Исследование физико-химических изменений форм связей воды в мясных системах под воздействием эффектов ультразвукового воздействия

Основные качественные показатели готовых мясных изделий зависят от соотношения доли прочно- и слабосвязанной влаги. Самая прочная непосредственная связь воды с биополимерами возникает в результате реакции гидратации, при которой молекула воды присоединяется к гидрофильной группе (активному центру) биомакромолекулы посредством водородной связи. Активными центрами биомакромолекул являются их полярные группы: гидроксильные -ОН, аминные -NH2 и карбоксильные -СООН. Гидратационно связанная влага становится уже не водой как самостоятельным химическим веществом, а неотъемлемой частью биополимерной структуры мяса [1].

Классические методы определения общего содержания влаги, влагоудерживающей и водосвязывающей способности позволяют кон- статировать баланс влажностных характеристик исследуемого объекта. Динамика же процесса формирования искомой картины перераспределения влаги в готовом продукте доступна термогравиметрическому анализу [2].

Использование этого метода приобретает особую значимость для исследования влияния эффектов кавитации на процесс посола мяса цыплят-бройлеров активированными жидкими средами. С целью изучения полной сравнительной характеристики сложного комплекса физико-химических превращений, при термической обработке фаршей, нами был проведён термогравиметрический анализ контрольного и опытного образца.

Контрольные образцы готовили по традиционной технологии, с добавлением питьевой воды; опытные образцы - на основе активированных ультразвуком рассолов.

Термогравиметрический анализ проводили масс-спектрометрическим анализатором летучих продуктов термического разложения жидких материалов с помощью Netzch STA 449 «Jupiter» при температурах от 20 до 400 °С, с погрешностью ±1,5 % по температуре, ±3 % по энтальпии, ±2 % по теплоемкости. Масса образцов варьировала в интервале 430– 440 мг.

Исследование скорости процесса уноса влаги и изменения массы, отраженные соответствующими линиями DТG, говорят о явном различии изгиба кривых. Кинетические кривые отдачи влаги компонентами объектов эксперимента позволяют установить не только теплофизические характеристики исследуемых материалов, но и описать физикохимические процессы в структуре мяса (см. таблицу).

Показатели физико-химических превращений фаршей из мяса цыплят-бройлеров при их термогравиметрическом исследовании

* Среднеквадратичное отклонение составляет не более ±2,5 % от абсолютных значений показателей, представленных в таблице.

При сравнительном анализе кривых распределения термогравиметрического анализа (рис. 1 и 2) установлено, что начало изменения массы опытного образца, выработанного на основе активированного рассола, находится в области температур на 11 °С выше, чем для контрольного образца. Такая разница начала процесса удаления свободной влаги свидетельствует о более сильной энергии ее связи, характеризующейся выраженным эндоэф- фектом по энтальпии (ось DSC). Для преодоления сил сцепления диполей воды, удерживаемых в этих системах, требуется больше тепловой энергии, подводимой к образцам, приготовленных на основе активированных рассолов.

Полученные данные хорошо согласуются с теорией надтепловой кавитационной дезинтеграции воды в составе рассолов, за счет чего увеличивается энергия связи ее диполей с полярными центрами молекул аминокислот. Таким образом, увеличивается энергия связи и формируется прочная гидратная оболочка.

Процесс удаления осмотически и адсорб-ционно связанной влаги в образце с использованием активированного рассола начинается при 98 °С. Кинетика испарения воды для контрольных образцов иная. Температура начала удаления связанной влаги из таких образцов равна 88 °С и является наименьшей. Из этого следует, что для контрольных образцов энергия связи такой влаги с белковыми структурами, определяющая начало ее удаления при более низких температурах, наименьшая. Более прочно связанная влага испаряется при подводе дополнительной тепловой энергии, способной преодолеть силы сцепления гидратной оболочки, так как связанная вода является неотъемлемой частью белков. Она естественным образом увеличивает массу белка, поскольку соединяется с ним, благодаря действию механизмов, аналогичных тем, которые имеют место в живой природе в процессе его синтеза и почти настолько же прочно, насколько прочны в белке связи, формирующие его структуру. Отражение процесса изменения структуры белка можно видеть на термограммах.

Линия DTG контрольных образцов имеет три характерных излома при температурах 295, 300, 315 °С, что также зафиксировано масс-спектрометром по кривым CO 2 и NО. При этом кривая DTG нагревания опытных образов отображает плавное течение процесса с пиком в точке 310 °С, то есть за счет увеличения массы белка, он сгорает медленнее и равномернее.

При кавитации в воде генерируются гигантские импульсы давления, вызывающие соответствующие ее деформации, которые распространяются в ней со скоростью звука. Трансформация потенциальной энергии этих деформаций реализует надтепловой механизм разрушения молекулярных ассоциатов, при этом лишь вода переходит в термодинамиче-

Рис. 1. Кривые распределения термогравиметрического анализа опытных образцов мяса цыплят-бройлеров, приготовленных с применением эффектов ультразвукового воздействия

Рис. 2. Кривые распределения термогравиметрического анализа контрольных образцов мяса цыплят-бройлеров, приготовленных с применением эффектов ультразвукового воздействия ски неравновесное состояние, а растворенная в ней поваренная соль полностью диссоциирует на ионы, которые будут иммобилизированы полярными мономолекулами воды либо прочно связаны в образующихся сольватных оболочках белка [3].

Если до начала процесса релаксации неравновесного состояния воду смешать с измельченной биомассой, содержащей животный или растительный белок, то произойдет интенсивная реакция гидратации, превращающая воду в составную часть структуры белка и увеличивающая тем самым его массу [4–6].

Учитывая, что уровень гидратации белков мяса птицы тесно взаимосвязан с его технологическими свойствами, исследование влияния эффектов кавитации на их корректировку составляет определенный интерес для применения его как способа улучшения потребительских свойств готовых продуктов.