Барьерные свойства жиров

и с с л е д о в а ни я
Барьерные свойства жиров
Добавление липофильных веществ, например, эмульгаторов, в смеси жиров влияет на структуру
кристаллической решетки жиров и, следовательно, сказывается на барьерных свойствах, препятствующих
диффузии влаги.
ч а с т ь 2 : Влияние добавок
+
В первом докладе в 1-вом выпуске журнала были
представлены и подробно рассмотрены результаты
исследования влияния структуры кристаллической
решетки отвержденных смесей жиров на их способность
препятствовать диффузии влаги (Franke&Bindrich
2014a).
На основании результатов удалось подтвердить, что
структура кристаллической решетки жиров в значительной степени определяет барьерные свойства, в то время
как содержание твердого жира оказывает лишь незначительное влияние. При этом выяснилось, что в частности
структуры с плотными отдельными кристаллами и большими долями связанной жидкой фазы оказывают наилучшее барьерное действие. Однородные по структуре
кристаллические решетки с множеством мелких кристаллов и высоким содержанием неподвижной жидкой
фазы, напротив, обладают лишь слабым барьерным действием. Такие визуально распознаваемые взаимосвязи
удалось математически подтвердить хорошей корреляцией коэффициента переноса, отражающего масштаб
барьерного влияния, со структурной экспонентой на
CLSM-снимках, описывающей кристаллические структуры.
Вторая часть посвящена влиянию липофильных добавок
на барьерные свойства смесей жиров.
Процедура
Для этой части исследований выбрали три из пяти смесей из первой части с разным барьерным действием
(Таблица 1). Сокращения обозначений трех смесей
жиров (A, D, F) соответствуют сокращениям, принятым
в первой части.
В качестве добавок применялись соевый лецитин, сорбитан тристеарат и доступный в продаже инициатор кристаллизации. Соевый лецитин – это эмульгатор, то есть
молекула состоит из гидрофильных и липофильных
участков. Преимущественно применяется в липофильных суспензиях, например, шоколадной массе или жировой глазури. Сорбитан тристеарат известен в первую
очередь как компонент, способный задерживать полиморфные превращения кристаллов жиров, например,
при хранении шоколада (Hughes 1998; Miskandaretal.
2007). Инициатор кристаллизации состоит из полностью отвержденных триацилглицеридов с соответственно высокой температурой плавления. Добавление в смеси жиров влияет на образование центров кристаллизации
при охлаждении, вследствие чего можно ожидать соответствующих изменений в структуре кристаллической
решетки.
Липофильные добавки вносились в расплавленные смеси
жиров в концентрации от 0,1 до 0,5 %, смеси жиров
отверждались в холодильнике в течение ночи без приложения механических сдвигающих нагрузок аналогично
исследованиям чистых смесей.
Визуализация структур кристаллических решеток жиров
проводилась, как уже было описано ранее, с помощью
CLSM-снимков в двух увеличениях, чтобы рассмотреть
разные уровни структур. Аналогично первой части для
количественной оценки структ ур на CLSM-снимках
применялся метод флуктуационного анализа с исключенным трендом (DFA). Функциональность смесей жиров
с добавками с точки зрения их барьерного действия
против миграции влаги также определялась в моделирующей сис теме (Franke&Bindrich 2014a). Мерой
барьерного действия служит уже названный коэффициент
переноса.
Результаты и обсуждение
Влияние липофильных добавок в более высокой концентрации 0,5 % на структуры смесей жиров видно на CLSMснимках на фото 1-3. В левой части CLSM-снимки кристаллических решеток, образовавшихся без добавок. В
колонках рядом представлены кристаллические решетки,
образующиеся при кристаллизации в присутствии добавок, в остальном условия кристаллизации были одинаковыми. Для всех трех смесей жиров характерно более
или менее выраженное влияние добавок на структуру
++ Таблица 1: Состав использовавшихся смесей жиров
Стеариновые компоненты (высокоплавкие)
Олеиновые компоненты (низкоплавкие)
Наименование
Доля
Наименование
Доля
A
Пальмоядровый стеарин
70 %
Молочный олеин
30 %
D
Пальмовый стеарин
70 %
Пальмовый олеин
30 %
F
Молочный стеарин
85 %
Пальмовый олеин
15 %
Обозначение
www.chebiwipetschka.com 02/15
источник: DIL
46
Сократите путь!
