Giriş
Meyveli sakızlar lezzetlidir ve yaz kış, çölde 50°C'de ya da Kuzey Kutbu'nda -40°C'de, yıl boyunca tadı güzeldir. Bu "tatlı ikramların" yüksek sıcaklıklarda birbirine yapışması ve bir tür yapışkan kütle oluşturması ya da soğukta ısırıldığında bir dişin düşmesi hoş olmazdı. Bu örnekler şunu açıkça ortaya koymaktadır: Meyve sakızları, yumuşak ve sert arasında değişen ve sıcaklıktan da güçlü bir şekilde etkilenen geniş bir elastik özellik yelpazesi sergiliyor gibi görünmektedir. Dinamik mekanik analiz, visko-elastik özelliklerin karakterizasyonu için kullanılır. Bir nem odasına bağlandığında, kurutma ve nemlendirmenin mekanik davranışları üzerindeki etkileri de kaydedilebilir.
Farklı İklim Bölgelerinden Meyve Sakızları Hangi Mekanik Davranışları Sergiliyor?
Araştırma için aşağıdaki ülkelerden meyve sakızları temin edilmiştir:
- Almanya
- Hollanda
- Avustralya
- Yeni Zelanda
- Rusya
Çalışmalara classic, jelatin bazlı meyve sakızlarının yanı sıra vegan türleri de dahil edilmiştir. Tüm türlerin dinamik-mekanik davranışları farklı sıcaklıklarda kaydedilecek ve karşılaştırılacaktır. DMA ölçümleri, bir Hygromator (isteğe bağlı nem jeneratörü) ile bağlantılı bir NETZSCH DMA Eplexor® kullanılarak gerçekleştirilecektir.
Jelatin, Kökeni, Fonksiyonel Özellikleri ve Alternatifleri
Geleneksel olarak jelatin [1, 2] meyve sakızlarının ana bileşenidir. Esasen tatlandırıcı sıvı bileşenleri koyulaştırır ve doğru kullanıldığında tüketime uygunErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime sıcaklığının yanı sıra doğruErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve ısırık sertliğini sağlar. Genel olarak, "sakızlı hayvanlar" dökülür ve - visko-elastik faza geçmeden önce - kalıplama işleminin sonunda erimiş halde bulunur.
Jelatin sadece meyve sakızlarında değil, aynı zamanda düşük kalorili gıdalar, yoğurt, mayonezler, aspikler, et ezmeleri ve birçok tatlı gibi diğer birçok gıda ürününde de bulunur. Tarihsel olarak jelatin binlerce yıldır tutkal olarak da kullanılmaktadır.
Jelatin, esas olarak kolajen proteininden oluşan doğal bir besindir. Proteinler canlı organizmalarda üç farklı işlevi yerine getirir: a) yapısal proteinler (= skleroproteinler), b) membran proteinleri ve c) küresel proteinler (= sferoproteinler). Kolajen versiyonu skleroproteinlerin bir üyesidir ve birbirine geçmiş 3 polipeptit zincirinden (üçlü sarmal) oluşur. Bu zincirler kümelendiğinde kolajen fibriller oluşur; bunlar üçlü sarmallar arasında ortaya çıkanÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlar nedeniyle aslında 3 boyutlu ağlar haline gelir ve böylece kendilerini mekanik olarak stabilize eder.
Kolajenin tek tek polipeptit zincirlerine ayrıştırılması jelatin üretimi için gereklidir. Çapraz bağlanmanın sudaki çözünmezliği nedeniyle, bu kimyasalların kullanılmasını gerektiren karmaşık bir süreçtir. +
Jelatin üretimi hayvansal kökenli kolajen ile başlar. Hayvansal proteinler kemiklerden kaynaklanır veya alt deri katmanlarından alınır. Mikroskobik düzeyde bakıldığında kolajen, daha sonra ayrılabilmeleri için kimyasal-termal bir işlemle yumuşatılan (maserasyon olarak bilinir) sarmal benzeri yapılara sahiptir. Sonuç, jelatinin yapıldığı asıl hammadde olan ossein adı verilen "demineralize" hurdadır.
Jelatin üretimi, çeşitli uygulamalar için farklı jelleşme mukavemetlerinin gerçekleştirilmesini sağlar. Jelleşme gücü "Bloom numarası" ile tanımlanır. Jelleşme gücü ve dolayısıyla Bloom sayısı sıcaklığa bağlı olduğundan, belirli bir ürün için en uygun jelatin selected olabilir. Daha sıkı meyve sakızları için, düşük Bloom jelatini içeren daha yumuşak türlere göre daha yüksek Bloom değerine sahip jelatin kullanılır.
