ADSORPCJA PARY WODNEJ PRZEZ CIASTKA BISZKOPTOWE WIELOWARSTWOWE

Transkrypt

1 Inżynieria Rolnicza 5(93)/2007 ADSORPCJA PARY WODNEJ PRZEZ CIASTKA BISZKOPTOWE WIELOWARSTWOWE Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Katarzyna Sikora Katedra Inżynierii Żyności i Organizacji Produkcji, Szkoła Głóna Gospodarsta Wiejskiego Warszaie Streszczenie. Celem pracy było zbadanie kinetyki oraz szybkości adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe z uzględnieniem rodzaju ypełnienia oraz jego składu. Badania ykazały, że rodzaj ypełnienia ciastek biszkoptoych ieloarstoych ma pły na ich łaściości sorpcyjne czasie przechoyania, a stopień tego płyu jest uzależniony jest zaróno od składu ypełnienia jak i od aktyności ody środoiska czasie ich przechoyania. Słoa kluczoe: adsorpcja pary odnej, ciastka biszkoptoe Wproadzenie Woda, jako dominujący składnik żyności arunkuje biologiczne, biochemiczne, chemiczne i fizyczne przemiany ielu składnikó. Obniżenie zaartości ody płya na ydłużenie czasu stabilności przechoalniczej żyności [Leicki 2000]. Woda ypełniająca olne przestrzenie badanym materiale jest rónież elementem strukturalnym, stanoiącym jednocześnie jego fazę ciągłą. Przy określonej zaartości ody następuje uplastycznienie yrobu, co ułatia spożyanie i traienie żyności oraz płya na jej smakoitość. W przypadku yrobó piekarskich oda zapenia optymalne arunki do żeloania skrobi oraz denaturacji glutenu podczas pieczenia [Marzec, Leicki 2006; Scanlon, Zghal 2001]. Woda zaadsorboana przez materiał i znajdująca się określonym stadium oddziałyań z adsorbentem yiera pły na trałość żyności. Wpły ten zaznacza się przez hamoanie lub umożliianie przebiegu procesó destabilizujących żyność, jak zmiany bary, konsystencji, postaanie obcych zapachó, posmakó i rozój drobnoustrojó [Leicki 1998]. Potencjalny udział ody procesach destabilizujących żyność, a zatem dostępność ody dla mikroorganizmó i przebiegu reakcji, można określić na podstaie aktyności ody (a), definioanej jako stosunek prężności pary odnej nad roztorem do prężności pary odnej nad czystą odą arunkach stałej temperatury i ciśnienia [Śitka, Sielecki 1990]. Zjaisko sorpcji jest ziązane z przechodzeniem jednego lub ięcej składnikó z jednej fazy do drugiej. W technologii żyności rozpatrujemy to zjaisko aspekcie pary odnej, ponieaż oda oddziałyuje na łaściości żyności płyając na jej jakość. 205

