazitih vrednosti prinosnog napona i pravolinijske zavisnosti izme u napona smicanja i brzine smicanja. U nenjutnovske sisteme iji viskozitet pored brzine smicanja zavisi i od vremena izloenosti smicanju, jer se kod njih odigrava razruavanje ili unutranje strukture koje zahteva izvesno vreme, spadaju pojave tiksotropije i reopeksije. Tiksotropija je pojava da neki koloidni rastvori pri mirovanju prelaze u gel, a mehanikim dejstvom, meanjem ili mukanjem, ponovo prelaze u stanje sola. Tiksotropija se jo naziva sol-gel-sol transformacija. Ako se prati brzina smicanja u zavisnosti od porasta smicajnog naprezanja, a zatim povratno smanjivanje smicajnog naprezanja dobija se tzv. tiksotropna petlja, koja karakterie tiksotropno telo (6). U uslovima poveanja brzine smicanja postepeno se naruava unutranja struktura prostorne reetke. Pri povratnom merenju, kada se brzina smicanja postepeno smanjuje, jaaju me umolekularne sile, te se estice me usobno pribliavaju. Broj novoostvarenih veza
manji je od poetnog broja veza raskinutih pri poveanju brzine smicanja, to rezultira manjem otporu. Veliina tiksotropne petlje zavisi od sirovinskog sastava (udela masne faze), temperature mase, veliine dejstva sile i vremena meanja. Povrina tiksotropne
________________________________________________________________________ 23
Teorijski deo petlje merilo je gubitka energije veza koje su razruene tokom smicanja; ako je povrina tiksotropne petlje jednaka nuli, sistem je pseudoplastian (vremenski nezavistan) (46). Na viskozitet okoladne, i kakao krem mase, osim procesnih parametara, utiu i sadraj masne faze porast udela masne faze pre svega utie na plastini
47, 48): viskozitet mase, ije se vrednosti prepolove pri dodavanju 1% masti na ukupnu koliinu masne faze (ako je ukupan udeo masne faze >28%). Promene plastinog viskoziteta jo su izraenije ukoliko je udeo masne faze manji od 23% (49). Ova zavisnost redukovanja viskoziteta sa poveanjem masne faze je eksponencijalna (50). Zamene saharoze kao to su inulin, maltodekstrin i polidekstroza, dovode do smanjenja vrstoe okoladne mase sadraj vrstih estica sa poveanjem prosene veliine estica, viskozitet i
(51).
prinosni napon smicanja (pri konstantnom udelu masti i emulgatora) se smanjuju. Manja prosena veliina estica uslovljava vei broj estica vee specifine (aktivne) povrine
(52). Teorijski posmatrano, pakovanje estica uniformnih dimenzija u masnoj likvidnoj estice prikazane kao 2 grupe sfera, razliitog prenika), zapreminski udeo je vei i iznosi 86%, dok je najvei procenat (95%) kod trimodelnog naina pakovanja estica (slika 6). Drugim reima, u interesu je da se uz to manje povrine koju treba pokriti masnom fazi, zauzee 65% od ukupne zapremine; ako se pakovanje posmatra bimodelno (vrste
koju treba obaviti masnom fazom, pa samim tim i veom potrebom za masnom fazom
fazom, estice to bolje upakuju.
Slika 6. Pakovanje vrstih estica (sfera) u masnoj likvidnj fazi
________________________________________________________________________ 24
Teorijski deo Tako e je potvr eno, da se kvantitativnom zamenom saharoze maltitolom, poveava prinosni napon (9). film koji poveava viskozitet okolade. Prosean udeo vlage u okoladnim i krem masne faze (49). sadraj vode voda migrira ka povrini kristala saharoze, formirajui tanak
proizvodima je 0,5-1,5%; porast vlage od 0,3% uslovljava proizvo ae za dodatnih 1% vrsta i koliina prisutnih emulgatora - obzirom da se estice saharoze nee
rastvoriti u masnoj kontinualnoj fazi, potrebno je njihovu povrinu prekriti masnom fazom; u tu svrhu dodaju se prirodni (lecitin) i vetaki emulgatori (poliglicerol poliricinoleat) (53). Lecitin, koji sadre i hidrofilne i lipofilne krajeve, redukuje vrednosti napona i plastinog viskoziteta tako to formira multi-slojeve izme u povrina saharoze i masne faze, Poveanje udela lecitina sa 0,1% na 0,3%, smanjie viskozitet do 10 puta; pri udelu lecitina iznad 0,5% vrednosti napona rastu dok plastini viskozitet opada (49, 52). Poliglicerol poliricinoleat (PGPR, Admul-Wol), dobijen polikondenzacijom ricinusovog ulja i glicerolola, nema nitnijeg uticaja na plastini viskozitet, dok vrednosti napona redukuje i za 50%, pri udelu od 0,2%. U kombinaciji sa lecitinom, nastavie se pad napona uz blagi porast plastinog viskoziteta. Prema zakonima EU o upotrebi aditiva, maksimalni dozvoljeni udeo upotrebe PGPR-a je 0,5% (54). Reoloka merenja koriste se u cilju predvi anja senzornih osobina; njima se pri malim brzinama smicanja mogu uoiti razlike u razliitim materijalima i na taj nain predvideti osobine kao to su sinerezis, sedimentacija, mazivost, trajnost. Prinosni napon se koristi da bi se predvidelo ponaanje materijala pri punjenju, prilikom obrade i aplikacije. Za definisanje reolokih osobina sistema koriste se: Merenja pri dinamikom oscilatornom reimu, gde se primenjuju dovoljno
niske amplitude napona, koje ne dovode do razruavanja unutranje strukturenedestruktivna merenja. Merenja pri veim brzinama smicanja, gde dolazi do razruavanja unutranje
strukture, tako da se dobijaju bitni podaci o proticanju, pokazatelji ponaanja u tehnolokom procesu - destruktivna merenja (55).
