Ιξώδες τροφίμων

Γενικές έννοιες και ορισμοί

Το ιξώδες είναι ένα χαρακτηριστικό της εμφανίσεως το οποίο έχει πολύ μεγάλη σημασία για τα ρευστά προϊόντα όπως χυμοί, πούλπες, σιρόπια, ζελέδες, μαγιονέζα κέτσαπ, ζελατίνες, διάφορα έλαια, βούτυρο. Η μέτρηση αυτού του συντελεστή αφενός μεν επιτρέπει τον προσδιορισμό της ποιότητας του τελικού προϊόντος, αφετέρου δε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν δείκτης της ποιότητας της πρώτης ύλης από την οποία προήλθε το τελικό προϊόν ή σαν στοιχείο αξιολογήσεως της τεχνολογίας που ακολουθήθηκε για την παρασκευή του. Οι τιμές του ιξώδους μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σαν δείκτης ελέγχου της προσθήκης ορισμένων ουσιών στις αναγκαίες αναλογίες για την παρασκευή ενός προϊόντος. Το ιξώδες επηρεάζει σημαντικά το συντελεστή μεταδόσεως της θερμότητας στα τρόφιμα και για το λόγο αυτό λαμβάνεται σοβαρά υπόψη κατά τη θερινή επεξεργασία των διαφόρων προϊόντων.

Ο συντελεστής αυτός λαμβάνεται επίσης υπόψη κατά τον σχεδιασμό των κατάλληλων μηχανημάτων επεξεργασίας, τυποποιήσεως και μεταφοράς των ρευστών τροφίμων. Ο ίδιος συντελεστής δυνατόν να χρησιμοποιηθεί και σαν δείκτης προσδιορισμού του μεγέθους και της εκτάσεως της ποιοτικής υποβαθμίσεως ορισμένων τροφίμων, όπως συμβαίνει με την υδρόλυση των πηκτινών από τη δράση των πηκτινολυτικών ενζύμων στους θολούς χυμούς, την υδρόλυση πρωτεϊνών, του αμύλου.

Για τη μελέτη του ιξώδους, τα ρευστά τρόφιμα θεωρούνται ότι κινούνται σε μορφή πολλών και ξεχωριστών παράλληλων επιπέδων. Η κίνηση θεωρείται ότι γίνεται υπό μορφή ολισθήσεως του ενός επιπέδου επάνω στο άλλο. Η τριβή που δημιουργείται κατά την ολίσθηση αυτή των επιπέδων και που εμφανίζεται σαν αντίσταση στη ροή, ονομάζεται ιξώδες. Η αντίσταση στη ροή είναι αποτέλεσμα αφενός μεν της κινήσεως Brown, αφετέρου δε της συνοχής μεταξύ των μορίων. Σύμφωνα με τα παραπάνω το ιξώδες είναι έννοια αντίθετη από τη ρευστότητα που εκφράζει την τάση ενός υγρού τροφίμου για ροή. Αποτέλεσμα της δράσεως του ιξώδους, της αντιστάσεως δηλαδή στη ροή, είναι η ύπαρξη διαφορετικής ταχύτητας για τα διάφορα επίπεδα ροής. Η μεταβολή αυτή της ταχύτητας μεταξύ των διαφόρων παράλληλων επιπέδων είναι συνάρτηση του ιξώδους του ρευστού.

Το ιξώδες μερικων τροφίμων μεταβάλλεται έντονα όταν αυτά αναδευτούν ή ανακινηθούν με δύναμη. Το φαινόμενο της ελαττώσεως του ιξώδους με ανάδευση ονομάζεται θιξοτροπία και της αυξήσεως του ρεοπηξία. Το τελευταίο αυτό φαινόμενο συναντάται σπάνια στα τρόφιμα. Η μελέτη του ιξώδους και γενικότερα των ρεολογικών ιδιοτήτων των τροφίμων είναι αντικείμενο της Μηχανικής των Τροφίμων και για τον λόγο αυτό δεν θα γίνει εκτενέστερη αναφορά στο βιβλίο αυτό. Εκείνο που ενδιαφέρει τον ποιοτικό έλεγχο των τροφίμων είναι οι τρόποι μέτρησης του ιξώδους, η ποιοτική αξιολόγηση των προϊόντων με βάση το ιξώδες, καθώς επίσης και η δυνατότητα βελτιώσεως του συντελεστή αυτού με την προσθήκη διαφόρων ουσιών.