2 Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Katarzyna Sikora Produkty spożycze mają zdolność oddaania ody środoisku suchym lub zdolność pochłaniania ody środoisku ilgotnym. Zjaiska te nazyamy odpoiednio desorpcją lub adsorpcją [Bizot 1983; Leicki 2000; Śitka, Sielecki 1990]. Celem pracy było zbadanie kinetyki oraz szybkości adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe z uzględnieniem rodzaju ypełnienia oraz jego składu. Metodyka badań Materiałem badaczym ykorzystyanym niniejszej pracy były ciastka biszkoptoe ieloarstoe złożone z trzech arst - spodu z ciasta biszkoptoego, ypełnienia postaci galaretki oocoej lub pianki smakoej oraz poley czekoladoej nakładanej jednostronnie (tab. 1). Do badań użyto ciastek pochodzących bezpośrednio z linii produkcyjnej. Do yznaczenia izoterm sorpcji użyto materiału po 14 dniach przechoyania od daty produkcji. Oznaczenie zaartości ody ykonyano metodą suszarkoą g normy PN-84/A Badano zaartość ody całym ciastku, jak i poszczególnych jego arstach: biszkopcie, ypełnieniu (galaretce lub piance) oraz czekoladzie. Tabela 1. Oznaczenia i rodzaj badanych ciastek Table 1. Denotations and type of tested cakes Oznaczenie Rodzaj materiału 1 Ciastka ypełnione galeretką 2 Ciastka ypełnione pianką 3 Ciastka ypełnione galeretką o zaartości ekstraktu 75,4% 4 Ciastka ypełnione galeretką o zaartości ekstraktu 73,4% 7 Ciastka ypełnione galeretką o zaartości pektyny 0,94% 8 Ciastka ypełnione galeretką o zaartości pektyny 0,89% 9 Spód biszkoptoy W przypadku oznaczenia zaartości ody ciastku całym materiał miksoano, następnie suszono z oczyszczonym piaskiem, natomiast spód biszkoptoy, ypełnienie (galaretka i pianka) oraz polea czekoladoa były suszone bez dodatku piasku. Oznaczenie aktyności ody przeproadzano przy użyciu aparatu Rotronic typ Hygroskop DT, temperaturze 25±1 C. Czas ustalenia aktyności ody ynosił 30 min. Mierzono aktyność ody ciastek całych, jak i samych biszkoptó oraz ypełnienia (galaretki i pianki). Badanie ykonyano rónolegle dóch komorach aparatu Rotronic. Pomiar aktyności ody ciastek całych ykonyano dzieląc ciastko na cztery części poprzez przekroje osioe zajemnie prostopadłe. Spód biszkoptoy badano podobnie, cześniej odcinając ypełnienie i poleę czekoladoą. Aktyność ody ypełnienia mierzono oddzielając je od spodu i poley oraz odcinając od góry arstę grubości ok. 2 mm. Aktyność ody poley czekoladoej badano po uprzednim oddzieleniu jej od ypełnienia. Izotermy adsorpcji pary odnej yznaczano metodą statyczno - eksykatoroą. Do tego celu użyto 10 szczelnie zamkniętych eksykatoró zaierających nasycone roztory soli, które zapeniały określoną aktyność ody środoiska od 0 do 0,

3 Adsorpcja pary odnej... Wszystkie oznaczenia przeproadzano dóch potórzeniach. W celu opracoania statystycznego jak i matematycznego uzyskanych ynikó pracy użyto programó komputeroych z pakietu Microsoft - Excel 7.0, Jandel - Table Curve 2D v. 3 oraz StatSoft - Statistica 6.0. Analizę statystyczną ykonano na bazie analizy ariancji na podstaie tablicy sumarycznej ANOVA (StatSoft Polska, 1997). Do matematycznej interpretacji przebiegu izoterm adsorpcji pary odnej zastosoano ybrane rónania: GAB [Bizot, 1983] Osin [1946] Leicki [1998] Leicki&Raoult [2000] u = A B C a ( 1 C a ) [ 1+ ( B 1) C a ] u = 1 1 ln 1 C a e (1) A + B t u = (2) A B C ( 1 a ) 1+ a A (3) B 1 1 u = A 1 (4) a gdzie: A, B, C stałe u zaartość ody, gh 2 O (g s.s. -1 ) a aktyność ody t temperatura, o C Wyniki badań i ich analiza Przebieg krzyych adsorpcji pary odnej zależy od rodzaju badanego materiału. Na rysunku 1 przedstaiono izotermy adsorpcji pary odnej dla ciastek biszkoptoych ieloarstoych ypełnionych galaretką oocoą i pianką oraz dla spodu biszkoptoego. W całym badanym zakresie aktyności ody obecność ypełnienia i jego rodzaj płyają na przebieg procesu adsorpcji pary odnej. Jednocześnie zaobseroano, że najyższe zaartości ody przy stałej jej aktyności uzyskiano ciastkach ypełnionych galaretką oocoą, natomiast najniższe iększości przypadkó dla spodu biszkoptoego. 207