________________________________________________________________________ 25
Teorijski deo Dinamiki oscilatorni testovi ostvaruju se primenom malog sinusoidalnog napona (ili deformacije), a meri se rezultujua deformacija (napon). Razlikujemo dve vrste merenja: merenje deformacije pri konstantnom naponu smicanja merenje promene otpora viskoelastinog tela u toku vremena, pri konstantnoj deformaciji. Idealno elastina tela pokoravaju se Hukovom zakonu (55): (t) - napon smicanja (t) - deformacija otpornost na deformacije. (t) = G* (t) (3)
G*- kompleksni modul smicanja, koji predstavlja vrstou uzorka, odnosno
Idealno elastina tela nakon prestanka dejstva sile zauzimaju prvobitan poloaj, deformacije su potpuno povratne. Kod ovih tela pri oscilatornim merenjima su napon i deformacija u fazi tako da je promena faznog ugla = 0.
Idealno viskozna tela pokoravaju se Njutnovom zakonu (55): (t) = * (t)
(4)
* - kompleksni viskozitet koji u oscilatornim testovima predstavlja otpor proticanju uzorka. Za idealno viskozna tela je karakteristino kanjenje krive (t) u odnosu na (t) Kod viskoelastinih tela promena faznog ugla () je izme u 0 i 90, jer sa porastom viskozne komponente raste i promena faznog ugla. Za objanjenje viskoelastinih osobina sistema koriste se moduli (G). G' je modul elastinosti ili modul zadravanja i predstavlja merilo zadrane energije tokom testa, koja se moe osloboditi kasnije i indikator je elastinih osobina sistema. G'' je modul viskoziteta ili modul gubitka i merilo je rasute energije ili energije izgubljene u vidu
sa promenom faznog ugla = 90.
________________________________________________________________________ 26
Teorijski deo toplote tokom promene strukture sistema i indikator je viskoznih osobina sistema. Kompleksni modul oznaen sa G* predstavlja ukupan otpor viskoelastinog sistema pri primenjenom naponu (55): G* = G' + G'' = 0(t) / 0(t)
(5)
gde su:
0(t) - maksimum napona smicanja koji se dostigne tokom jedne oscilacije 0(t) - maksimum deformacije koja se dostigne tokom jedne oscilacije
Ako se modul elastinosti i modul viskoziteta prikau u obliku vektora, njihov zbir je kompleksni modul, na koji se moe primeniti pitagorina teorema: G' = G* cos = = 0(t) / 0(t) x cos G'' = G* sin = = 0(t) / 0(t) x sin (6)
gubitka ili tan ., koji pokazuje odnos izme u viskoznih i elastinih osobina, koje od njih su dominantnije i ima oblik: tan = G' / G''
Drugi parameter koji pokazuje ponaanje viskoelastinih sistema je koeficijent
(7)
tela, gde je = 90, moduo G'' dominira potpuno nad G', a vrednost tan je beskonana datim intervalima u zavisnosti od dominantnih faktora ( G'' / G') (55).
G'', te je vrednost tan jednaka nuli (sistemi imaju strukturu gela). Kod idealno viskoznih
Kod idealno elastinih tela, kod kojih je = 0, moduo G' kompletno dominira nad
(sistemi nemaju stabilnu strukturu i postaju teljivi). Viskoelastina tela ponaaju se u
________________________________________________________________________ 27
Teorijski deo
5. TERMOANALITIKE METODETermoanalitike metode obuhvataju grupu metoda pomou kojih se prate toplotne osobine materijala u funkciji temperature. One su rado prihvaene jer su brze, zahtevaju male koliine uzorka i mogu se koristiti za kvantitativne kao i kvalitativne analize (56). Ovim metodama se prati promena mase uzorka ili entalpije kada je uzorak podvrgnut zagrevanju. Termoanalitike metode imaju najveu primenu u odre ivanju termikih karakteristika proizvoda poput temperature i entalpije topljenja i kristalizacije, energije aktivacije razlaganja proizvoda, stabilnosti na termo-oksidativne promene, to su osobine proizvoda vane u prehrambenoj industriji. Ove metode se, tako e, mogu primeniti za identifikaciju nepoznatog uzorka. U prehrambenoj industriji termoanalitike metode imaju primenu u praenju pojedinanih koraka u procesu prerade sirovina i dobijanja krajnjih proizvoda, kao i u kontroli finalnih proizvoda, da bi se blagovremeno reagovalo i spreilo dobijanje proizvoda neeljenog kvaliteta i time se izbegli neeljeni ekonomski gubici. Najee koriene termoanalitike metode su termogravimetrijska analiza (TGA) i diferencijalna skenirajua kalorimetrija (DSC).
5.1.
