На механическую прочность тканей овощей

Цель работы - изучение влияния рН среды, температуры и длительности нагревания овощей на степень изменения меха­нической прочности их тканей в процессе варки.

Приборы и посуда: пенетрометр; четыре химических стакана вме­стимостью 250 мл и один вместимостью 500 мл; термометр на 100 °С; две водяные бани; фарфоровые чашки или чашки Петри (4 шт.); пипетки: одна - на 10 мл, другая - на 1 мл; три мерные колбы вместимостью 200 мл; нож столовый.

Реактивы: 3 %-ный раствор уксусной кислоты; 1 %-ный раствор щавелевой кислоты, универсальная индикаторная бумага.

Объекты исследования: картофель и свекла.

В процессе тепловой кулинарной обработки происходит размягчение растительных продуктов вследствие деструкции клеточных стенок и ослабления связи между клетками. О степени размягчения продуктов можно судить по изменению механической прочности их тканей, которую определяют с помощью различных приборов при испытании специально подготовлен­ных образцов на резание, разрыв, сжатие, прокол и др.

Механическая прочность тканей растительных продуктов в процессе тепловой кулинарной обработки снижается: прочность тканей кулинарно готовых продуктов в 10…30 раз меньше, чем сырых. Мякоть овощей и плодов после тепловой кулинарной обработки легче разрезается, разжевывается и протирается.

Для определения механической прочности тканей овощей и плодов часто используют пенетрометры - приборы для измерения вязкости и степени мягкости некоторых материалов. Принцип действия пенетрометров основан на том, что относительно вязкие материалы при надавливании в них конусообразного стержня или иглы оказывают сопротивление про­никновению последних. Вследствие этого глубина проникновения конуса или иглы в материалы с различными структурно-механическими свойствами за один и тот же период времени оказывается неодинаковой. Глубину проникновения конуса или иглы в материалы характеризуют степенью пенетрации. Степень пенетрации - это расстояние, на которое конус при нагрузке в 150 г или игла при нагрузке в 100 г проникает в испытуемый материал перпендикулярно поверхности образца при 20…25 °С в течение 5 с. Степень пенетрации выражают в единицах пенетрации, которые регистрируются прибором автоматически. Чем мягче материал, тем выше показания прибора. По степени пенетрации можно сделать выводы о твердости и консистенции испытуемого материала.

Степень размягчения тканей овощей и плодов в процессе тепловой кулинарной обработки зависит не только от свойств продукта, но и от некоторых технологических факторов - рН среды, температуры и продолжительности нагревания.

Влияние рН среды на степень размягчения овощей и плодов связывают с изменениями протопектина. Ионы водорода, присутствующие в варочной среде, оказывают двоякое действие на протопектин. С одной стороны, ионы Н⁺ могут подавлять диссоциацию полигалактуроновых кислот, содержащихся в протопектине, что приводит к уменьшению его растворимости и замедлению деструкции клеточных стенок другой стороны, накопление ионов Н⁺ в количестве, достаточном для прохождения кислотного гидролиза протопектина, может привести к ускорению деструкции клеточных стенок. Таким образом, степень размягчения овощей и плодов при тепловой кулинарной обработке в средах с различным значением рН зависит от того, какой процесс превалирует - снижение степени диссоциации полигалактуроновых кислот или гидролиз протопектина.

В присутствии слабых кислот (рН = 4,3... 6,2) скорость снижения механической прочности тканей овощей и плодов в процессе тепловой кулинарной обработки уменьшается и консистенция их мякоти длительное время остается относительно твердой. Этим объясняется замедление процессов варки, припускания или тушения многих овощей, наблюдаемое при добавлении в варочную среду уксусной, молочной или лимонной кислот, применяемых в кулинарной практике. В более кислых средах (pH более 4) овощи и плоды в процессе тепловой кулинарной обработки размягчаются быстрее (например, в присутствии щавелевой кислоты).

Повышение температуры и увеличение длительности нагревания растительных продуктов приводят к увеличению степени размягчения их тканей.

Техника выполнения работы

Вариант 1. Изучение влияния рН среды при варке картофеля или свеклы на степень изменения механической прочности их тканей.

Крупный очищенный клубень картофеля или средних размеров корень свеклы разрезать на четыре симметричные части. Из каждой части вырезать по одному ломтику толщиной 30 мм. Ломтики картофеля поместить в стакан с холодной водой.

Приготовить растворы уксусной и щавелевой кислот для варки овощей. Взять с помощью пипеток 10 мл 3 %-ного раствора уксусной кислоты, 10 и 1 мл 1 %-ного раствора щавелевой кислоты, перенести их в три соответствующие мерные колбы вместимостью 200 мл, довести до метки дистиллированной водой и перемешать. Содержимое колб перенести в химические стаканы вместимостью 250 мл и с помощью универсальной индикаторной бумаги определить рН растворов.