Вы хотите, чтобы журнал «Хлеб + выпечка»
быстрее попадал на ваш рабочий стол?
Легко!
Пришлите нам свой электронный адрес, и мы направим вам новый выпуск в формате pdf.
Воспользуйтесь преимуществами электронного абонемента, который позволяет:
+ прочесть статьи в электронной версии раньше, чем к вам поступит печатная версия по обычной почте.
+
просматривать журнал на компьютере на рабочем столе или в дороге на планшете либо ноутбуке;
+
сохранять статьи по отдельности или весь выпуск целиком, и в любое время найти все необходимое;
+
отправить любую статью вашим коллегам и сотрудникам.
Приобретите сегодня ваш электронный абонемент на сайте: www.chlebiwipetschka.com
Увидимся 22–24 апреля на выставке «Современное хлебопечение-2015» в Москве!
Ohne Zusatz
Sojalecithin
Sorbitantristearat
Kristallisationsstarter
Павильон 2
Зал 2.2
Стенд №
Ohne Zusatz
Sojalecithin
Sorbitantristearat
Kristallisationsstarter
f2m food multimedia gmbh
Ehrenbergstrasse 33 · 22767 Hamburg · Германия
Телефон: +49 (0) 40 38 61 67 92 · Факс: +49 (0) 40 39 90 12 29
E-mail: [email protected] · www.foodmultimedia.de
© DIL
22A9.0
и с с л е д о в а ни я
1
Соевый лецитин
Сорбитан тристеарат
И.К*
© DIL
без добавок
+++ CLSM-снимки с большим (нижний ряд) и небольшим (верхний ряд)
увеличением отвержденной смеси жиров А (обозначение см. в Таблице 1)
без и с липофильными добавками в концентрации 0,5 % (длина «балки»
15 мкм) /* Инициатор кристаллицации
без добавок
Соевый лецитин
Сорбитан тристеарат
© DIL
2
И.К*
+++ CLSM-снимки с большим (нижний ряд) и небольшим (верхний ряд)
увеличением отвержденной смеси жиров D (обозначение см. в Таблице 1)
без и с липофильными добавками в концентрации 0,5 % (длина «балки»
15 мкм) /* Инициатор кристаллицации
3
без добавок
Соевый лецитин
Сорбитан тристеарат
И.К*
+++ CLSM-снимки с большим (нижний ряд) и небольшим (верхний ряд)
увеличением отвержденной смеси жиров F (обозначение см. в Таблице 1)
без и с липофильными добавками в концентрации 0,5 % (длина «балки»
15 мкм) /* Инициатор кристаллицации
кристаллических решеток жиров. При этом влияние отличается в зависимости от типа смеси жиров и добавки.
Внесение соевого лецитина в смеси, образующие в чис­
том виде очень однородную и равномерную структуру,
ведет к значительному увеличению количества уплотненных кристаллов (черные точки), как, в частности,
видно на фото 1 и 3. Если, как в смеси D (фото 2), даже без
добавок образуется очень неоднородная структура
решетки с очень большим количеством плотных кристаллов, то добавка соевого лецитина ведет к видимому
снижению количества плотных кристаллов.
Влияние сорбитан тристеарата на структуру кристаллической решетки по сравнению с лецитином слабее. Но и
в этом случае добавка в смеси, образующие в чистом
виде однородные структуры решеток, ведет к большей
неоднородности, хотя и в меньшей степени, чем при
добавлении соевого лецитина. Это также относится к
www.chebiwipetschka.com 02/15
© DIL
48
смеси D. Внесение сорбитан тристеарата дает сравнительно менее неоднородную структуру решетки, при
этом такое снижение по сравнению с соевым лецитином
также менее выражено.
Немного иначе выглядят структуры при добавлении
инициатора кристаллизации. В этом случае во всех трех
смесях были обнаружены кристаллы игольчатой формы,
которые с высокой долей вероятности образуются из высокоплавких насыщенных триацилглицеридов инициатора кристаллизации. Кроме того, распределение плотных кристаллов жиров менее равномерно, чем при
внесении других добавок. Значительное уменьшение
количества плотных кристаллов в смеси D при внесении
этой добавки не выявлено.
Каким образом разные добавки в смеси жиров влияют на
их барьерные свойства, продемонстрировано на рисунке 4.