TERMOGRAVIMETRIJSKA ANALIZA (TGA)
U termogravimetrijskoj analizi uzorak se zagreva tako da dolazi do njegove termike degradacije i tokom nje se kontinualno meri promena mase uzorka koji se posmatra u zavisnosti od temperature ili vremena. Podaci dobijeni termogravimetrijskom analizom mogu da poslue za karakterisanje toplotnih osobina proizvoda i kinetiku hemijskih reakcija koje se odvijaju tokom degradacije. Termogravimetrijskom analizom meri se promena mase uzorka u funkciji temperature ili vremena. Do promene mase dolazi pri zagrevanju uzorka u kontrolisanoj atmosferi i uglavnom se meri gubitak mase uzorka u obliku isparljivih produkata usled termike degradacije, mada tokom zagrevanja moe doi i do poveanja mase ukoliko se jave procesi kao to su oksidacija uzorka ili apsorpcija (57). Termogravimetrijska analiza
________________________________________________________________________ 28
Teorijski deo se prvenstveno koristi za odre ivanje termike i oksidativne stabilnosti uzoraka a moe da se koristi i za odre ivanje sastava viekomponentnih sistema, sadraja vlage, pepela i isparljivih materija, predvi anje roka trajanja proizvoda kao i za karakterisanje kinetike hemijskih reakcija do kojih dolazi tokom degradacije uzorka. Uzorak tokom analize moe da bude podvrgnut zagrevanju pri dinamikim ili izotermskim uslovima (58). Pri dinamikim uslovima temperatura se tokom analize konstantno poveava a promena mase se prati u odnosu na temperaturu ili vreme analize. Za krajnju temperaturu analize bira se ona na kojoj je masa uzorka konstantna to podrazumeva da su sve reakcije zavrene. Pri izotermskim uslovima (konstantna temperatura) a promena mase se prati iskljuivo u odnosu na vreme. Zagrevanje pri izotermskim uslovima se najee izvodi kada se odre uje sadraj vlage ili pepela u uzorku.
a)
b)
Slika 7. Termogravimetrijski analizator TA Q500 (a) i njegovi osnovni elementi (b)
Na slici 7 prikazan je izgled ure aja TA Q500 sa njegovim osnovnim elementima. Promena mase uzorka tokom analize kod ovog ure aja se prati pomou vage na principu uspostavljanja ravnotee. O jedan kraj vage okaena je posuda sa ispitivanim uzorkom
________________________________________________________________________ 29
Teorijski deo dok je o drugi krak okaena posuda koja slui za uravnoteenje, tj. tariranje vage. Kada je diode sijaju istim intezitetom. im se masa uzoka promeni, vaga vie nije u ravnotei i jedna fotodioda svetli manjim intezitetom od druge. Tada se ure aju za pomeranje vage, u ravnoteu posle ega obe fotodiode ponovo sijaju istim intenzitetom. Koliina elektrine energije koja je utroena za ponovno uravnoteenje vage proporcionalna je promeni mase uzorka. Za merenje temperature koristi se termopar lociran uz icu kojom se posuda sa uzorkom kai o krak vage. Softverom termogravimetrijskog analizatora belee se promene mase, temperaturu na kojoj su se promene desile i vreme kada je do promena dolo. Termogravimetrijska analiza izvodi se u kontrolisanoj, najee oksidativnoj atmosferi, u prisustvu vazduha ili kiseonika. Ponekad se, kako bi se umanjili oksidacioni efekti, analiza izvodi u atmosferi inertnih gasova kao to su azot, helijum i argon ili u atmosferi azota u koji je dodato od 1 do 5% vazduha ili kiseonika (57). Gas se proputa u kuite pei, u deo ure aja gde se u toku analize nalazi uzorak. Proputanjem gasa se, pored toga to se obezbe uje ujednaena raspodela toplote i po potrebi suva i inertna atmosfera, uklanjaju gasovi koji su nastali termikom degradacijom uzorka. Postoji mogunost da se na izlazu gasova iz pei TGA ure aja povee ure aj za masenu spektrometriju kako bi se lake razdvojili, identifikovali i kvantitativno odredili individualni produkti degradacije, ime bi se dobile dodatne informacije za bolju interpretaciju rezultata termogravimetrijske analize (57). koji se tako e nalazi u kuitu vage, dovodi elektrina struja pomou koje on vraa vagu vaga uravnoteena kae se da se nalazi u nultom poloaju i tada u kuitu vage dve foto-
5.2.
DIFERENCIJALNA SKENIRAJUA KALORIMETRIJA (DSC)
Diferencijalna
skenirajua
kalorimetrija
(DSC
-
Differential
Scanning
Calorimetry) je metoda koja omoguava prouavanje fizikih i hemijskih promena koje su vezane sa toplotnim dejstvima uzrokovanih toplotnim efektima (osloba anje ili apsorpcija toplote, promena toplotnog kapaciteta). Metoda se zasniva na merenju razlike sadraja toplote u ispitivanom i referentnom uzorku u zavisnosti od temperature ili vremena. Diferencijalna skenirajua kalorimetrija se razvila kao bolja kvantitativna
________________________________________________________________________ 30
Teorijski deo modifikacija njene pretee, diferencijalne termike analize (DTA - Differential Thermal Analysis) gde se prouavanje fizikih i hemijskih promena obavlja merenjem razlika temperatura izme u ispitivanog i referentnog uzorka (59).