Стаканы с растворами нагреть до кипения, после чего поместить в каждый из них по одному образцу. Для контроля еще в одном стакане вскипятить дистиллированную воду и поместить в нее оставшийся образец. Все образцы поставить варить: из картофеля - в течение 20 мин, из свеклы - 40 мин. Начало варки считать с момента вторичного закипания жидкости. По окончании варки образцы вынуть из растворов, поместить по одному в четыре фарфоровые чашки или чашки Петри и охладить до комнатной температуры.

Определить механическую прочность образцов с помощью пенетрометра. Каждый образец поочередно поместить на столик пенетрометра, подвести верхнюю поверхность образца к острию конусообразной насадки, включить прибор и после пенетрирования записать показания прибора. Пенетрировать образец следует в нескольких точках, отстоящих друг от друга и от края образца не менее чем на 1 см. Из нескольких полученных показателей рассчитать среднее значение степени пенетрации. Результаты наблюдений свести в табл. 12.1.

Таблица 12.1 - Результаты наблюдений

Сделать выводы о влиянии рН варочной среды на степень изменения механической прочности тканей овощей.

Вариант 2. Изучение влияния температуры варочной среды на степень изменения механической прочности тканей картофеля или свеклы в процессе их варки.

Образцы картофеля или свеклы готовят и пенетрируют, как указано в варианте 1. Определить механическую прочность одного какого-либо образца из сырых овощей (контроль). В стакане вместимостью 250 мл вскипятить воду и поло­жить в него второй образец для варки в кипящей воде (около 100 °С). Образец картофеля варить 20 мин, образец свеклы - 40 мин.

Подготовить две водяные бани с температурой воды 90 и 70 ⁰С. В двух стаканах вместимостью 250 мл нагреть воду, в одном до температуры 80 °С, в другом – 60 °С, положить в них по одному из оставшихся образцов и поставить нагревать на водяные бани с соответствующей температурой. Для контролирования температуры прикрепить к штативу термометр и опустить в стакан с жидкостью так, чтобы конец его не касался дна стакана. Продолжительность нагревания образцов на водяной бане должна быть такой же, как и при варке их в кипящей воде.

После варки образцы вынуть из воды, перенести в фарфоровые чашки или чашки Петри, охладить до комнатной темпе­ратуры и пенетрировать. Полученные результаты свести в табл. 12.2.

Составить график зависимости механической прочности тканей овощей (по степени пенетрации) от температуры нагревания.

Таблица 12.2 - Результаты опыта

Рассчитать скорость снижения механической прочности тканей овощей в процессе варки при различных температурах.

(12.1)

где Х - скорость снижения механической прочности тканей овощей, ед. пенетрации/ч; А - степень пенетрации образцов в конце парки, ед. пенетрации; Б - степень пенетрации образ­цов в начале варки, ед. пенетрации; τ - время нагревания, ч.

Сделать выводы о влиянии температуры нагревания овощей на степень изменения механической прочности их тканей в процессе варки.

Вариант 3. Изучение влияний продолжительности нагревания овощей на степень изменения механической прочности их тканей в процессе варки.

Подготовить образцы из картофеля или свеклы в виде кубиков с ребром 30 мм. Клубни картофеля или корни свеклы разрезать поперек оси роста на пластины толщиной 30 мм, которые в свою очередь разрезать на брусочки с поперечным сечением 30х30 мм, а затем на кубики. Количество образцов должно быть не менее 10. Образцы из картофеля поместить в стакан вместимостью 500 мл, наполненный холодной водой, из свеклы – в стакан без воды.

Определить механическую прочность двух образцов из сырого картофеля или свеклы. Из двух параллельных определений рассчитать среднее значение степени пенетрации.

Вскипятить воду. Слить холодную воду с оставшихся образцов картофеля и залить их кипящей водой так, чтобы вода покрывала продукт. Образцы свеклы также залить кипящей водой. На стакане сделать отметку уровня воды. При выкипании жидкости в процессе варки образцов необходимо добавить в стакан горячую воду, доводя уровень ее до первоначального.

Спустя 5 мин для картофеля или 10 мин для свеклы после закипания жидкости вынуть из стакана два образца и пере­нести их в фарфоровые чашки или чашки Петри. Через такие же промежутки времени отобрать еще два образца и т. д. че­рез каждые 5 мин (картофель) или 10 мин (свекла). Образцы охладить до комнатной температуры, пенетрировать и за­писать показания прибора. Из каждых двух параллельных оп­ределений рассчитать среднее значение. Полученные результаты свести в табл. 12.3.

Таблица 12.3 - Результаты опыта

По данным таблицы составить графики зависимости механической прочности тканей овощей (по степени пенетрации) от продолжительности нагревания.

Сделать выводы о влиянии продолжительности варки овощей на степень изменения механической прочности их тканей.

Вопросы для самоконтроля

1. На чем основан принцип действия пенетрометра?

2. От каких факторов зависит степень размягчения тканей овощей и плодов в процессе тепловой кулинарной обработки?

3. Какие физико-химические процессы, протекающие в картофеле, овощах, обуславливают размягчение их тканей в процессе тепловой обработки?