Здесь представлен рассчитанный по измеренным изменениям влажности кекса в моделирующей системе коэффициент переноса для смесей с добавками. Как уже
было изложено выше, низкие коэффициенты переноса
означают хорошее барьерное действие, так как через
барьерный слой проходит лишь небольшое количество
воды. Напротив, высокие значения коэффициента переноса указывают на более интенсивный перенос влаги и,
таким образом, на слабое барьерное действие. Как уже
обсуждалось в первой части, для чистых смесей жиров
характерны значительные различия в снижении миграции влаги (линии серого цвета на рис. 4). Влияние добавок варьируется в зависимости от барьерного действия
чистых смесей. В смесях с хорошим барьерным действием
(низкий коэффициент переноса) внесение добавки, как
правило, ведет к ухудшению таких свойств (смесь D), то
есть коэффициент переноса увеличивается. С другой
стороны, в смеси жиров со слабым барьерным действием
(смесь F) наблюдается улучшение при внесении добавок.
Если рассмотреть влияние отдельных добавок более
пристально, становится очевидно, что внесение инициатора кристаллизации во все смеси дает либо значительное улучшение барьерного действия, либо, как минимум,
не ухудшает свойства смеси, обладающей наилучшим
барьерным действием без добавок. Соевый лецитин,
напротив, вызвал улучшения только в смеси с наихудшим
барьерным действием (смесь F). По сравнению с другими
добавками оно, однако, было, скорее, незначительным.
В смеси с наилучшим барьерным действием (смесь D),
напротив, внесение соевого лецитина крайне контрпродуктивно сказывается на барьерном действии, так как
коэффициент переноса значительно увеличивается.
Действие сорбитан тристеарата среднее между соевым
лецитином и инициатором кристаллизации. В обеих
смесях со средним или слабым барьерным действием
(смеси A и F) внесение этой добавки ведет к существенному улучшению, в то время как для смеси D явно выражено ухудшение, хотя и в меньшей степени, чем при
внесении соевого лецитина.
Следующий вопрос снова заключается в том, каким образом различия в барьерном действии отвержденных
4
без добавок
соевой лецитин
Сорбитан тристеарат
И.К*
смесь A
смесь D
© DIL
жиров при внесении липофильных добавок отражаются
на структуре кристаллических решеток. Как было выявлено в первом докладе, барьерное действие было наилучшим (низкие коэффициенты переноса), если структура
была относительно неоднородной и содержала уплотнения (черные точки).
Такая взаимосвязь также характерна для смесей с липофильными добавками (фото 3). Чистая смесь F имеет
наименьшее барьерное действие, то есть, самый высокий
коэффициент переноса. Под действием добавок структура становится менее однородной, видны черные точки,
которые означают присутствие уплотненных кристаллических структур. Вследствие таких изменений в структуре барьерное действие улучшается, как видно на рис. 4.
Это, в частности, относится к смесям с внесенным инициатором кристаллизации и сорбитан тристеаратом.
Прямо противоположный эффект можно наблюдать в
смеси D с очень сильным барьерным действием без добавок. При отверждении чистой смеси образуется большое количество уплотненных кристаллов. Под действием липофильных добавок в этом случае образуется
меньшее количество уплотненных кристаллов, и структура становится более однородной. В частности, такой
эффект наблюдается при внесении соевого лецитина. В
этом случае добавка ведет к значительному ухудшению
барьерного действия, так как коэффициент переноса
значительно повышается по сравнению с чистой смесью.
коэффициент переноса ß (g/d/m2)
и с с л е д о в а ни я
смесь F
+++ Коэффициент переноса β как мера барьерного действия разных
смесей жиров с разными добавками в концентрации 0,5 % (обозначение
см. в Таблице 1) /*Инициатор кристаллицации
С другой стороны, внесение инициатора кристаллизации в эту смесь оказывает лишь незначительное влияние
на коэффициент переноса (рис. 4). Это также объясняется при рассмотрении образующейся под влиянием этой
добавки структуры кристаллической решетки жиров.
Она имеет аналогичную неоднородную структуру, как и
смесь без добавок.
Эти взаимосвязи можно распознать не только качественно на основании сравнения CLSM-снимков
структур, но подтвердить для каждой из исследованных смесей как количественную зависимость между
коэффициентом переноса и рассчитанным по методу
рекламный модуль
Modern Bakery Moscow · 22–24 апреля 2015 г.