Jelatin bir hidrokolloiddir ve hem suyu bağlayabilir hem de suda şişebilir. Kalınlaştırır, jelleştirir, stabilize eder, son derece elastiktir ve ısıyla tersine çevrilebilir davranış sergiler; yani jelatin soğutulduğunda jelleşir ve ısıtıldığında erir. Bu özellik "jelibon" üretiminde de kullanılır ve burada yapılan ölçümlerde araştırılmış ve değerlendirilmiştir. Erime noktası tüketici için de özel bir öneme sahiptir. Sonuçta, "kauçuk hayvan" ağızda erirken aynı zamanda belirli bir sertliğe sahip olmalıdır.
Alternatifler - jelatinde bulunanlara benzer özelliklere sahip saf bitki kökenli bağlayıcılar - için search başlamıştır, ancak henüz tam bir ikame bulunamamıştır. Alternatif bağlayıcıları ve bunların malzeme üzerindeki etkilerini daha iyi tanımlamak için rutin test yöntemlerine ihtiyaç vardır [1], [2]
Diğerlerinin yanı sıra aşağıdaki malzemeler, jelatinin yerini almak amacıyla saf bitki kökenli bağlayıcılar olarak kullanılmaktadır [3]:
- Agar-Agar: Jelatin ikamesi
- Aquafaba: Bitki bazlı nohut, fasulye ve diğer baklagillerin yoğun pişirme suyu; yumurta ikamesi
- Pektin: Çözünür lif ve bitki bazlı jelleştirici patates starch: bağlayıcılar
- Mısır starch: arc h yerine kullanılabilir, genellikle glüten ve laktoz içermez
- Psyllium kabuğu: Bitki bazlı şişme ajanı
- Sago: Maniok ve patatesten granüle edilmiş starch; tatsız kıvam arttırıcı madde
- Keçiboynuzu fasulyesi (sakız): Doğal kıvam arttırıcı madde
- Dişli sakızı: Kıvam arttırıcı ve bağlayıcı madde (E 412)
- Karragen: Kırmızı alglerden elde edilen bitki bazlı jelleştirici ve kıvam arttırıcı madde (E407)
- Aljinat: Yosunlardan elde edilen kıvam arttırıcı, jelleştirici ve kaplama maddesi (E 400 ila E 405)
- Ksantan sakızı: Doğal olarak oluşan polisakkarit, jelleştirici ve kıvam arttırıcı olarak kullanılmak üzere bakterilerden üretilen katkı maddesi (E 4015)
- Ararot starch: Glutensiz bağlayıcı madde; yumurta ikamesi
Bu alternatifler de jelatin gibi hidrokolloidlerdir. Fonksiyonel özellikleri nedeniyle gıda endüstrisinde kullanılmaktadırlar; ancak bu özellikler jelatinin bunlarla genel olarak ikame edilmesini mümkün kılacak kadar kapsamlı değildir [2].
Vegan meyve sakızları da şimdiye kadar yaygın olmayan bağlayıcılar kullandığından ve etkileri henüz iyi anlaşılmadığından, bu alanda vegan bağlayıcılı ürünlerin araştırmalara dahil edilmesine ihtiyaç vardır.
NETZSCH GABO Eplexor® 500 N Kullanılarak Yapılan Dinamik-Mekanik Test Sonuçları
Çekme testinde kolayca incelenebilecek şekillerde mevcut oldukları sürece, meyve sakızları buna göre selected. Diğerleri ise soğutulmuş haldeyken test için uygun bir şekle sokulmuştur.
Test sırasında enine kesitteki değişiklikler ve düzensiz şekilli numuneler için doğru bir şekilde kaydedilemeyen enine kesit alanları sönümlemeyi ve dolayısıyla yumuşama sıcaklığını etkilemez.
Ölçüm Parametreleri
Testin ilk bölümünde, farklı meyve sakızlarının sıcaklığa bağlı stabilitesini (karmaşık elastikiyet modülü veya sadece E modülü) ve ilgili visko-elastisitesini karşılaştırabilmek için DMA Eplexor® kullanılarak tüm meyve sakızı örnekleri üzerinde yaklaşık -60°C ila +40°C aralığında sıcaklık taramaları gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, numuneler başlangıçta test cihazında yaklaşık -60°C'ye kadar soğutulmuştur. Numunede sabit bir sıcaklık ayarlamak için, ölçümden önce her durumda 15 dakikalık bir İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal faz ayarlanır ve ardından 0,5 K / dak'lık bir ısıtma hızında bir ölçüm yapılır. Sıcaklık ölçümleri, yoğun hava sirkülasyonu olan bir numune odasında bulunan hazne termometresi ile numuneye yakın olarak gerçekleştirilir.