6. SENZORNA ANALIZASenzorna analiza je nauna disciplina koja tumai reakcije na ona svojstva hrane
koja se opaaju ulima vida, mirisa,ukusa i sluha. Ona meri, analizira i interpretira reakcije, to je i odvaja od organoleptike ocene koja vie putem ula osea nego analizira. Senzorni kvalitet proizvoda predstavlja ukupni senzorni utisak o uzorku koji se ocenjuje. Osnovni senzorni pokazatelji su oblik, boja, miris, ukus i struktura. Navedeni pokazatelji su razliiti za pojedine vrste proizvoda. Tehnika senzorne analize je definisana ISO 11036:1994E (42). Senzorna analiza obuhvata: Izbor ocenjivaa Uslove za senzorno ocenjivanje Uzorkovanje Postupke ocenjivanja Analizu i prikaz rezultata Ocenjivai se prema stepenu obuenosti i nainu rada mogu svrstati u tri kategorije: Ocenjiva a) Ocenjiva laik (osoba koja nije prola obuku za ocenjivae, ira populacija, ljudi) b) Upueni ocenjiva (osoba sa izesnim iskustvom u ocenjivanju) Odabrani ocenjiva (osoba koja poseduje sertifikat o sposobnostima senzornog ocenjivanja odnosno obuenosti za obavljanje senzorne analize) Struni ocenjiva/ekspert (osoba kvalifikovana kao ocenjiva, specifino obuena za ocenjivanje pojedinih vrsta proizvoda, i koja poseduje specifina znanja iz tehnologije odnosno procesa proizvodnje datih proizvoda)
________________________________________________________________________ 31
Teorijski deo Osnovni uslovi za rad koje treba zadovoljiti prilikom senzorne analize obuhvataju: Prostorija za ocenjivanje zatiena od spoljanje buke i spoljanjih mirisa, kontrolisani i prijatni mikroklimatski uslovi (temperatura, relativna vlanost, ujednaeno osvetljenje bez senki, dnevna svetlost). Prostorija za pripremu uzoraka sa odgovarajuim prikljucima za vodu, struju, kanalizaciju. Uzorkovanje (proseog, reprezentativnog uzorka) je prva faza u kontroli kvaliteta materijala koja treba da obezbedi adekvatno i objektivno senzorno ocenjivanje. Metodologija uzimanja razliitih vrsta uzoraka je najee potpuno definisana odgovarajuim propisima (ISO i nacionalnim standardima). Zahtevi koje uzorci treba da obezbede tokom ocenjivanja su temperatura uzorka, njegova veliina, nain oznaavanja i redosled prezentovanja. U cilju objektivizacije senzorne analize neophodno je ponavanje razliitih tehnika i optimalno korienje odgovarajuih metoda senzorne analize. U zavisnosti od predmeta i cilja ocenjivanja metode senzorne analize mogu biti: Testovi prihvatljivosti Analitiki testovi (diskriminatorni testovi) Skale i rangovi (kategorije) Metoda bodovanja Testovi prihvatljivosti se najee koriste tokom razvoja novih proizvoda, kada je neophodno ispitati miljenje potroaa. Izbor ocenjivaa je sluajan i ne bi trebalo da bude manji od 50. Najee se primenjuju sistemi anketiranja i glasanja. Analitiki (deskriptivni) testovi slue za precizno i pouzdano utvr ivanje razlika izme u ispitivanih uzoraka. U ovu grupu testova ubrajaju se testovi razlike (testovi pore enja) i opisne (deskriptivne) metode. Testovi razlike utvr uju da li postoji razlika izme u poznatih (standardnih) i nepoznatih (ispitivanih) uzoraka. Opisni testovi se koriste za struno definisanje kvalitativnih svojstava uzorka, tako da ih mogu izvoditi samo odabrani i obueni ocenjivai. Izvode se u okviru laboratorijskih i naunih ispitivanja.
________________________________________________________________________ 32
Teorijski deo Skale i rangovi - Skala predstavlja niz podeljen na uzastopne vrednosti, koje mogu biti grafike, opisne ili numerike, a koje se koriste za odre ivanje nivoa ispitivane karakteristike. Skale se najee koriste u cilju pore enja proizvoda prisutnih na tritu. Najee imaju tri do devet delova za ije oznaavanje se koriste brojevi, simboli ili rei i su raspore eni po opadajuim vrednostima (od "najprihvatljiviji" do "najneprihvatljiviji"). Metod rangiranja se koristi kada je potrebno unutar jedne serije uzorke rasporediti prema nivou izraenosti jednog ili vie svojstava odnosno prema ukupnom kvalitetu. Metod bodovanja se sastoji u definisanju kriterijuma koje pojedina svojstva (spoljanja svojstva, struktura, miris, ukus) treba da zadovolje da bi im se pripisala odre ena ocena. Pojedine karakteristike proizvoda se razlikuju prema vanosti svog uticaja na ukupan senzorni kvalitet, tako da se u analizu uvode koeficijenti vanosti, odnosno faktor znaaja za svaku pojedinanu karakteristiku, koju definie komisija koja izvodi senzornu analizu. Mnoenjem koeficijenta vanosti sa ocenom dobijaju se ponderisani brojevi, ijim sabiranjem se dolazi do ukupnog broja bodova za senzorni kategorije kvaliteta, koje su jasno definisane za pojedine grupe proizvoda (60).
koji
kvalitet proizvoda. Prema ukupnom broju bodova proizvod se svrstava u odgovarajue
________________________________________________________________________ 33
Eksperimentalni deo
III EKSPERIMENTALNI DEO1. MATERIJALSirovinski sastav analiziranih mazivih kremova je: saharoza (Crvenka AD, Srbija), matitol (Cargill, Germany), palmina mast (Loders Croklaan, Malaysia), kakao prah (Bary Calebaut, Switzerland), sojino brano (Soja protein AD, Srbija), punomasno mleko u prahu (Polsero, Poljska), lecitin (Soja protein AD, Srbija), i aroma (prirodnoidentina aroma lenika i vanile, Curt Georgi, Nemaka). Hemijski sastav upotrebljenih sirovina prikazan je u tabeli P1 (u prilogu).
