BADANIE JAKOCI KRAKERSÓW METOD EMISJI AKUSTYCZNEJ

Transkrypt

1 YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 2006, 1 (46) Supl., AGATA MARZEC, PIOTR P. LEWICKI, EWA JAKUBCZYK BADANIE JAKOCI KRAKERSÓW METOD EMISJI AKUSTYCZNEJ S t r e s z c z e n i e Celem pracy było wyznaczenie parametru akustycznego opisujcego zmiany jakoci krakersów w funkcji aktywnoci wody (a w ). Zakres pracy obejmował analiz takich deskryptorów akustycznych, które mona by zastosowa do opisu utraty kruchoci w wyniku sorpcji wody przez krakersy. Wykazano, e wzrastajca aktywno wody istotnie wpływa na zmian jakoci krakersów, przejawiajc si stopniowym zanikiem emisji akustycznej. Liczba zdarze emisji akustycznej i współczynnik kruchoci malej ze wzrostem aktywnoci wody w krakersach, ale w zakresie a w od 0,2 do 0,4 zmiany te nie s statystycznie istotne. Liczba zdarze i współczynnik kruchoci mog słuy do wyznaczenia zmian jakoci krakersów. Osignicie przez nie a w około 0,5 powoduje utrat kruchoci, o czym wiadczy krytyczna aktywno wody wyznaczona z równania Fermiego. Słowa kluczowe: krakersy, emisja akustyczna, krucho, aktywno wody (a w ), właciwoci mechaniczne Wprowadzenie Jedn z głównych cech wiadczcych o dobrej jakoci krakersów jest ich krucho i chrupko. Cechy te mona kontrolowa metodami akustycznymi przez pomiar dwiku generowanego w procesie kruszenia produktów spoywczych. Głównym powodem utraty kruchoci jest wzrost zawartoci wody w produktach zboowych, jako rezultat jej sorpcji z otoczenia lub transportu wewntrz produktu. Badania wpływu aktywnoci wody na sensoryczn ocen tekstury krakersów wykazały, e decydujce znaczenie maj wyróniki akustyczne. W odrónieniu od wyróników kinestetycznych s one wysoko skorelowane z jakoci ogóln krakersów [1]. Dwik emitowany przez pieczywo chrupkie jest bardzo czułym wskanikiem jakoci tekstury, a niekorzystny wpływ wody objawia si mał intensywnoci dwiku [4]. Wikszo opisanych deskryptorów emisji akustycznej stosowanych do oceny produktów spoywczych to poziom lub głono dwiku, energia dwiku i liczba pików. Mniej uwagi powicono analizie czstotliwoci widma emitowanego dwiku [3]. Dr in. A. Marzec, prof. dr hab. Piotr P. Lewicki, dr in. E. Jakubczyk, Katedra Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji, Wydział Technologii ywnoci, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, ul. Nowoursynowska 159 C, Warszawa, agata_marzec@sggw.pl