Deneyin ikinci bölümünde, Almanya'dan bir vegan numunenin ve Hollanda'dan jelatin bazlı bir numunenin dinamik-mekanik davranışı, Hygromator (nem odası) ile donatılmış Eplexor®'da kurutma sırasında ve nem emilimi altında incelenmiştir.
Meyve Sakızlarının Sıcaklığa Bağlı Davranışı
Alman sakızları DMA ölçümleri için vegan (yeşil, "şeritler" olarak adlandırılır) ve jelatin bazlı (kırmızı, "patates kızartması" olarak adlandırılır) olarak mevcuttur.
Vegan meyve sakızlarının tüm sıcaklıklarda daha yüksek bir Young modülü sergilediği, yani jelatin bazlı sakızlardan daha sert oldukları dikkat çekmektedir (Şekil 1). Vegan şeritlerin yumuşaması (yeşil eğri, Tg = 11.6°C) ayrıca jelatin bazlı patates kızartmasından (kırmızı eğri, Tg=-0.4°C) daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmektedir.
Bu nesnel bulgu aynı zamanda ısırma ve tatmadan elde edilen duyusal sonuçlarla da örtüşmektedir: Vegan numuneler ısırıldığında daha sert bir tat verirken, jelatin bazlı numuneler eridiğinde daha yoğun bir tat vermektedir.
Hollandalı Sakızlı Ayılar
Hollanda'dan, test için jelatin bazlı versiyonlar mevcuttur. Jelibonların kısmen düzensiz geometrileri, soğutulmuş haldeyken delinerek numune formuna getirilir. Kullanım sırasında bu ürünler nispeten sert meyve sakızları olarak göze çarpmaktadır. Ölçülen yumuşama noktaları -6°C ila 0°C aralığındadır.
Şekil 2, |E*| modülünün ve sönümlemenin farklı ölçüm eğrilerini göstermektedir. Yumuşak sakız (mavi eğri), diğer iki meyveli sakız türü olan Liane-Cassis (-5.1°C, kırmızı eğri) ve Çilek (-4.9°C, yeşil eğri) ile karşılaştırıldığında yumuşama sıcaklığında (-2.4°C) farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle yumuşak sakızlı numune açık ara en geniş sönümleme eğrisine ve sıcaklığa bağlı olarak Young modülünde en erken düşüşe sahiptir. Dolayısıyla, yumuşak sakızlı numune karşılaştırılan tüm numuneler arasında oda sıcaklığı aralığında en düşük sönümlemeye sahiptir ve malzeme tüketiciye hem Çilekli hem de Liane-Cassis'ten daha yumuşak görünür.
Sönümleme Liane-Cassis ve Strawberry türleri için çok benzer olsa da, Strawberry'nin E modülü her zaman Liane-Cassis'inkinden daha yüksektir, bu da ısırma sırasındaki sertliğe de yansır.
Liane-Cassis numunesinin (kırmızı eğriler) daha düşük sönümlenmesi (tan δ), Çilek'e (yeşil eğri) göre daha uzun birErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime ve deformasyon süreci sayesinde pratikte görülebilir. Buna ek olarak, Liane-Cassis dişlere daha yoğun bir yapışma etkisi sergilemektedir.
Avustralya ve Yeni Zelanda Vegan Örnekleri
Her iki numune de, meyve sakızlarının boyutsal stabilitesi ve yapışkanlığı konusunda özel talepler getiren yüksek ortalama dış ortam sıcaklıklarına sahip bir pazarda sunulmaktadır. Her iki numune de çekme testine uygun küp veya folyo formunda mevcut olup, testin gerçekleştirilmesi için numune kalınlığının ayarlanması amacıyla sadece kesilmesi veya ilave olarak katlanması gerekmektedir. Örneklerden biri (yeşil eğriler) özellikle vegan olarak tanımlanırken, ikinci örnek (mavi eğriler) bu iddiayı açıkça ortaya koymamaktadır.
Okyanusya bölgesi ürünlerinin, incelenen tüm meyveli sakızlar arasında en yüksek yumuşama sıcaklıklarına (19,6°C ve 24,3°C) sahip olduğu açıktır (Şekil 3). Özellikle, küboidal örnekler donma noktasına kadar nispeten serttir ve en yüksek E modüllerine sahiptir.
