Физико-химическая кинетика водонасыщения семян сои в процессе производства современных пищевых систем

трансформацию производства и объективно при-

В последние годы концепции, поведение и модели потребления продуктов питания постоянно меняются. Новые тренды в пищевых предпочтениях связаны с улучшением качества потребления, в том числе, со стремлением к доступным экологически чистым, здоровым источникам пищи. Увеличение спроса на пищевую продукцию, способствующую при регулярном включении в пищевые рационы, обеспечить активное долголетие и формирование адаптационного потенциала организма, является источником технологических инноваций, провоцирует водит к совершенствованию и генерации новых направлений переработки сырья [1–7, 11-20].

Одной из современных тенденций в пищевой технологии является широкое применение семян сои в производстве нутриентноадекватных ингредиентов, используемых в функциональном, специализированном и персонализированном питании.

Существуют различные способы модификации соевого биоактивного сырья, позволяющие посредством сложной иерархической системы способов и методик, получить концентрированные формы соевого белка (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема классификации основных операций получения концентрированных форм соевого белка

Figure 1. Classification scheme of the main operations for obtaining concentrated forms of soy protein

Процессы, происходящие при этом, можно разделить по нескольким классификационным признакам: по виду технологического воздействия на семена сои, по типу разрушающего воздействия, по способу выделения и концентрирования белковых веществ, по физической форме конечного продукта и показать различные трансформирующие стадии модификации соевого сырья: насыщение водой, проращивание, высушивание, прожаривание, пропаривание, варка, плющение, дробление, перемалывание, истирание, экстракция и другие, позволяющие в конечном итоге преобразовать исходные семена в пищевые ингредиенты различной физической формы: гель, паста, мука, гранулят, текстурат, концентрат, изолят.

Как показано на рисунке 1, начальным этапом данного процесса является водонасыщение семян сои путем замачивания в водной среде. При этом на эффективность данной технологической трансформации влияют различные факторы [6, 8–10]. Цель исследования: установить кинетику процесса интенсивности водонасыщения семян сои с учетом различных факторов.

Материалы и методы

В работе использованы методы и положения математического анализа. Выбор факторов, влияющих на кинетику водонасыщения семян сои, производился на основании совокупности исследуемых явлений.

Результаты и обсуждение

При нахождении семян сои во влажной среде они поглощают воду, их белковые вещества набухают, оболочка становится мягче и легче отделяется. На основании анализа литературных источников, а также практического опыта установили, что приращение текущего значения объема семени V подчиняется следующей зависимости:

V = V n e - ^V , (1) где V – начальный объем семени; c – эмпирический коэффициент; t – время водонасыщения семени.

Продолжительность водонасыщения семени t выразим как:

tk = 2,3lg(V k , (2) cv Vk J где V – конечный объем семени.

Представим начальный объем семени через его геометрические параметры, приняв семя сои за правильный эллипсоид вращения:

^Vn = ^bn^ , ⁽³⁾ где a , b – соответствующие полуоси начального эллипсоида.

Для конечного значения объема семени имеем:

^V k = ^ a k b kbk ,

где a , b – соответствующие полуоси конечного эллипсоида.

Тогда, с учетом выражений (2)–(4) имеем, что tk = 2,3 c-1lg

ab2 nn ab2

,

С другой стороны, в отношении данного процесса принимаем, что изменение объема V зерна сои в процессе его замачивания прямо пропорционально увеличению его влажности – W i , т. е. существует зависимость, в соответствии с которой

V = / ( W ) ,

Данную линейную зависимость аппроксимируем выражением следующего вида:

V = V n + kW i , где k – эмпирический коэффициент, A V/W , a A V - объем приращения W – конечная влажность зерна.

С учетом этого можно записать АГ

V = V„ + —-W , i    n Wk i или

E - V

V = V_n + V—n W in  _W  i

В то же время имеем, что

• 4    Г            Ww.

V = — n ab_n2 + (a,b, ² - ab²—-nn   kk   nn

(7) равный зерна и

,

Примем, что W = We ^ct , где W , W – соответственно начальная нечная влажность семени сои.

Из выражения (10) имеем, что tV = 2,3 c-1lg

W

W k J

,

По условию t W = t V и тогда

2,3 c - 1 lg

к ^ak^uk J

(wk

= ^2,3 c W lg W , к W k J

и ко-

откуда cV1 =------ cW lg

a_nb_n ² ab ²

или

cV =

_c Ь | ^abL c W ^ig      ₇ 2

V akbk J

,

V k

W lg Wn

V Wk J

Данное уравнение можно принять в качестве кинетической характеристики или модели водонасыщения семян сои.

Интенсивность водонасыщения семян определили как

Vk - Vn _ 4n(ab ~ ab) _

где V ^max – максимально возможный объем водо-насыщения семени сои справедливый для случая благоприятного сочетания всей совокупности факторов R ( t ) .

Совместное решение уравнений (1) и (16) дает следующую кинетическую модель водона-сыщения семян сои

Ve - ct

tV k      3 ■ 2,3cV4g

' аЬ '

V ab J

_ 1,82cV ( akbl - ab )

,  (14)

t V = 2,3

=      Ig (     ]

V akbk J

Таким образом интенсивность водона-сыщения семян сои зависит от их крупности, а также коэффициента c , характеризующего проницаемость оболочки - ПР ( x_t ) , покрывающей семя, температуры воды - t ( x ) , степени ее минерализации - M ( x_t ) и физико-химических свойств соевого белка - ФХС ( x_t ) .

В свою очередь, зависимость водонасы-щения семян сои от данных факторов, в общем виде можно представить как

R ( t ) = / ( V ,; пр ( x< ) ; t ’( x ) ; m ( x< ) ФС ( x )p opt, ⁽¹⁵⁾

С одной стороны представим зависимость V = / ( V ) в виде выражения (1), а с другой как

= 2,3 c - ¹ Ig { ( a , b , )( a k b k ) [ 1 - e"^{R (} t > ] " ' }

Заключение

При погружении семян сои в воду начинается процесс водонасыщения, кинетика которого характеризует приращение объема и увеличение влажности семян во времени с учетом управляемых технологических факторов: температуры и степени минерализации воды, а также зависит от биологических особенностей сорта сои: крупности семян, проницаемости оболочки, физикохимических свойств соевого белка и др. Таким образом, проведенные исследования по созданию подходов к пониманию многофакторного анализа процесса водонасыщения семян сои позволяют управлять ожидаемым результатом при целевом пищевом проектировании.