4 Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Katarzyna Sikora Analiza statystyczna całego przebiegu adsorpcji pary odnej ykazała istotny pły zaróno ypełnienia jak i jego rodzaju badanym zakresie aktyności ody. W celu yjaśnienia, który obszar adsorpcji determinuje przebieg procesu podzielono zakres aktyności ody na trzy przedziały: 0-0,328 odpoiadający adsorpcji monoarstie, 0,423-0,648, dla adsorpcji ieloarstoej i 0,753-0,903 dla adsorpcji kapilarnej. Wykazano, że zakresach 0-0,328 i 0,423-0,648 istotny pły na przebieg adsorpcji ma zastosoanie galaretki oocoej jako ypełnienia ciastek, natomiast zakresie ysokich aktyności ody przedziale 0,753-0,903 rodzaj ypełnienia (galaretka lub pianka) nie ma istotnego płyu na przebieg izotermy adsorpcji pary odnej. We szystich analizoanych przedziałach ykazano istotny pły obecności ypełnienia na przebieg procesu adsorpcji pary odnej. 0,4 0,35 Zaartość ody, g H2O/g s.s. 0,3 0,25 0,2 0,15 0, ,05 Rys. 1. Fig ,2 0,4 0,6 0,8 1 Aktyność ody Wpły ypełnienia i jego rodzaju na przebieg izoterm adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe (tab. 1) Effect of fill and its type on pattern of steam sorption isotherms for multi-layer biscuits (tab. 1) W ielu przypadkach badany materiał różni się zaartością penych składnikó, które zmieniają jego strukturę, jak rónież skład płyając na przebieg adsorpcji pary odnej. Na rysunkach 2 i 3 przedstaiono izotermy adsorpcji pary odnej dla ciastek biszkoptoych ieloarstoych ypełnionych galaretką oocoą o różnej zaartości ekstraktu (rys. 2) oraz różnej zaartości pektyny (rys. 3). 208

5 Adsorpcja pary odnej... 0,4 0,35 Zaartość ody, g H2O/g s.s. 0,3 0,25 0,2 0,15 0, , ,2 0,4 0,6 0,8 1 Aktyność ody Rys. 2. Fig. 2. Wpły zaartości ekstraktu galaretce oocoej na przebieg izoterm adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe (tab. 1) Effect of content of extract in fruit jelly on pattern of steam sorption isotherms for multilayer biscuits (tab. 1) 0,4 0,35 Zaartość ody, g H2O/g s.s. 0,3 0,25 0,2 0,15 0, , ,2 0,4 0,6 0,8 1 Aktyność ody Rys. 3. Fig. 3. Wpły zaartości pektyny galaretce oocoej na przebieg izoterm adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe (tab. 1) Effect of content of pectin in fruit jelly on pattern of steam sorption isotherms for multilayer biscuits (tab. 1) 209

