ZESZYTY PROBLEMOWE POSTĘPÓW NAUK ROLNICZYCH 2012 z. 570: 45 52 OKREŚLENIE ZALEŻNOŚCI MIĘDZY WYBRANYMI WŁAŚCIWOŚCIAMI FIZYKOCHEMICZNYMI ZIEMNIAKÓW I TEKSTURĄ CZIPSÓW ZIEMNIACZANYCH Grażyna Gozdecka, Joanna Kaniewska, Marek Isbrandt, Karolina Bandyszewska Katedra Technologii i Aparatury Przemysłu Chemicznego i Spożywczego Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Wstęp Czipsy ziemniaczane w wielu krajach są jednym z najpopularniejszych smażonych produktów przekąskowych. Oprócz odpowiedniej barwy, zapachu i smaku [GRUDZIŃSKA i ZGÓRSKA 2008; SALVADOR i in. 2009; MOZOLEWSKI i in. 2011], najistotniejsza jest ich charakterystyczna krucha tekstura [KITA 2006; WÓJTOWICZ i BAŁTYN 2006; GONDEK i MARZEC 2009; ABONG i in. 2011]. Na jakość czipsów wpływa wiele czynników, m.in. dobór parametrów procesu technologicznego, rodzaj tłuszczu smażalniczego, a przede wszystkim zastosowany surowiec [LISIŃSKA 1981; KITA i LISIŃSKA 2004; KITA 2006]. Dobór odmian ziemniaków w zależności od celu ich przetwórstwa stanowi podstawę otrzymania wysokiej jakości produktu. Odmiany przeznaczone na czipsy powinny charakteryzować się małą zdolnością przemian cukrów w czasie przechowywania, odpowiednią zawartością suchej masy, skrobi, cukrów redukujących oraz małą zdolnością do ciemnienia enzymatycznego surowych bulw [LISIŃSKA 1981; MENDOZA i in. 2007]. O teksturze czipsów w dużej mierze decyduje zawartość skrobi w bulwach, a w mniejszym stopniu pozostałe składniki suchej masy [SEGNINI i in. 1999; KITA 2002]. Zawartość skrobi powinna wynosić od 16 do 21%, a dla odmian wczesnych przynajmniej 12%. Przy większej zawartości produkt jest zbyt twardy, przy mniejszej zbyt tłusty i mało chrupki [LISIŃSKA 1981]. Tekstura dla materiałów kruchych jest wyróżnikiem krytycznym i do jej oceny przywiązuje się dużą wagę [ROJO i VINCENT 1999; WILKINSON i in. 2000; SURMACKA-SZCZESNIAK 2002; JAKUBCZYK i MARZEC 2006; GONDEK i MARZEC 2009]. Metody sensoryczne uwzględniają wszystkie składowe tej cechy, jednak ich stosowanie sprawia trudności z uwagi na czasochłonność, wysokie wymagania wobec panelu oceniającego oraz niejednoznaczność definicji poszczególnych parametrów [SURMACKA-SZCZESNIAK 2002; LUYTEN i in. 2004; GON- DEK i MARZEC 2009]. Ze względu na wymienione problemy często przeprowadza sie ocenę organoleptyczną, która jako metoda subiektywna nie daje powtarzalnych wyników. Metody instrumentalne, w których mieszczą się testy mechaniczne, są szybsze, tańsze i nie wymagają wysoko wykwalifikowanego personelu. Wiąże się
