Исследование микроструктуры и компонентного состава пищевых стабилизаторов

Целью настоящей работы является исследование микроструктуры пищевых стабилизаторов SAPP 28 и SAPP 40, являющихся пирофосфатом натрия.

Разработка научных основ пищевого производства связана с поиском универсальных способов воздействия в многокомпонентных водных системах, одним из которых является применение пищевых стабилизаторов структуры [2]. Подходы к их использованию заключаются в смешении их с пищевыми веществами и последующим переводом жидких систем в гелеобразное состояние. Среди известных на данный момент стабилизаторов структуры широко применяются анионные полисахариды как природного (пектин, агар, агароид, пирофосфат), так и искусственного (окисленный крахмал) происхождения. За рубежом большое распространение получили альгинаты, производные целлюлозы, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), а также различные камеди.

Одним из классических стабилизаторов структуры является агар, который уже значительное время широко применяется в кондитерской промышленности [2]. Однако нарастающий дефицит источника агара обусловил необходимость в замене его другими стабилизаторами структуры. Так, например, к одним из перспективных стабилизаторов структуры можно отнести различного рода пектины. В настоящее время они используются в пищевой и фармацевтической промышленности [1]. Пектины способны образовывать гелеобразные системы, характеризующиеся специфическим набором физико-химических свойств. Было установлено, что пектин оказывает благоприятное действие на организм человека, а ресурсы для производства пектина практически неограниченны [4].

Многие стабилизирующие вещества присутствуют в биологических объектах в форме сеток гидроти-рованных цепей, например, в бактериальных капсулах, клеточных стенках разного возраста растительных тканей, соединительных тканях животных и т.д.

Для исследований микроструктуры пищевых стабилизаторов был применен электронный микроскоп со встроенной анализирующей станцией JEOL JED-2300. На рисунке 1 приведены микрофотографии пирофосфата натрия SAPP 28 при увеличении в 100, 200 и 500 раз.

Структура пирофосфата натрия SAPP 28 представляет собой мелкодисперсную систему, состоящую из частиц кристаллической формы, размер которых составляет 10–100 мкм. Однако встречаются и крупные элементы, размер которых превышает 100 мкм. Насыпная плотность данного стабилизатора структуры составляет 670 г/дм3.

Пирофосфат натрия получают путем дегидратации гидроортофосфатов натрия. В примеси такого стабилизатора структуры присутствуют сульфаты. Пирофосфат натрия практически не растворим в этаноле, зато хорошо растворим в воде. В водных системах с концентрацией пирофосфата натрия 1% рН раствора наблюдается на уровне 9,9–10,8[5].

Данный стабилизатор структуры в основном применяется при производстве мясных и рыбных изделий. Пирофосфат натрия способствует влагоудержанию при варке, набуханию мышечных белков, а также повышению сочности и выхода фаршевых изделий. Кроме того, он обеспечивает стойкость жировых эмульсий и тормозит окислительные процессы в жире, что благоприятно сказывается на качестве готового продукта.

а

б

в

Рис. 1. Микроструктура пирофосфата натрия SAPP 28 при кратности увеличения: а – 100 раз; б – 200 раз; в – 500 раз

По результатам анализирующей станции JEOL JED-2300 были получены результаты определения компонентного состава пирофосфата натрия SAPP 28, представленные в таблице 1.

Компонентный состав пирофосфата натрия SAPP 28

Таблица 1

Элемент	Относительная масса, %
Углерод	7,69±0,23
Кислород	52,04±1,56
Натрий	18,12±0,54
Фосфор	22,14±0,66

Математическая обработка полученных микрофотографий стабилизаторов структуры заключалась в определении содержания микропустот с помощью программы Corel Photo Paint X3, где проводилось создание маски путем выделения элементов по цвету, перевод фотографии в бинарное изображение и определение содержания искомых элементов с помощью гистограммы.

На рисунке 2 приведена микрофотография пирофосфата натрия SAPP 28 при увеличении в 100 раз (рис. 2, а) и полученная маска микропустот (рис. 2, б). На представленной микрофотографии элементов стабилизатора структуры хорошо контрастируют с фоном, что обеспечивает большую точность определения содержания микропустот, которое составило 12,92±0,3%.

б

а

Рис. 2. Микропустоты пирофосфата натрия SAPP 28: а – микрофотография с увеличением в 100 раз;

б – маска микрофотографии, представленной на рис. (а)

На рисунке 3 приведены микрофотографии пирофосфата натрия SAPP 40 при увеличении в 100, 200 и 500 раз.

а                                             б

в

Рис. 3. Микроструктура пирофосфата натрия SAPP 40 при кратности увеличения: а – 100 раз; б – 200 раз; в – 500 раз

Микроструктура пирофосфата натрия SAPP 40 схожа с той, что наблюдалась у SAPP 28, однако, вследствие большей насыпной плотности фракции SAPP 40 характеризуются более плотным расположением и большей площадью покрытия. Размер частиц составляет 5–90 мкм. Данный стабилизатор структуры высокой насыпной плотности, равной 710 г/дм3.

Результаты анализа компонентного состава пирофосфата натрия SAPP 28 приведены в таблице 2. Сравнительный анализ данных из таблиц 1 и 2 позволяет сделать вывод о том, что пирофосфаты натрия SAPP 40 и SAPP 28 характеризуются практически идентичным компонентным составом с различиями от 0,1 до 0,52%.

Компонентный состав пирофосфата натрия SAPP 40

Таблица 2

Элемент	Относительная масса, %
Углерод	8,21±0,25
Кислород	51,94±1,55
Натрий	18,22±0,54
Фосфор	21,63±0,65

На рисунке 4 приведены результаты определения микропустот у пирофосфата натрия SAPP 40.

Как уже было отмечено, в структуре пирофосфата натрия SAPP 40 наблюдается более плотное расположение элементов, чем в SAPP 28, что было подтверждено результатами гистограммы – содержание микропустот в нем составило 3,26±0,1%.

б

а

Рис. 4. Результаты определения доли микропустот пирофосфата натрия SAPP 40:

а – микрофотография с увеличением в 100 раз; б – маска микрофотографии, представленной на рис. (а)

Из приведенных результатов следует, что в структуре пирофосфата натрия SAPP 28 преобладают частицы кристаллической формы, размер которых составляет 10–100 мкм, а также из более крупных элементов размером свыше 100 мкм. Основными элементами компонентного состава пирофосфата натрия SAPP 28 являются углерод, кислород, натрий и фосфор. Доля микропустот составляет 12,92±0,3%.

Структура пирофосфата натрия SAPP 40 состоит из плотно расположенных мелкодисперсных частиц неправильной формы, размером 5–90 мкм. Компонентный состав пирофосфата натрия SAPP 40 идентичен таковому у SAPP 28, а доля микропустот составляет 3,26±0,1%.

В заключение стоит отметить, что стабилизирующие системы широко применяются в кондитерской промышленности при изготовлении мармеладно-пастильной группы. Они обеспечивают одну из важнейших функций технологического процесса – перевод сложной вязко-текущей системы в гель [3]. Основными задачами при производстве данного вида продукции являются получение стабильного геля, формирование требуемых реологических свойств и придание необходимых органолептических характеристик конечному продукту. Соответствующая организация технологических процессов, позволяющая решить вышеприведенные задачи, возможна лишь на основе знаний о микроструктуре стабилизаторов структуры и их компонентном составе.