ЦВК «Экспоцентр» Москва
21-я международная специализированная
выставка для хлебопекарного и кондитерского рынка
Ведущая выставка для россии и снг
www.modernbakery-moscow.ru
MODERN
BAKERY
MOSCOW
49
и с с л е д о в а ни я
измеренный коэффициент переноса ß
(g/d/m 2)
B= 0,94
измеренный коэффициент переноса ß
(g/d/m 2)
+++ Сравнение измеренных и рассчитанных методом регрессии по структурным параметрам кристаллических решеток жиров коэффициентов
переноса как меры их барьерного действия, определенных для разных смесей жиров с добавками (a .. смесьA, b .. смесьD, c .. смесьF)
DFA структурным коэффициентом. На рис. 5 сравнение
измеренных коэффициентов переноса и рассчитанных
методом регрессии по структурным параметрам значений для трех смесей жиров. Для всех смесей удалось найти хорошее сочетание, описывающее взаимосвязь между
структурой и барьерным действием, с мерой определенности от 0,88 до 0,97. Однако эти значения иногда ниже,
чем для чистых смесей. Это означает, что влияние добавок на барьерное действие смеси жиров выходит за рамки только структурного эффекта. Возможное объяснение заключается в том, что липофильные добавки также
имеют полярные свойства. Следовательно, может произойти дополнительное взаимодействие с влагой, необъяснимое структурой.
внесении добавок. Также удалось математически выразить взаимосвязи между структурой и барьерными
свойствами в количественном отношении, чтобы по
аналогии с чистыми смесями можно было относительно
точно предсказать барьерное действие, исходя из структуры кристаллической решетки жиров. Однако при
этом необходимо учесть, что, в частности при внесении
эмульгаторов, может произойти дополнительное взаимодействие с влагой.
Выяснение точных причин изменений процессов образования структуры при кристаллизации жиров требует
дальнейших исследований, например, с помощью ядерной магнитной резонансной спектроскопии высокого
разрешения или рентгеновского структурного анализа.
Заключение и выводы
Благодарность
Внесение липофильных веществ, например, эмульгаторов, в смеси жиров оказывает существенное влияние на
структуру образующихся при отверждении кристаллических решеток. Какое именно влияние они окажут на
структуру, решающим образом зависит от смеси жиров.
Смеси жиров, в чистой форме образующие однородные
решетки, при отверждении в присутствии добавок образуют, скорее, неравномерные структуры с большим количеством уплотненных кристаллов, и наоборот.
Измененная структура решетки также сказывается на
барьерном действии этих смесей жиров относительно
влагообмена в выпечке. При внесении добавок оно может как улучшиться, так и ухудшиться, в зависимости от
того, какими барьерными свойствами обладала чистая
смесь. Именно в смесях, в чистом виде имевших слабое
барьерное действие, при внесении добавок достигаются
улучшения. В частности, это относится к инициатору
кристаллизации, внесение которого во всех смесях выразилось в изменении барьерных свойств до хороших
или очень хороших. Это означает, что такая добавка особенно хорошо подходит для улучшения пригодности
смеси жиров для использования в качестве барьерного
слоя.
Обусловленные внесением добавок отличия в барьерном
действии смесей жиров объясняются изменениями
структуры решеток отвержденных смесей жиров при
Проект исследования для промышленности IGF 17206N
исследовательского объединения «Исследовательская
группа пищевой промышленности» (ForschungskreisderE
rnährungsindustriee.V. (FEI)), Годесбергер Алее 142-148,
53175 Бонн, получил поддержку через Альянс промышленности и науки (AiF) в рамках программы поддержки
исследований для промышленности (IGF) от Федерального министерства экономики и технологии по решению
немецкого Бундестага. Авторы благодарят членов сопровождающего проект комитета за предоставление материалов для исследования.
www.chebiwipetschka.com 02/15
Литература
* Franke, K.; Bindrich, U. (2014a) Barriereeigenschaften von
fettbasierten Sperrschichten in Gebäcken besser verstehen.
Brot und Backwaren62 (4), im Druck
* Franke, K.; Bindrich, U. (2014b) Gezielte Kristallisation von
fettbasierten Systemen für Überzüge und Sperrschichten zur
Minimierung des Stofftransports. Quakenbrück: Deutsches
Institut für Lebensmitteltechnik e.V., unveröffentlichter
Abschlussbericht für Projekt 17206N.