46 G. Gozdecka i in. to z podejmowaniem badań mających na celu zarówno próby opracowania metody badania materiałów kruchych, jak i poszukiwania związków między sensorycznymi oraz mechanicznymi wyróżnikami tekstury [ROUDAUT i in. 2002; MARZEC 2008; GONDEK i MARZEC 2009; PANASIEWICZ 2010]. W pracy podjęto próbę określenia związku pomiędzy wybranymi właściwościami fizykochemicznymi ziemniaków, jakością organoleptyczną i właściwościami mechanicznymi czipsów ziemniaczanych. Materiały i metody Czipsy do badań otrzymano z trzech odmian ziemniaków: VR 808 (KWS Polska), Legenda oraz Inwestor (Pomorsko-Mazurska Hodowla Ziemniaka Sp. z o.o. z siedzibą w Strzekęcinie). Pierwsza z nich została wpisana do rejestru odmian na początku 2012 roku. Jest to odmiana holenderska, średniowczesna, jadalna, typ kulinarny BC. Odmiana Legenda jest odmianą polską, także średniowczesną i jadalną, typ kulinarny BC-C, w rejestrze odmian od 2010 roku. Wymienione odmiany nadają się do produkcji czipsów [CHOTKOWSKI i STYPA 2010; Przewodnik po odmianach... 2012]. Inwestor to odmiana polska, późna, skrobiowa, typ kulinarny C (od 2005 roku w rejestrze). W opracowaniu CHOTKOWSKIEGO i STYPY [2010] odmiana Inwestor scharakteryzowana jest jako przydatna do produkcji suszów spożywczych, jednak WRÓBEL [2006] podaje, że nadaje się również do przetwórstwa na frytki i czipsy. Ziemniaki myto i obierano ręcznie, następnie krojono na plasterki o grubości około 1,8 2,0 mm za pomocą elektrycznej szatkownicy. Otrzymane plasterki przemywano w zimnej wodzie i osuszano powierzchniowo. Następnie smażono w oleju rzepakowym o temperaturze około 180 C, przez 5 minut, w stosunku 1 : 30. Czipsy odsączano z nadmiaru tłuszczu i bezpośrednio przeznaczano do badań. W ziemniakach oznaczono suchą masę (metodą suszarkową), zawartość skrobi (metodą polarymetryczną), zawartość cukrów redukujących (metodą Schoorla- /Luffa) [KREŁOWSKA-KUŁAS 1993]. Właściwości teksturalne czipsów oceniano instrumentalnie metodą mechaniczną oraz organoleptycznie. Badania właściwości mechanicznych czipsów wykonano przy użyciu maszyny wytrzymałościowej Zwick/Roell Z 0.5 z wykorzystaniem komory Kramera. Badanie przeprowadzono w warstwie wysokości 3,5 cm. Prędkość badania wynosiła 50 mm min 1. Próby przeprowadzano do momentu osiągnięcia 50% odkształcenia badanej warstwy czipsów. Wyznaczono maksymalną siłę (F max ), która charakteryzuje twardość materiału badanego, siłę pierwszego pęknięcia kruchość materiału (F k ) oraz pracę (W). Badania wykonywano w dziesięciu powtórzeniach. Ocenę organoleptyczną otrzymanych czipsów przeprowadzono na podstawie PN-A-74780:1996 w skali 5-punktowej. Ocenę przeprowadził zespół składający się z 20 osób, w którego skład wchodziło 10 kobiet i 10 mężczyzn, bez wcześniejszego doświadczenia w tego typu badaniach. Osoby te przed rozpoczęciem oceny zostały przeszkolone w zakresie sposobu jej przeprowadzenia. Oceniane czipsy zostały oznaczone literami A, B, C, tak by oceniający nie wiedzieli, z jakiej odmiany ziemniaków zostały otrzymane.w czipsach oznaczono również zawartość tłuszczu (metodą Soxhleta).