Soğuk İklim Bölgeleri için Rus Jelatin Bazlı Meyve Sakızları
Burada incelenen iki Rus jelatin bazlı meyve sakızı ayı (mavi eğriler) ve solucan (kırmızı eğriler) şeklindedir. Ayı şekli delme işlemi gerektirirken, solucanlar doğrudan DMA'ya yerleştirilebilmiştir. Solucanların yumuşaması ayılarınkinden (Tg = -4,4°C, mavi eğri) biraz daha yüksek (Tg = -0,9°C, kırmızı eğri) sıcaklıklarda başlamasına rağmen, her ikisi de yumuşama anında benzer sertlik sergilemektedir.
Ayıların servis sıcaklıklarındaki E modülü, malzeme nedeniyle solucanlarınkinden daha düşüktür (mavi eğriler, şekil 4). Solucanlar ayılara göre biraz daha yüksek sıcaklıklarda (3,5°C, kırmızı eğriler) yumuşamaktadır. Buna göre, iki meyveli sakız türünün tadım özellikleri de çok benzerdir.
Meyve Sakızlarının Neme Bağlı Davranışı
Numunelerin neme bağımlılığı, sıcaklık taramalarında olduğu gibi, 35°C'de çekme modunda incelenmiştir. Sıcaklık tüm deney boyunca sabit tutulmuştur.
Deneyin ilk adımında, vegan Alman ve Hollanda jelatin bazlı numuneler, NETZSCH GABO Hygromator (nem jeneratörü) tarafından üretilen ve sabit tutulan %20 bağıl nem oranına maruz bırakılır.
Bu adım, bu ülkelerde mevsime bağlı olarak yaklaşık %50 ila %60 bağıl nem olan ortam neminden %20 bağıl nemde "yarı" kurutulmuş bir duruma ulaşmak için bir kurutma işlemine karşılık gelmektedir. Bu test serisi için, test edilecek meyve sakızları, karşılaştırma amacıyla kurutulmuş, aynı nem durumunda bulunmalıdır. Bu amaçla, iki numune yaklaşık 1 saat süreyle kurutulmuş ve Young's modüllerinin zamansal seyri kaydedilmiştir. Bu şekilde kurutulan numuneler daha sonra yaklaşık bir saat boyunca %50'lik bir oda nemine ve ardından bir saat daha %90'lık bir oda nemine maruz bırakılmıştır. Young modülündeki zamana bağlı değişiklikler ve zamanın her noktasında geçerli olan oda nemi, vegan (kırmızı eğriler) ve jelatin içeren bir numune (mavi eğriler) için şekil 5'te gösterilmiştir.
Şekil 5'te vegan ve jelatin bazlı meyve sakızları için benzer zamansal davranışlar gösterilmektedir; vegan tipler mevcut araştırmalarda her zaman daha yüksek E modülü ve daha düşük nem hassasiyeti sergilemiştir. Her ikisinde de ortak olan, kurutma sonrasında E modülünde bir artış (burada %20 bağıl nemde) ve neme maruz kaldığında bir düşüştür (burada %50 bağıl nemde ve %90 bağıl nemde). 20 bağıl nemde kurutulan numuneler için, E modülünün seyrinden de görüldüğü üzere, %50 bağıl nemde depolamadan çıkarıldıktan sonra nemlenme zaten sergilenmektedir.
Özet
NETZSCH DMA Eplexor®, meyveli sakızlar gibi gıdaların tüketiciyle ilgili ürün özelliklerinin değerlendirilmesi için rutin bir prosedür sunmakta, böylece ürün iyileştirme ve yeni geliştirmelere hizmet etmektedir.
E modülünün (sertlik) ve sönümlemenin sıcaklık bağımlılıkları, meyve sakızlarının sertlik-ısırma veErime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime davranışlarıyla yakından ilişkilidir. Öte yandan, nem bağımlılıklarının bilinmesi, depolama koşullarının değerlendirilmesi için daha büyük değer taşımaktadır.
Özellikle vegan müşteriler için yeni bağlayıcılarla daha fazla meyve sakızı türünün geliştirilmesi için dinamik-mekanik analiz, hem termal hem de mekanik özellikleri önceden laboratuvarda kaydetme ve böylece ürünleri daha hedefli bir şekilde ve daha hızlı piyasaya sürme olanağı sunar. Nem ve sıcaklık parametrelerinin yanı sıra depolama ve işleme koşulları da DMA ölçümleri aracılığıyla simüle edilebilmektedir.