2 68 Agata Marzec, Piotr P. Lewicki, Ewa Jakubczyk Celem pracy było wyznaczenie deskryptora akustycznego opisujcego zmiany kruchoci krakersów w funkcji aktywnoci wody. Materiał i metody bada Materiałem badawczym były krakersy Lajkonik. Ciastka były przechowywane w eksykatorach o wilgotnoci wzgldnej powietrza od 0 do 70% w celu uzyskania rónej aktywnoci wody w materiale. We wszystkich badanych próbkach oznaczano zawarto wody wg PN [6] i aktywno wody (a w ) za pomoc higrometru Hygroskop DT 2 firmy Rotronic. Krakersy po osigniciu stanu równowagi z otoczeniem były łamane w maszynie wytrzymałociowej Zwick 1445 z prdkoci 1 mm/s [2]. Emisj akustyczn (EA) rejestrowano akcelerometrem piezoelektrycznym typu 4381 firmy Brüel&Kjer. Sygnał z akcelerometru był wzmacniany 40 db i podawany na wejcie mikrofonowe karty dwikowej Delta 44 pracujcej z czstotliwoci próbkowania 44,1 khz. Dwik analizowano w zakresie czstotliwoci od 1 do 15 khz. Na podstawie wykresów amplitudowo-czasowych wyznaczano energi zarejestrowanego sygnału akustycznego, liczb zdarze emisji akustycznej oraz współczynnik nachylenia charakterystyki widmowej, który jest ilorazem energii sygnału emisji akustycznej w pamie wysokich czstotliwoci oraz energii sygnału w pamie niskich czstotliwoci [5]. Współczynnik kruchoci wyznaczano jako iloraz liczby zdarze emisji akustycznej do pracy łamania krakersów. Zmiany deskryptorów akustycznych i współczynnika chrupkoci w funkcji a w opisano równaniem Fermiego [7]. Badania wykonano w 10 powtórzeniach. Deskryptory EA wyznaczano w odniesieniu do 4-sekundowych zapisów dwiku. W celu okrelenia czy uzyskane wartoci parametrów reprezentuj badan prób, czy róni si istotnie, przeprowadzono wnioskowanie statystyczne na podstawie jednoczynnikowej analizy wariancji z powtórzeniami przy poziomie istotnoci α = 0,05. Wyniki i dyskusja Energia akustyczna badanych krakersów nie zmieniała si do aktywnoci wody 0,41, dalsza sorpcja wody powodowała spadek intensywnoci dwiku (rys. 1). Liczba zdarze emisji akustycznej malała ze wzrostem a w (rys. 2). Przyczyn tego jest zrónicowany rozkład napre w produktach suchych i wilgotnych [2]. Wykazano, e krucho krakersów malała wraz ze zwikszaniem si w nich zawartoci wody, jednak w przedziale a w od 0,20 do około 0,41 rónice były statystycznie nieistotne (rys. 3). Podobne prawidłowoci zaobserwowano w badaniach sensorycznych krakersów metod ilociowej analizy opisowej w funkcji aktywnoci wody [1].

3 BADANIE JAKOCI KRAKERSÓW METOD EMISJI AKUSTYCZNEJ Liczba zdarze EA/s Acoustic emission events/s Aktywno wody Water activity Rys. 1. Wpływ aktywnoci wody na energi sygnału emisji akustycznej krakersów. Fig.1. Effect of water activity on the acoustic emission signal energy of crackers. Rys. 2. Wpływ aktywnoci wody na liczb zdarze emisji akustycznej krakersów. Fig. 2. Effect of water activity on the number of acoustic emission events of crackers. 100 Współczynnik kruchoci [L. zd./j 10 3 ] Crispness index [number events AE/J 10 3 ] Aktywno wody Water activity Rys. 3. Wpływ aktywnoci wody na współczynnik kruchoci krakersów. Fig. 3. Effect of water activity on the crispness index of crackers. Rys. 4. Wpływ aktywnoci wody na współczynnik nachylenia charakterystyki widmowej krakersów. Fig. 4. Effect of water activity on the partition power spectrum slope of crackers. Analizowano urednion charakterystyk widmow zarejestrowanych sygnałów. Widma akustyczne badanych ciastek cechowały si wystpowaniem dwóch

4 70 Agata Marzec, Piotr P. Lewicki, Ewa Jakubczyk charakterystycznych pasm czstotliwoci 2-3 khz i 14 khz o zwikszonej gstoci sygnału. W zwizku z tym obliczono bezwymiarowy współczynnik nachylenia charakterystyki widmowej. Jego warto do a w = 0,30 rosła, a nastpnie powyej tej aktywnoci wody malała (rys. 4). Oznacza to, e w krakersach o niskiej aktywnoci wody wystpowała generacja i propagacja dwików o niskiej czstotliwoci. Zmiany powyszych parametrów w funkcji a w zostały opisane równaniem Fermiego. Równanie to słuy do wyznaczenia krytycznej a w, powyej której wystpuje zmiana jakoci wywołana zwikszeniem zawartoci wody w produkcie. Wykazano, e utrata kruchoci krakersów wyraała si stopniowym zanikiem emisji akustycznej, a krytyczna aktywno wody wynosiła 0,47 w przypadku analizy liczby zdarze, współczynnika kruchoci i współczynnika nachylenia charakterystyki widmowej, za przy energii sygnału a wc = 0,52. Wyznaczona krytyczna aktywno wody deskryptorów akustycznych krakersów była zbliona do tej, przy której Lewicki i wsp. [2] odnotowali zmian mechanizmu niszczenia. Pogorszenie jakoci tekstury krakersów badanych sensorycznie obserwowano przy a w = 0,52 [1]. Sporód analizowanych deskryptorów dwiku liczba zdarze emisji akustycznej i współczynnik kruchoci mog by, zdaniem autorów, stosowane do oceny jakoci krakersów. T a b e l a 1 Parametry równania Fermiego zastosowanego do opisu wpływu aktywnoci wody na jako krakersów (0,20<a w <0,61). Coefficients in the Fermi equation applied to describe the effect of water activity on the quality of crackers (0,20<a w <0,61). Deskryptory opisujce jako krakersów Acoustic descriptors describing the quality of crackers Energia akustyczna sygnału Acoustic emission signal energy Liczba zdarze EA Number of acoustic events Współczynnik kruchoci Crispness index Współczynnik nachylenia charakterystyki widmowej Partition power spectrum slope a wc Y b r 2 0,52 225,75 0,050 0,985 0,48 54,65 0,044 0,996 0,47 38,69 0,049 0,991 0,47 0,02 0,039 0,979