OKREŚLENIE ZALEŻNOŚCI MIĘDZY WYBRANYMI WŁAŚCIWOŚCIAMI... 47 Analizę statystyczną uzyskanych wyników przeprowadzono z wykorzystaniem programu STATISTICA 6.0. Do określenia zależności między zmiennymi zastosowano analizę korelacji liniowej (r). Wyniki badań i dyskusja Odmiany ziemniaka różniły się istotnie statystycznie pod względem zawartości suchej masy, zawartości skrobi i cukrów redukujących (tab. 1). Największą zawartością suchej masy i skrobi charakteryzowała się odmiana skrobiowa Inwestor. Najmniejszą zawartość skrobi i cukrów redukujących posiadała odmiana holenderska VR 808. Odmiana Legenda charakteryzowała się największą zawartością cukrów redukujących (powyżej 0,25%). Skład chemiczny bulw ziemniaka The chemical composition of potato tubers Tabela 1; Table 1 Odmiana Cultivar VR 808 Legenda Inwestor Sucha masa Dry matter (%) 25,18 b ±0,59 (2,34) 22,53 a ±0,42 (1,86) 27,34 c ±0,73 (2,69) Skrobia Starch (%) 13,76 a ±0,19 (1,35) 16,08 b ±0,75 (4,64) 20,77 c ±0,68 (3,27) Cukry redukujące Reducing sugars (%) 0,034 a ±0,005 (14,49) 0,26 c ±0,009 (3,24) 0,12 b ±0,012 (10,08) Wartości średnie w kolumnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie istotnie przy p < 0,05; mean values with the same letters in column are not significantly different at p < 0,05. W nawiasach podano wartości współczynnika zmienności; values in parantheses are coefficients of variation (%). Czipsy dobrej jakości nie powinny zawierać więcej niż 40% tłuszczu [WÓJ- CIK-STOPCZYŃSKA i GRZESZCZUK 2003]. Czipsy z odmiany Legenda charakteryzowały się mniejszą zawartością tłuszczu (około 34%), a z odmian VR 808 i Inwestor jeszcze mniejszą (około 30%). Wartości sił maksymalnych (F max ) badanych czipsów, uzyskane podczas testu w komorze Kramera, w przeciwieństwie do sił pierwszego pęknięcia (F k ), różniły się istotnie między sobą (tab. 2). W niektórych doniesieniach autorzy, analizując wartości siły maksymalnej w różnych testach przeprowadzanych za pomocą różnych urządzeń, potwierdzają wpływ odmiany ziemniaka na teksturę czipsów [KITA 2002; ABONG i in. 2011] Największą twardością (F max = 23,54 N) charakteryzowały się czipsy z odmiany Inwestor, a najmniejszą z odmiany VR 808 (15,26 N). Wysokie współczynniki zmienności siły pierwszego pęknięcia (F k ) wskazują na małą powtarzalność oznaczania tego parametru zastosowaną metodą. Tylko czipsy z odmian VR 808 i Legenda różnią się istotnie wartościami pracy ściskania (W). Wyniki oceny organoleptycznej zamieszczono w tabeli 3. Oceniający na podobnym poziomie ocenili kształt i wielkość oraz zapach wszystkich badanych czipsów. Najwyżej oceniono barwę czipsów z odmiany VR 808 (4,40). Istotnie niższe noty za barwę uzyskały czipsy z odmiany Legenda i Inwestor.
48 G. Gozdecka i in. Czipsy Chips VR 808 Legenda Inwestor Właściwości mechaniczne czipsów badanych w warstwie Mechanical properties of potato chips tested in multi-layer F max (N) 15,26 a ±2,26 (14,81) 19,01 b ±2,23 (11,71) 23,54 c ±3,21 (13,62) F k (N) 6,89 a ±2,50 (36,30) 7,18 a ±1,92 (26,73) 7,74 a ±0,89 (11,49) Tabela 2; Table 2 W (mj) 68,46 a ±21,97 (32,09) 104,10 b ±18,36 (17,64) 84,58 ab ±16,53 (19,54) Wartości średnie w kolumnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie istotnie przy p < 0,05; mean values with the same letters in column are not significantly different at p < 0,05. W nawiasach podano wartości współczynnika zmienności; values in parantheses are coefficients of variation (%). Czipsy Chips VR 808 Legenda Inwestor Kształt i wielkość Shape and size 4,40a ±0,60 (13,60) 4,05a ±0,60 (14,93) 4,05a ±0,60 (14,43) Ocena właściwości organoleptycznych czipsów (skala 5-punktowa, gdzie: 1 złe, 5 bardzo dobre) Assessment of potato chips organoleptic properties (5-point scale, where 1 bad, 5 very good) Barwa Colour 4,65b ±0,67 (14,43) 3,0a ±0,80 (26,49) 2,90a ±0,91 (31,45) Zapach Smell 4,15a ±0,59 (14,15) 3,90a ±0,64 (16,43) 3,70a ±0,73 (19,80) Smak Taste 4,45b ±0,60 (13,59) 3,75ab ±1,21 (32,23) 3,50a ±1,32 (37,65) Tekstura Texture 4,65b ±0,49 (10,52) 4,45b ±0,60 (13,59) 3,65a ±0,99 (27,10) Tabela 3; Table 3 Ocena ogólna General quality 4,46b ±0,31 (6,99) 3,83a ±0,47 (12,25) 3,56a ±0,58 (16,36) Wartości średnie w kolumnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się statystycznie istotnie przy p < 0,05; mean values with the same letters in column are not significantly different at p < 0,05. W nawiasach podano wartości współczynnika zmienności; values in parantheses are coefficients of variation (%). Podobnie jak barwę wysoko oceniono smak czipsów z odmiany VR 808 i nieco niżej z odmiany Legenda. Istotne różnice stwierdzono tylko pomiędzy smakiem czipsów z odmiany VR 808 i Inwestor. Na podobnym poziomie oceniono konsystencję czipsów z odmian VR 808 i Legenda, odpowiednio 4,65 i 4,45. Istotnie statystycznie niższą notę uzyskały czipsy z odmiany Inwestor (3,65). Najwyższą ocenę końcową uzyskały czipsy odmiany VR 808 (4,46) i była to różnica statystycznie istotna w porównaniu z ocenami uzyskanymi przez czipsy z pozostałych dwóch odmian (tab. 3). Zależności między wybranymi cechami określono, biorąc pod uwagę całą badaną populację, i przedstawiono je w tabeli 4. Stwierdzono istotną statystycznie ujemną korelację liniową (r = 0,53) pomiędzy zawartością cukrów redukujących
OKREŚLENIE ZALEŻNOŚCI MIĘDZY WYBRANYMI WŁAŚCIWOŚCIAMI... 49 a barwą. Potwierdza to wyniki przeprowadzonych badań przez innych autorów [LISIŃSKA 1981; MOZOLEWSKI 2003; GRUDZIŃSKA i ZGÓRSKA 2008]. Na podstawie analizy danych stwierdzono istotną statystycznie, ujemną korelację pomiędzy zawartością suchej masy i skrobi w bulwach ziemniaka a ocenianą organoleptycznie teksturą czipsów (tab. 4). Związek pomiędzy tymi cechami wykazała m.in. KITA [2006] i SEGNINI i in. [1999]. Tabela 4; Table 4 Współczynniki korelacji liniowej (r) pomiędzy wybranymi cechami badanych prób czipsów Linear correlation coefficient (r) between choosing properties for all of the tested samples Właściwości mechaniczne i cechy organoleptyczne Mechanical and organoleptical properties Sucha masa Dry matter Skrobia Starch Cukry redukujące Reducing sugars Tłuszcz Fat Tekstura Texture Ocena ogólna General quality F max 0,31 0,80* 0,04 0,77* 0,81* W 0,43 0,19 0,57* 0,09 0,33 Barwa Colour Tekstura Texture Ocena ogólna General quality 0,53* 0,26 0,75* 0,37* 0,52* 0,22 0,70* 0,15 0,58* 0,08 * Współczynnik korelacji istotny statystycznie; statistically significant correlation coefficient. Analizując wpływ składu chemicznego bulw ziemniaka na badane właściwości mechaniczne czipsów, stwierdzono istotną dodatnią korelację (0,80) pomiędzy zawartością skrobi a siłą maksymalną (F max ) oraz zawartością tłuszczu w czipsach a pracą (W) 0,57. Nie stwierdzono natomiast istotnej korelacji pomiędzy suchą masą a badanymi właściwościami mechanicznymi. Najwyżej oceniono czipsy, które w badaniu instrumentalnym uzyskiwały małe wartości siły maksymalnej, co potwierdza analiza korelacji. Wykazała ona, że spośród badanych cech mechanicznych tylko F max koreluje istotnie z konsystencją ocenianą organoleptycznie. Jest to ujemna korelacja (r = 0,77). Podobnie wysoka ujemna korelacja pojawia się między F max a oceną ogólną czipsów (r = 0,81). W tabeli 4 nie umieszczono parametru F k, ponieważ obliczone dla niego korelacje były nieistotne statystycznie. Wnioski 1. Spośród badanych właściwości mechanicznych tylko wartości siły maksymalnej różnicują istotnie czipsy z badanych odmian. 2. Nie stwierdzono istotnych różnic wartości wyznaczonej siły pierwszego pęknięcia (F k ) pomiędzy badanymi czipsami, a wysokie współczynniki zmienności powodują, że parametr ten nie jest miarodajny.