Μέτρηση

Για τη μέτρηση του ιξώδους έχουν αναπτυχθεί πολλές μέθοδοι, που βασίζονται σε διαφορετικές αρχές. Έχουν επίσης σχεδιαστεί και κατασκευαστεί πολλοί τύποι οργάνων που χρησιμοποιούνται είτε στα εργαστήρια, είτε στη βιομηχανία. Οποιαδήποτε μέθοδος και αν εφαρμοστεί, πρέπει να γίνει σε καθορισμένη θερμοκρασία γιατί ο συντελεστής αυτός μεταβάλλεται αισθητά και συγκεκριμένα η τιμή του αυξάνεται με την ελάττωση της θερμοκρασίας και αντίστροφα. Η επίδραση αυτή της θερμοκρασίας επί του ιξώδους περιγράφεται με τη γνωστή εξίσωση του Arrhenious. Το ιξώδες επηρεάζεται σοβαρά και από την τιμή του pH. Τα περισσότερα από τα όργανα που χρησιμοποιούνται για την μέτρηση του ιξώδους μπορούν να υπαχθούν σε δύο κατηγορίες, τα ρεόμετρα με τριχοειδή σωλήνα και τα περιστροφικά ρεόμετρα. Ο όρος ρεόμετρα έχει επικρατήσει αντί του όρου ιξωδόμετρα, γιατί με τα όργανα αυτά μετριούνται ουσιαστικά οι ρεολογικές παράμετροι και όχι ο συντελεστής ιξώδους.

Περιστροφικά ρεόμετρα: Τα ρεόμετρα αυτά χωρίζονται σε δύο βασικούς τύπους. Εκείνον που χρησιμοποιεί σταθερή δύναμη και αυτό τον τύπο που χρησιμοποιεί σταθερή ταχύτητα. Το τμήμα του οργάνου που περιστρέφεται μπορεί να έχει διάφορα σχήματα, όπως σχήμα καρφίτσας, δίσκου, κυλίνδρου. Επειδή η μέτρηση βασίζεται στην αντίσταση του υγρού κατά την περιστροφή και για τη μέτρηση απαιτείται κάποιο χρονικό διάστημα, τα όργανα αυτά δεν είναι κατάλληλα για τη μέτρηση θιξοτροπικών και ρεοπηκτικών υγρών. Με τα περιστροφικά ρεόμετρα μετριέται το σχετικό ιξώδες του προϊόντος. Για όλα τα Νευτώνεια υγρά είναι δυνατό να μετρηθεί το απόλυτο ιξώδες, μετά από ρύθμιση του οργάνου. Στην κατηγορία των περιστροφικών ρεομέτρων υπάγονται το ιξωδόμετρο του Stormer, του MacMichael,κ.ά.

Ρεόμετρα με τριχοειδή σωλήνα: Τα ρεόμετρα της κατηγορίας αυτής περιλαμβάνουν τα όργανα εκείνα που μετρούν το ιξώδες με μόνη τη βαρύτητα και εκείνα για τα οποία απαιτείται πρόσθετη πίεση για τη λειτουργία τους. Τα όργανα που λειτουργούν με βαρύτητα είναι κατάλληλα για προσδιορισμούς σε υγρά με χαμηλό ιξώδες. Πριν από τις οριστικές μετρήσεις γίνονται δοκιμές προκειμένου να διαπιστωθεί αν το υγρό τρόφιμο που μελετάται έχει Νευτώνεια συμπεριφορά ή όχι. Η διαπίστωση αυτή μπορεί να γίνει με τη μέτρηση του ιξώδους ξεκινώντας από διαφορετικά αρχικά ύψη του υγρού ή από το ίδιο ύψος αλλά με τη χρησιμοποίηση τριχοειδών σωλήνων που έχουν διαφορετική διάμετρο. Αν το ιξώδες που θα προσδιοριστεί δεν είναι σταθερό αλλά μεταβάλλεται με τη μεταβολή των συνθηκών, τότε το υπό μελέτη υγρό δεν είναι Νευτώνειο. Κλασσικό ιξωδόμετρο που λειτουργεί με βαρύτητα είναι το ιξωδόμετρο του Ostwald. Επίσης υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός παραλλαγών του οργάνου αυτού. Ένα όργανο το οποίο σχεδιάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Ohio είναι το GOSUC consistometer το οποίο είναι εύκολο στη χρησιμοποίησή του.