5 BADANIE JAKOCI KRAKERSÓW METOD EMISJI AKUSTYCZNEJ 71 Wnioski 1. Wzrastajca aktywno wody statystycznie istotnie wpływa na zmiany jakoci krakersów, wyraajce si stopniowym zanikiem emisji akustycznej. 2. Liczba zdarze emisji akustycznej i współczynnik kruchoci malej ze wzrostem aktywnoci wody w krakersach i mog słuy do wyznaczania zmian ich jakoci. 3. W zakresie aktywnoci wody od 0,2 do 0,4 krakersy pozostaj kruche, a osignicie przez nie a w około 0,5 powoduje utrat kruchoci, o czym wiadczy krytyczna aktywno wody wyznaczona z równania Fermiego. Praca naukowa finansowana ze rodków KBN w latach (3 P06T ) Literatura [1] Gondek E., Marzec A.: Wpływ aktywnoci wody na sensoryczn ocen tekstury i jako ogóln krakersów. Inynieria Rolnicza (praca przyjta do druku), Kraków [2] Lewicki P.P., Jakubczyk E., Marzec A., Cabral M. C.C., Periera P. M.: Wpływ aktywnoci wody na właciwoci mechaniczne suchych produktów zboowych. Acta Agrophysica, 2004, 2 (4), [3] Luyten H. Plijter J.J., Van Vliet T.: Crispy/crunchy crusts of cellular solid foods: a literature review with discussion. J. Texture Studies, 2004, 35, [4] Marzec A.: Wpływ aktywnoci wody na właciwoci mechaniczne i akustyczne pieczywa chrupkiego Praca doktorska. Katedra Inynierii ywnoci i Organizacji Produkcji. SGGW. Warszawa [5] Marzec A., Lewicki P.P., Ranachowski Z., Dbowski T.: The influence of moisture content on spectral characteristic of acoustic signals emitted by flat bread samples. Proceedings of the AMAS Course on Non-destructive Testing of Materials and Structures. (eds. J. Deputat, Z. Ranachowski) Centre of Excellence for Advanced Materials and Structures. Warszawa 2002, pp [6] PN-84/A Wyroby cukiernicze trwałe. Oznaczanie zawartoci suchej masy. [7] Tesch R., Normand M., Peleg M.: Comparison of the acoustic and mechanical signatures of two cellular crunchy cereal foods at various water activity levels. J. Sci. F. Agr., 1996, 70, CRACKER QUALITY ASSESSMENT USING AN ACOUSTIC EMISSION METHOD S u m m a r y The objective of this paper was to determine an acoustic parameter describing quality changes in crackers as a function of water activity (a w ). The scope of the study comprised the analysis of acoustic descriptors, which could be applied to describe losses of crispness owing to water sorption by crackers. It was found that the increasing water activity significantly influenced a change in the quality of crackers manifested by the gradual fading of the acoustic emission. The number of acoustic events and the crispness index decreased with the increasing water activity in crackers, however, as for a w in the range from 0.2 to 0.4, those changes were not statistically significant. The number of events and the crispness index can be used to determine changes in the quality of crackers. With a w reaching a level of about 0.5,

6 72 Agata Marzec, Piotr P. Lewicki, Ewa Jakubczyk losses in the crispness were produced, and it was evidenced by the critical water activity determined using a Fermi equation. Key words: acoustic emission, crackers, crispy, water activity (a w ), mechanical properties