50 G. Gozdecka i in. 3. Stwierdzono istotną ujemną korelację między zawartością cukrów redukujących w bulwach ziemniaka (r = 0,53) a ich barwą ocenianą organoleptycznie. 4. Oceniana organoleptycznie tekstura czipsów jest istonie ujemnie skorelowana z zawartością suchej masy i skrobi w bulwach ziemniaka. 5. Siła maksymalna uzyskana proponowaną metodą instrumentalną jest istotnie skorelowana z teksturą (r = 0,77) i oceną ogólną (r = 0,81) czipsów ziemniaczanych. Literatura ABONG G.O., OKOTH M.W., IMUNGI J.S., KABIRA J.N. 2011. Effect of slice Thickness and Frying Temperature on Color, Texture and Sensory Properties of Crisps made from Four Kenyan Potato Cultivars. Am. J. Food Technol. 6 (9): 753 762. CHOTKOWSKI J., STYPA I. 2010. Odmiany ziemniaków. Charakterystyka tabelaryczna. Zakład Nasiennictwa i Ochrony Ziemniaka IHAR, Bonin (www.ihar.edu.pl/ing/ 8aa32249.pdf). GONDEK E., MARZEC A. 2009. Właściwości akustyczne i mechaniczne czipsów ziemniaczanych. Inż. Rolnicza 2 (111): 43 48. GRUDZIŃSKA M., ZGÓRSKA K. 2008. Wpływ zawartości cukrów w bulwach ziemniaka na barwę czipsów. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 5 (60): 107 115. JAKUBCZYK E., MARZEC A. 2006. Właściwości mechaniczne chrupkich/kruchych ciastek. Inż. Rolnicza 3: 31 38. KITA A. 2002. The influence of potato chemical composition on crisp texture. Food Chemistry 76: 173 179. KITA A. 2006. Wpływ wybranych parametrów technologicznych na jakość smażonych produktów przekąskowych. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu 537. KITA A., LISIŃSKA G. 2004. Wpływ rodzaju tłuszczu smażalniczego na właściwości sensoryczne czipsów ziemniaczanych podczas przechowywania. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 1 (38): 55 64. KREŁOWSKA-KUŁAS M. 1993. Badanie jakości produktów spożywczych. Państwowe Wydawnictwo Ekonomiczne, Warszawa. LISIŃSKA G. 1981. Wpływ różnych czynników na skład chemiczny bulw ziemniaka i jakość otrzymywanych z nich czipsów. Zeszyty Naukowe AR we Wrocławiu, Rozprawy 31. LUYTEN H., PLIJTER J.J., VAN VLIET T. 2004. Crispy/crunchy crusts of cellular solid foods: a literature review with discussion. Journal of Texture Studies. 35: 445 492. MARZEC A. 2008. Tekstura żywności. Część I Wybrane metody instrumentalne. Przemysł Spożywczy 2: 12 15. MENDOZA F., DEJMEK P., AGUILERA J.M. 2007. Colour and image texture analysis in classification of commercial potato chips. Food Research International 40: 1146 1154.