2. METODE RADA2.1. PLAN EKSPERIMENTA U eksperimentalnom radu su ispitivane etiri grupe uzoraka mazivog krem proizvoda, proizvedenih u kuglinom mlinu. Po sirovinskom sastavu svaka grupa krem proizvoda razlikuje se u dodatom identian. Mazivi krem proizvodi svake grupe proizvedeni su pri razliitim temperaturama (30 - 35C - 40C), i brzinama obrtanja kuglinog mlina (30 o/min 40 o/min 50 o/min). Oznake uzoraka su sledee: S - saharoza, M - maltitol, SM - saharoza 70% i maltitol 30%, MS - maltitol 70% i saharoza 30%. Plan eksperimenta i oznake ispitivanih krem proizvoda iz sve etiri grupe prikazani su u tabeli 5. zasla ivau, dok je ostatak sirovinskog sastava
________________________________________________________________________ 34
Eksperimentalni deo Tabela 5. - Plan eksperimentaPLAN EKSPERIMENTA S uzorci T (C) Brzina (o/min) Oznake T (C) Brzina (o/min) Oznake T (C) Brzina (o/min) Oznake T (C) Brzina (o/min) Oznake 30 S/30/30 30 40 S/30/40 30 30 M/30/30 40 M/30/40 30 30 SM/30/30 40 SM/30/40 30 30 MS/30/30 40 MS/30/40 50 MS/30/50 50 SM/30/50 50 M/30/50 50 S/30/50 30 35 40 50 S/35/50 30 S/40/30 40 40 S/40/40 40 50 M/35/50 30 M/40/30 40 M/40/40 40 50 SM/35/50 30 SM/40/30 40 SM/40/40 40 50 MS/35/50 30 MS/40/30 40 MS/40/40 50 MS/40/50 50 SM/40/50 50 M/40/50 50 S/40/50
S/35/30 S/35/40 M - uzorci 35 30 40
M/35/30 M/35/40 SM - uzorci 35 30 40
SM/35/30 SM/35/40 MS uzorci 35 30 MS/35/30 40 MS/35/40
2.2.
IZRADA MAZIVOG KREM PROIZVODA U KUGLINOM MLINU Maziva kakao masa proizvedena je u laboratorijskom kuglinom mlinu sa
homogenizatorom (slika 8), kapaciteta 5kg, domaeg proizvo aa. Otopljenoj biljnoj masti sa lecitinom, dodaju se sve prakaste sirovine i masa se homogenizuje 30 minuta. Homogena masa se zatim prebacuje u kuglini mlin. Prenik kuglica u mlinu je 9,1 mm. Kuglini mlin je snabdeven sistemom za recirkulaciju mase, ija brzina je 10 kg/h.
Unutranji prenik kuglinog mlina je 0,125 m, a visina 0,31 m (masa kuglica je 30 kg). Zapremina prostora za kuglice i masu u mlinu kapaciteta 5 kg je 0,122 m3. Kakao krem su termovarom u belim plastinim aama, i skladiteni na temperaturi od 25 C. masa se u kuglinom mlinu izra uje 150 minuta. Eksperimentalni uzorci (50g) zatvoreni
________________________________________________________________________ 35
Eksperimentalni deo
Slika 8. Laboratorijski homogenizator (a) i kuglini mlin (b i c)
2.3.
HEMIJSKA ANALIZA MAZIVOG KREM PROIZVODA Hemijski sastav mazivog krem proizvoda odre en je primenom AOACC metoda
(tabela 6) Tabela 6. Metode za odre ivanje hemijskog sastava mazivog krem proizvoda Pokazatelji kvaliteta Ugljeni hidrati (% sm) Ukupna mast (% sm) Ukupni proteini (% sm) Vlaga (%) Kakao delovi (% sm) Bezmasni kakao delovi (% sm) Mlena mast (% sm) Saharoza (% sm) Maltitol (% sm) Laktoza (% sm) Eneretska vrednost kJ Eneretska vrednost kcal Metoda / princip Polarimetrijska metoda Metoda po Sohlet-u Metoda po Kjeldal-u Termogravimetrijska metoda Spektrofotometrijska metoda Spektrofotometrijska metoda Metoda polumikrobroja Polarimetrijska metoda HPLC metoda Jodometrijska titracija Raunski Raunski
________________________________________________________________________ 36
2.4.
VELIINA ESTICA
Eksperimentalni deo
Veliina estica (veliina kakao estica) utie na fiziko-hemijska, reoloka, teksturalna i senzorna svojstva, kao i na efikasnost procesa proizvodnje i cenu kotanja krem proizvoda. vrste estice krem mase, nastale usitnjavanjem, prisutne su u raspodeli upotrebljavana je mikroskopska metoda, kojom se meri veliina estica.
po veliini u obliku Gausove krive raspodele (slika 9). Osim laserske metode, najee
Slika 9. Gausova kriva raspodele
estica pokazala se kao pogodna za pogonsku kontrolu poluproizvoda. Od homogenog kakao mase ili 0,25g kakao praha. Uzorak se kvantitivno prenese u porcelanski avan, doda 1,5 ml brom-naftalena i zagreva 2-4 minuta, uz neprekidno meanje. Po zavrenom zagrevanju, uzorak se mea jo 2-3 minuta, radi homogenizovanja. Mikroskopski preparat se izra uje iz tako homogenizovanog uzorka pomou staklenog tapia; preparat
Mikroskopska metoda za odre ivanje najvee dimenzije samo najkrupnijih kakao
usitnjenog uzorka odmeri se (sa tanou od 0,01g) 1g okoladne mase, okolade,
je dobro homogenizovan ako nema mehuria vazduha i ako se suspenzija ne razliva izvan ivice pokrovnice (60). Merenje estica vri se na mikroskopu pri uveliavanju 10 x 10. Posmatra se
ukupno 36 statistii odabranih vidnih polja, i u svakom se potrai najvea estica i odredi
njena najvea linearna duina pomou okularne mreice. Pomou noniusa na pokretnom stoiu mikroskopa odredi se poetni poloaj prvog vidnog polja na preparatu i zabelee poetne take (y na vertikali, x na horizontali). Sledea vidna polja dobijaju se pomeranjem stoia prema emi u tabeli 7 (60):
________________________________________________________________________ 37
Eksperimentalni deo Tabela 7. ema pomeranja stoia mikroskopa prilikom pregleda vidnih polja y y2 y4 y6 y8 y 10 y 12 y 14 y 16 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x4 x 12 x 12 x 12 x 12 x 12 x 12 x 12 x 12 x 12 y1 y3 y5 y7 y9 y 11 y 13 y 15 y 17 x8 x8 x8 x8 x8 x8 x8 x8 x8 x 16 x 16 x 16 x 16 x 16 x 16 x 16 x 16 x 16
estice koje prelaze iz jednog vidnog polja u drugo se ne mere; ukoliko su estice od 200 m, to se vidno polje izostavlja. Ponavljaju se dva merenja; iz oba merenja Ispitivanje estica vri se po obrascu: slepljene, meri se dimenzija konture. Ako se u vidnom polju nalazi mehuri vazduha vei
izraunava se srednja vrednost linearne veliine estica (60).