6 Monika Janoicz, Andrzej Lenart, Katarzyna Sikora Analiza płyu zaartości ekstraktu na przebieg izoterm adsorpcji pary odnej ykazała, że yższa zaartość ekstraktu sprzyja uzyskianiu danych arunkach aktyności ody środoiska niższych zaartości ody badanym materiale całym zakresie a. Można ięć przypuszczać, że odpoiednio dobrany poziom zaartości ekstraktu mógłby obok innych czynnikó chronić badany materiał podczas przechoyania. Wybrano cztery rónania do interpretacji matematyczej i do opisu przebiegu izoterm adsorpcji pary odnej dla badanych ciastek biszkoptoych ieloarstoych (rys. 1, 2 i 3). W tabeli 2 przedstaiono spółczynniki dopasoania (RMS) niniejszych rónań oraz spółczynniki determinacji (R 2 ). Stierdzono, że zajisko adsorpcji pary odnej badanych materiałó najlepiej opisuje rónanie GAB ze zględu na ysoki spółczynnik dopasoania RMS granicach 7,5-17,8% oraz ysoki spółczynnik determinacji dla szystkich badanych przypadkó. Tabela 2. Współczynniki dopasoania I determinacji (tab. 1) Table 2. Matching and correlation factors (tab. 1) RMS GAB 8,34 13,27 10,24 9,88 16,49 17,80 7,54 Osin 17,23 16,87 30,20 17,41 19,87 16,33 9,85 Leicki 9,28 12,67 10,42 10,49 15,44 16,87 8,47 Leicki ,23 16,96 18,40 17,41 19,87 16,33 9,85 R 2 GAB 0,990 0,987 0,989 0,988 0,976 0,974 0,991 Osin 0,980 0,999 0,982 0,980 0,972 0,968 0,987 Leicki 0,987 0,984 0,987 0,985 0,974 0,967 0,987 Leicki ,980 0,983 0,982 0,980 0,972 0,968 0,987 Wnioski 1. Rodzaj ypełnienia ciastkach biszkoptoych ieloarstoych ma najiększy pły na ich łaściości sorpcyjne czasie przechoyania. Zmiana zaartości ekstraktu ypełnienia (galaretki oocoej) ma znacznie mniejszy pły na łaściości sorpcyjne badanych ciastek biszkoptoych. Natomiast nie ykazano płyu zmiany stężenia pektyny. 2. Stopień płyu rodzaju ypełnienia, zaartości ekstraktu i pektyny galaretce oocoej na łaściości sorpcyjne ciastek biszkoptoych ieloarstoych jest uzależniony od aktyności ody środoiska czasie ich przechoyania. 3. Otrzymane izotermy adsorpcji pary odnej przez ciastka biszkoptoe ieloarstoe z najiększym stopniem dopasoania, opisuje rónanie GAB. 210

7 Adsorpcja pary odnej... Bibliografia Bizot H Using the GAB model to construct sorption isotherms. in: Physical Properties of Foods (eds. R. Joitt, F. Escher, B. Hällstrom, H.F.T. Meffert, W.E.L. Spiess, G. Vos). Applied Sci. Publ., London, s Leicki, P. P A three parameter equation for food moisture sorption isotherms, Journal of Food Process Engineering, 21. s Leicki, P. P Raoult s la based food ater sorption isotherm, Journal of Food Process Engineering, 43. s Marzec A., Leicki P.P Antiplasticization of cereal-based products by ater. Part I. Extruded flat bread. Journal of Food Process Engineering, 73. s Osin, C. R The kinetics of package life. III. The isotherm. Journal of the Society of Chemical Industry, 65. s Scanlon M.G., Zghal M.C Bread properties and crumb structure. Food Research International 34. s Śitka J., Sielecki Z Wpły aktyności ody na zmiany jakości i trałości ekstrudoanych produktó kukurydzianych. II Ogólnopolskie Seminarium, Właściości ody produktacj spożyczych. Wydanicto SGGW. Warszaa. s WATER VAPOUR ADSORPTION BY MULTI-LAYER BISCUITS Summary. The purpose of the ork as testing the kinetics and ater vapour adsorption rate for multilayer biscuits considering the type of fill and its composition. The tests demonstrated that type of multilayer biscuit fill had effect on buiscit sorptive properties during storage, and degree of this effect depends both from fill composition and ater activity of the environment during storage. Key ords: ater vapour adsorption, multi-layer biscuits Adres do korespondencji: Monika Janoicz; monika_janoicz@sgg.pl Katedra Inżynierii Żyności i Organizacji Produkcji Szkoła Głóna Gospodarsta Wiejskiego Warszaie ul. Nooursynoska 159C Warszaa 211