OKREŚLENIE ZALEŻNOŚCI MIĘDZY WYBRANYMI WŁAŚCIWOŚCIAMI... 51 MOZOLEWSKI W. 2003. Badanie związków między jakością odmian ziemniaka a jakością czipsów i frytek. Rozprawa habilitacyjna. Wydawnictwo UWM, Olsztyn. MOZOLEWSKI W., WIECZOREK J., POMIANOWSKI J.F. 2011. Badania jakości czipsów solonych. Inż. Ap. Chem. 3 (50): 53 54. PANASIEWICZ M. 2010. Nowoczesne metody badań i oceny cech tekstualnych surowców i wyrobów mięsnych. Rzeźnik Polski 1: 22 25. PN-A-74780:1996 Przetwory ziemniaczane smażone przekąski ziemniaczane. Przewodnik po odmianach ziemniaka, 2012 (http://www.kws.pl/ca/fr/dqek/? callerid =aaaaaaaaaaaaxku). ROJO F.J., VINCENT J.F.V. 2009. Objective and subjective measurement of the crispness of crisps from four potato varieteies. Engineering Failure Analysis 16: 2698 2704. ROUDAUT G., DACREMONT C., VALLES PAMIES B., COLAS B., LE MESTE M. 2002. Crispness: critical review on sensory and material science approaches. Trends in Food Science and Technology 13: 217 227. SALVADOR A., VARELA P., SANZ T., FISZMAN S.M. 2009. Understanding potato chips crispy texture by simultaneous fracture and acoustic measurements, and sensory analysis. LWT Food Sci. Technol. 42: 763 767. SEGNINI S., DEJMEK P., ÖSTE R. 1999. Relationship between instrumental and sensory analysis of texture and color of potato chips. J. Texture Studies 30: 677 690. SURMACKA-SZCZESNIAK A. 2002. Texture is a sensory property. Food Quality and Preference 13: 215 225. WILKINSON C., DIJKSTERHUIS G.B., MINEKUS M. 2000. From food structure to texture. Trends Food Science Technology 11: 442 450. WÓJCIK-STOPCZYŃSKA B., GRZESZCZUK M. 2003. Badanie jakości prób czipsów ziemniaczanych pochodzących z sieci handlowej. Acta Sci. Pol. 2 (2): 139 147. WÓJTOWICZ A., BALTYN P. 2006. Ocena wybranych cech jakościowych popularnych przekąsek ziemniaczanych. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość 2 (47): 112 123. WRÓBEL S. 2006. Wysyp odmian. Farmer.pl (www.farmer.pl/produkcja-roslinn/okopowe/ziemniaki/wysyp-odmian,983.html). Słowa kluczowe: właściwości mechaniczne, skład chemiczny, czipsy ziemniaczane, jakość organoleptyczna Streszczenie W pracy badano właściwości mechaniczne czipsów otrzymanych z trzech odmian ziemniaka. W bulwach ziemniaka określono zawartość suchej masy, skrobi i cukrów redukujących, w czipsach oznaczono zawartość tłuszczu. Przeprowadzono ocenę organoleptyczną czipsów. Uzyskane wyniki poddano analizie korelacji.
52 G. Gozdecka i in. Badania właściwości mechanicznych czipsów wykonano z wykorzystaniem komory Kramera. Wyznaczono maksymalną siłę (F max ), siłę pierwszego pęknięcia (F k kruchość materiału) oraz pracę (W). Czipsy z poszczególnych odmian ziemniaka różniły się pod względem właściwości mechanicznych. Stwierdzono istotną, dodatnią korelację pomiędzy zawartością skrobi a F max oraz zawartością tłuszczu w czipsach a pracą (W). Spośród badanych cech mechanicznych tylko F max jest istotnie powiązana (korelacja ujemna) z teksturą ocenianą organoleptycznie i oceną ogólną czipsów. RELATIONSHIP BETWEEN SELECTED PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF POTATO TUBERS AND TEXTURE OF POTATO CHIPS Grażyna Gozdecka, Joanna Kaniewska, Marek Isbrandt, Karolina Bandyszewska Department of the Chemical and Food Technology and Apparatus University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz Key words: mechanical properties, potato chips, organoleptic quality Summary In this paper the mechanical properties of potato chips made from three potatoes cultivars were studied. Content of dry weight, starch and reducing sugars in potato tubers were determined. Content of fat were determined in potato chips. Organoleptic assessment of obtained chips was also conducted. The study of the mechanical properties of chips made by using Kramer chamber. Maximum force (F max ), which characterizes tested material hardness, strength, first crack (F k the fragility of the material) and work (W) were determined. Chips from different potato cultivars differed in terms of mechanical properties. Analyzing the impact of the chemical composition of potato tubers on the mechanical properties tested showed significant positive correlation (0.80) between the starch content and the F max and also the fat content in chips and work (W) (0.57). Among the studied mechanical properties only F max, correlates significantly (negative correlation) with the consistency and organoleptic evaluation assessed the overall chips. Dr inż. Grażyna Gozdecka Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej ul. Seminaryjna 3 85-326 BYDGOSZCZ e-mail: grazyna.gozdecka@utp.edu.pl