* Hughes, C. (1998) The secret’s in the substitutes. Food
Review25 (10) 25,27.
* Miskandar, M.; Man, Y.C.; Rahman, R.A.; Aini, I.N.; Yusoff, M.
(2007) Effects of emulsifiers on crystal behavior of palm oil blends
on slow crystallization. Journal of Food Lipids14 (1) 1-18. +++
© DIL
измеренный коэффициент переноса ß
(g/d/m 2)
B= 0,88
рассчитанный коэффициент
переноса ß (g/d/m2)
B= 0,97
рассчитанный коэффициент
переноса ß (g/d/m2)
5
рассчитанный коэффициент
переноса ß (g/d/m2)
50
Dies
ist ein из
Artikel
aus der Fachzeitschrift
brot+backwaren,
Это статья
специализированного
журнала
die
6-mal
jährlich
erscheint. с периодичностью 4 раза в год.
+выпечка,
выходящего
Хлеб
Als
Abonnent
erhalten
die Fachzeitschrift
mit Praxisreportagen,
Berichten aus
Forschung
Оформив
подписку,
выSie
будете
получать журнал,
содержащий практические
очерки,
отчеты
und
Entwicklung, Marktanalysen
und Firmenportraits sofort
nach Erscheinen.
о научно-исследовательских
и опытно-конструкторских
разработках,
анализе Damit
рынка,haben
а также
презентации
компаний,
сразу после Überblick
его выхода.
Выden
получите
основательное
и обширное
Sie
einen fundierten
und umfassenden
über
aktuellen
Stand der Technik
sowie
представление
о текущем уровне развития техники и о состоянии дел в хлебопекарной отрасли.
der
Backbranche.
Заинтересовавшиеся
могут
бесплатно
и без обязательств заказать
Interessierte
können die
Zeitschrift
unter
пробный экземпляр журнала на сайте:
www.brotundbackwaren.de
www.chlebiwipetschka.com
zum Kennenlernen kostenlos und unverbindlich
zum
Probelesen
bestellen.
В нашем
архиве на этом
сайте вы найдете все статьи в формате PDF. Специализированные статьи
отсортированы по годам выпуска; найти их можно, воспользовавшись текстовым поиском.
In unserem Archiv auf dieser Homepage finden Sie sämtliche Berichte auch als PDF-Datei.
Die Fachartikel finden Sie dort nach Jahrgängen sortiert; sie können per Volltextsuche durch-
++ Издательское право, цитаты и использование текстов
sucht werden.
Обратите внимание, что цитирование наших текстов допускается в тех случаях, когда объем
цитируемого текста составляет не больше трех предложений. Убедительная просьба вставлять
++ Copyrights, Texte zitieren und nutzen
ссылку на наш текст. Если Вы хотите использовать цитируемый текст в качестве рекламы или
Bitte
beachten
Sie, dass
das einfache
Zitieren unserer
Texte отправьте
erlaubt ist, solange
sich die Länge
передать
третьим
лицам
в профессиональных
целях,
нам соответствующий
des
Zitats
Rahmen
hält. Dabei halten wir drei Sätze für eine gute Grenze. Verlinken Sie
запрос
по im
адресу:
[email protected].
bitte auf unseren Text. Nur wenn Sie mit dem Zitat Werbung machen oder es gewerbsmäßig
Более длинные цитаты или заимствование наших текстов разрешены только по согласованию
an Dritte weitergeben wollen, fragen Sie uns bitte erst unter [email protected].
с f2m. Использование фотографий из текстов, а также видеоматериалов разрешено только
после выдачи
лицензии
правообладателем.
Längeres
Zitieren
oder Übernehmen
unserer Texte ist nur nach Übereinkunft mit f2m erlaubt.
Bilder
aus unseren Texten sowie Videos dürfen nur nach Lizenzierung mit den RechteВ остальном применяются стандартные положения издательского права. Издательство f2m
inhabern
weiterverwendet
multimedia
gmbh сохраняетwerden.
за собой права на статьи, размещаемые на нашем сайте.
Ansonsten gilt das übliche Copyright: Wir, die f2m food multimedia gmbh, behalten uns
alle Rechte an den Beiträgen auf unserer Seite vor.
++ Хотите задать вопрос? Обратитесь к нам.
++ Haben Sie noch Fragen? Dann wenden Sie sich bitte an uns.