gde je: a vea prosena vrednost u jednom preparatu, b manja prosena vrednost u drugom preparatu. Srednja vrednost za veliinu najkrupnije kakao estice D u uzorku je: a+b 2
a b 100 4 a+b
(8)
D sr =
(9)
za veliinu najkrupnijih estica u uzorku je: Dsr =
Ako je (a-b) x (a+b)-1 > 4, potrebno je napraviti trei preparat a srednja vrednost a+b+ z 3
(10)
________________________________________________________________________ 38
pri upotrebi istog uveanja objektiva i okulara. Na mikroskopski stoi postavi se objektivni mikrometar, a u okular okularna mreica sa kvadratnim podeocima od 50 m. Faktor mikroskopa rauna se prema formuli:
mikroskopski kolinik). Mikroskopski kolinik je stalna veliina pri istoj duini tubusa i
Eksperimentalni deo Obavezno se mora izvriti odre ivanje korekcionog faktora mikroskopa (tzv.
f =
broj podeoka mikrometra 10 broj kvadrat. okularne mreice 50
(11)
Stvarna srednja vrdnost za najveu linearnu dimenziju najkrupnijih estica dobija se prema formuli: D stv = Dsr f (12)
kakao estica, data je u tabeli 8 (60):
Procena kvaliteta kakao proizvoda, prema srednjoj veliini najvee dimenzije
Tabela 8. Kategorije kvaliteta kakao proizvoda prema veliini estica Stepen finoe A1 A2 B1 B2 C1 C2 Kategorija kvalitetaOdlian Dobar Odgovara Slab Ne odgovara
Srednja veliina najveih estica (m) kakao masa< 135 135 147 147 162 162 182 182 205 > 205
kakao prah< 105 105 115 115 124 124 133 133 145 > 145
okolada< 52 51 59 59 69 69 83 83 105 > 105
Vrlo dobar
33m sa maksimumom od 50 m, dok je u Evropi taj kriterijum otriji optimalna dimenzija je u intervalu 20-23m sa maksimumom od 40m (61).
pitanju mazivi krem proizvod, je u Sjedinjenim Amerikim Dravama u intervalu 30-
Optimalna prosena dimenzija estica u okoladi, koja se primenjuje i kada je u
________________________________________________________________________ 39
parametra: vee prosene vrednosti izazvae pojavu peskovitosti prilikom konzumiranja, a specifina povrina estica sa ukupnom likvidnom masnom fazom uticae na reoloke
Eksperimentalni deo Veliina kakao estica i njihova specifina povrina predstavljaju dva kljuna
osobine (62). Kakao masa samlevena do estica ija je maksimalna veliina 20 m imae 30 m (49). kremastiji ukus u odnosu na masu samlevenu do estica sa maksimalnom veliinom od
2.5.
TEKSTURALNE KARAKTERISTIKE MAZIVOG KREM PROIZVODA
proizvo aki specificiranom metodom TA Chocolate spread_SPRD2_SR.
Odre ivanja teksturalnih svojstava izvedena su na aparatu Texture analyser TE32
privrene za metalnu platformu HDP/90, oprema HDP/SR koja obuhvata tegove od 5 ili 25 kg u zavisnosti od vrstine uzorka (slika 10). Analizi samog uzorka prethodi kalibracija ure aja (Control Probe), ime se
Korieni pribor ine: konusni klip, aice odgovarajue oblikovane unutranjosti
postie da prilikom svake probe startna pozicija konusnog klipa bude na istom rastojanju od aice sa uzorkom.
Slika 10. Texture Analyser TE32 (c) i pribor korien pri teksturalnoj analizi: konus (b) i aice (c)
________________________________________________________________________ 40
Tako e se odre uje veliina povrine ispod krive zavisnosti sile F od vremena t (slika rad smicanja tokom primene (mazivost).
prodiranja. Vrednost ove sile definie se kao vrstina na specifinoj dubini prodiranja. 11), koja predstavlja ukupnu vrednost sile potrebne za ostvarivanje smicanja, odnosno
Eksperimentalni deo Tokom analize uzoraka odre uje se porast sile do postizanja maksimalne dubine
Slika 11. Kriva teksturalnih svojstavaVrednosti oitane sa krive teksturalnih svojstava imaju znaajnu primenu u
rangiranju uzoraka po njihovoj vrstini, mazivosti, pogodnosti za odre enu primenu.
2.6.
REOLOKE KARAKTERISTIKE MAZIVOG KREM PROIZVODA
600 (slika 12). Prilikom ispitivanja uzoraka korien je pribor Z20 DIN (cilindar). histerezisnih petlji (krive napon smicanja u zavisnosti od D-brzine smicanja) u opsegu
Reoloka merenja izvedena su na rotacionom viskozimetru Haake Rheo Stress
Merenja su izvedena pri temperaturi od 40C. Krive proticanja odre ene su merenjem brzine smicanja od 0-60 l/s. Brzina smicanja poveavana je od 0-60 l/s u trajanju od 240
sekundi, zatim je odravana 240 sekundi na maksimalnoj brzini od 60 l/s, a smanjivanje brzine smicanja od 60-0 1/s tako e je trajalo 240 sekundi (60).
________________________________________________________________________ 41
Eksperimentalni deo
Slika 12. Rotacioni viskozimetar Haake Rheo Stress 600 (b) i korieni priborZ20DIN (a) Dinamika oscilatorna merenja primenjena su za praenje modula elastinosti G i
bi se odredio linearni viskoelastini reim, napon smicanja je poveavan od 0,1 do10 Pa i rad/s). Na osnovu odre enog LVE reima definisani su uslovi merenja, odnosno
modula viskoznosti G, koji se odre uju u linearnom viskoelastinom reimu (LVE). Da
praene su promene vrednosti G i G pri konstantnoj frekvenciji od 1 Hz (=6,28
dinamika oscilatorna merenja izvedena su variranjem vrednosti ugaone brzine () od 6,28 do 62,8 rad/s (frekvencija 1-10 Hz) pri konstantnoj vrednosti napona smicanja od 1 Pa, a odre eni su moduli G i G.
________________________________________________________________________ 42
2.7.
Eksperimentalni deo SENZORNE KARAKTERISTIKE MAZIVOG KREM PROIZVODA
Metodom bodovanja petolana komisija je ocenama od 1 do 5 ocenila sledee parametre
Senzorna analiza uzoraka, ra ena je sedam dana nakon stabilizacije uzoraka.
kvaliteta: spoljanji izgled, struktura, vakanje, ukus i miris (tabela P2 u prilogu). Dobijene ocene pomenutih parametara pomnoene su odre enim koeficijentom vanosti i na osnovu zbira bodova definisana kategorija kvaliteta. Kategorije kvaliteta su: odlian Primenom QDA (Qualitative Data Analyses) metode jasnije su sagledani najvaniji kvalitativni parametri ispitivanih krem proizvoda.
(O), vrlo dobar (VD), dobar (D), dovoljan (D), nedovoljan (N).
2.8.
TOPLOTNE KARAKTERISTIKE MAZIVOG KREM PROIZVODAToplotne karakteristike sirovina (zasla ivai i palmina namenska mast) i mazivog
(slika 13). Oko 0,5 g uzorka postavljano je u keramike tiglove (slika 14), i termika zagrevanja od 5C/min, u temperaturnom opsegu od 25C do 800C.
krem proizvoda ispitivane su ure ajem za termogravimetrijsku analizu LECO TGA701
degradacija uzoraka je praena u struji vazduha, protoka 3,5 dm3/min, pri brzini
Slika 13.. LECO TGA701 termogravimetrijski analizator
________________________________________________________________________ 43
Eksperimentalni deo U unutranjosti pei ovog ure aja nalazi se vrteka, tj. nosa tiglova koji rotira; ukupno je prisutno do 20 tiglova od kojih je jedan uvek referentni mesto na kome se on nalazi oznaeno je kao nulti poloaj. Vrteka rotira u toku analize i tako u odre enim periodima dovodi tigl sa uzorkom na postolje vage gde se uzorku meri masa. Za svakog uzorka u dva tigla postavljenih tako da na rotacionom nosau budu jedan do drugog. Po tri probe svakog uzorka ra ene su pri ispitivanju toplotnih karakteristika sirovina (saharoza, maltitol i palmine masti), a postavljene su bile tako da prvo jedno pored drugog budu tri probe razliitih uzorka a zatim da preostale dve probe istog uzorka budu na nosau jedno do drugog. Vrednosti masa uzoraka i njihove odgovarajue temperature kao i vreme kada su mase izmerene tokom analize, beleio je softver ovog termogravimetrijskog analizatora. ispitivanje toplotnih karakteristika mazivog krem proizvoda ra ene su po dve probe
Slika 14. Unutranjost pei TGA701 analizatora gde je pokazan rotacioni nosakeramikih tiglova
Zabeleene vrednosti su u obliku taaka izvezene (eksportovane) iz softvera ure aja radi lake obrade i interpretacije rezultata drugim, pogodnijim softverom. S obzirom da je ra eno vie proba za svaki uzorak, izraunate su srednje vrednosti
eksportovanih rezultata svakog uzorka a zatim su, koristei se ovim srednjim
vrednostima, kreirane termogravimetrijske krive promene mase uzorka u zavisnosti od temperature, odnosno vremena, dok su derivativne termogravimetrijske krive (DTG) ________________________________________________________________________ 44
Eksperimentalni deo kreirane u potpunosti po uzoru na DTG krive dobijene pomou softvera termogravimetrijskog analizatora. DTG krive su prikazane kao prvi izvod gubitka mase uzorka (%) po vremenu (min), u zavisnosti od temperature. Kako se termika degradacija
uzoraka krem proizvoda odvijala u vie koraka, derivativne krive su kreirane radi lakeg praenja degradacije uzoraka i uoavanja temperatura na kojima su gubici mase pojedinih sastojaka bili najintenzivniji.
2.9.
STATISTIKA OBRADA PODATAKA
obra eni su testiranjem statistike znaajnosti srednjih vrednosti primenom t-testa na Regresionom analizom eksperimentalnih vrednosti matematiki je definisan uticaj pragu znaajnosti od 95% (=0,05, programski paket Statistica 8.0 i Origin 6.1).
Rezultati ispitivanja teksturalnih, reolokih, toplotnih i senzornih karakteristika
promenljive (z vrstoa, rad smicanja, vrednosti odnosa viskoznog i elastinog modula, regresionom jednainom (matematikim modelom) sledeeg oblika:
nezavisnih promenljivih (x temperatura, y brzina obrtanja meaa) na zavisne ukupan broj bodova na osnovu senzornog kvaliteta). Odzivna funkcija z definisana je
z = b0 + b1x + b2y + b11x2 + b12xy + b22 y2 gde su: b0, b1, b2, b11, b12, b22 koeficijenti regresije.
(13)
Koeficijenti regresije b1 i b2 pokazuju linearni efekat nezavisnih promenjivih x i y na zavisno promenljivu z, b11 i b22 kvadratni efekat, dok b12 ukazuje na linearnu interakciju nezavisno promenljivih (63). oekivanih (zt), izraunati su sledei statistiki parametri: standardna greka regresije , p i tvrednosti, koeficijent determinacije i analiza varijanse odabrane regresione jednaine. Standardna greka regresije definisana je jednainom: Na osnovu dobijenih eksperimentalnih - stvarnih rezultata (ze) i teorijskih
________________________________________________________________________ 45
=
( ze zt ) n2
Eksperimentalni deo2
(14)
Odre ivanje
koeficijenata
determinacije
(r2)
definisano
je
odstupanje
eksperimentalnih od teorijskih vrednosti.
________________________________________________________________________ 46
Rezultati i diskusija
IV REZULTATI I DISKUSIJA1. HEMIJSKI SASTAV MAZIVIH KREM PROIZVODAHemijski sastav mazivih krem proizvoda prokazan je u tabeli 9. U tabeli P1 (u prilogu) prikazan je sirovinski sastav mazivih krem proizvoda.
Tabela 9. Hemijski sastav mazivih kremova S Ugljeni hidrati (% sm) Ukupna mast (% sm) Ukupni proteini (% sm) Vlaga (%) Kakao delovi (% sm) Bezmasni kakao delovi (% sm) Mlena mast (% sm) Sojino ulje (% sm) Emulatori (% sm) Saharoza (% sm) Maltitol (% sm) Laktoza (% sm) Eneretska vrednost kJ Eneretska vrednost kcal 51,92 39,27 4,78 1,06 7,40 6,50 2,44 0,03 0,50 47,91 / 1,83 2428,80 581,05 M 5,94 39,22 4,66 0,78 7,50 6,42 2,48 0,03 0,50 1,18 47,91 1,77 2036,91 487,30 SM 37,64 39,11 4,81 0,73 7,43 6,43 2,51 0,03 0,50 33,32 14,28 1,80 2327,60 556,84 MS 16,63 39,19 4,75 0,75 7,44 6,51 2,47 0,03 0,50 14,28 33,32 1,82 2141,70 512,36
Mazivi krem proizvod sa saharozom (S uzorci) oekivano ima najveu energetsku vrednost, obzirom da je energetska vrednost saharoze vea od energetske vrednosti maltitola. Sa porastom udela maltitola, energetska vrednost se smanjuje, tako da je najmanja energetska vrednost uoena kod maltitola. Neto vei sadraj vlage uoen je tako e kod uzoraka krema sa saharozom, i predstavlja posledicu izraenih higroskopnih osobina saharoze.
________________________________________________________________________ 47
Rezultati i diskusija
2. FIZIKE KARAKTERISTIKE MAZIVIH KREM PROIZVODA
2.1.
VELIINA KAKAO ESTICA
Najvea dimenzija najkrupnijih kakao estica ispitivanih mazivih krem proizvoda, odre ena mikroskopskom metodom, definie njihov kvalitet. Na slici 15 prikazane su stvarne srednje vrednosti najvee linearne dimenzije najkrupnijih estica.
Slika 15. Srednje vrednosti najveih linearnih dimenzija estica
______________________________________________________________________________ 48
Rezultati i diskusija Najvee srednje vrednosti najkrupnijih kakao estica uoene su kod mazivih krem proizvoda u iji sastav ulazi saharoza (S-uzorci). Ovi uzorci mazivih kremova imaju najvei procenat vlage u svom sastavu (1,06%), koja uslovljava deliminu rekristalizaciju saharoze u krem masi, to za posledicu ima dobijanje krupnijih estice. Uticaj porasta temperature i brzine meanja na veliinu estica je izraen. Pri viim temperaturama i veim brzinama meanja dolazi do veeg sitnjenja estica i do opadanja srednje vrednosti najveih dimenzija estica. Kada su u pitanju uzorci od maltitola (M), uticaj brzine obrtanja meaa na veliinu estica je izraeniji od uticaja temperature. Pri konstantnim temperaturnim parametrima sa porastom brzine obrtanja, estice su sitnije i srednja vrednost njihovih dimenzija je manja. Srednja vrednost linearne dimenzije najkrupnijih estica uzoraka kremova sa veim udelom sasaroze (SM-uzorci) je neto vea u odnosu na uzorke kremova samo sa saharozom i maltitolom, kao posledica higroskopnih osobina saharoze i njene blage rekristalizacije koja je u ovim uzorcima dominantnija u odnosu na maltitol. Sa porastom temperature, kao i brzine obrtanja, efekat mlevenja mase u mlinu je izraeniji tj. estice imaju manje dimenzije. Najnie srednje vrednosti linearne dimenzije najkrupnijih estica pokazuju uzorci kremova sa veinskim udelom maltitola (MS-uzorci) proizvedeni pri maksimalnim brzinama obrtanja meaa (50 Hz), i najviim temperaturnim parametrima (40C). Uopte posmatrano, mazivi krem proizvodi sa saharozom (S-uzorci), kao i oni u kojima je saharoza dominantnija (SM-uzorci), usled hiroskopnih osobina saharoze i njene delimine rekristalizace tj. stvaranje anglomerata, imaju vie vrednosti srednje dimenzije najkrupnijih estica. Uticaj brzine obrtanja meaa izraeniji je u odnosu na temperaturu