Μεγάλης σημασίας για τα υγρά τρόφιμα, των οποίων το ιξώδες είναι μεγάλο και δεν μπορούν να ρεύσουν διαμέσου τριχοειδών με μόνη τη βαρύτητα, είναι να ρεόμετρα που χρησιμοποιούν τεχνητή πίεση. Για την εξασφάλιση της πίεσης εφαρμόζονται συστήματα που χρησιμοποιούν τόσο αέρια ή και ατμοσφαιρικό αέρα υπό πίεση, όσο και υδραυλικά έμβολα. Με τα ρεόμετρα της κατηγορίας αυτής προσδιορίζονται οι ρεολογικές παράμετροι παχύρευστων τροφίμων όπως πουρέδων, πουλπών και συμπυκνωμένων χυμών.

Όργανα που μετρούν την εξάπλωση του προϊόντος: Τα όργανα της κατηγορίας αυτής είναι πολύ απλά. Μία ορισμένη ποσότητα του προϊόντος τοποθετείται σε ειδικό χώρο του οργάνου και μετριέται η απόσταση που θα εξαπλωθεί τούτο σε ορισμένο χρόνο. Η απόσταση αυτή είναι συνάρτηση του ιξώδους του προϊόντος. Κλασσικό όργανο της κατηγορίας αυτής είναι ιξωδόμετρο του Bostwick. Το όργανο αυτό αποτελείται από μία επιμήκη σκάφη σχήματος ορθογωνίου παραλληλεπίδου. Στο ένα άκρο της σκάφης διαμορφώνεται ο χώρος του δείγματος με την παρεμβολή θυρίδας η οποία κινείται κατά έννοια κάθετο προς το οριζόντιο επίπεδο με την βοήθεια ενός ελατηρίου που εξασφαλίζει το ακαριαίο άνοιγμά της με απλό χτύπημα του δαχτύλου. Στον πυθμένα της σκάφης υπάρχει κλίμακα, οι χαραγές της οποίας έχουν απόσταση μισό εκατοστό. Το όργανο φέρει κοχλίες και αεροστάθμη για την οριζοντίωσή του. Για τη μέτρηση του ιξώδους, δείγμα από το προϊόν ίσο με 100 γραμμάρια περίπου, τοποθετείται στο χώρο που δημιουργείται με το κλείσιμο της θυρίδας. Με ένα χτύπημα η θυρίδα υψώνεται αυτομάτως και το προϊόν αρχίζει να εξαπλώνεται εντός της σκάφης. Κατά τη μέτρηση προσδιορίζεται η απόσταση εξαπλώσεως σε ορισμένο χρόνο και εκφράζεται σε cm.

Βελτίωση

Υπάρχουν πάρα πολλοί τρόποι που μπορούν να εφαρμοσθούν για τη ρύθμιση, αύξηση ή μείωση, του ιξώδους των ρευστών τροφίμων. Η αύξηση αυτή σε πολλές περιπτώσεις κρίνεται αναγκαία για την καλύτερη εμφάνιση των προϊόντων. Σε μερικές περιπτώσεις, όταν τα τρόφιμα δέχονται θερμική επεξεργασία, παρατηρείται μια μειώση του φυσικού ιξώδους. Απαιτείται λοιπόν κάποιος χειρισμός που να έχει σαν αποτέλεσμα τη διατήρηση των αρχικών τους ιδιοτήτων. Η αύξηση ή η διατήρηση του ιξώδους μπορεί να πραγματοποιηθεί με την προσθήκη ορισμένων ουσιών. Η αύξηση ή η διατήρηση του ιξώδους μπορεί να πραγματοποιηθεί με την προσθήκη ορισμένων ουσιών. Οι ουσίες αυτές είναι γνωστές σαν κόμμεα ή σαν υδρόφιλα κολλοειδή ή σαν υδροκολλοειδή. Χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην τεχνολογία τροφίμων για τη βελτίωση του ιξώδους και γενικότερα της υφής των τροφίμων. Οι ιδιότητες των προϊόντων που βελτιώνονται με τη χρήση των ουσιών αυτών είναι πολλές. Συγκεκριμένα για τα υγρά τρόφιμα χρησιμοποιούνται οι όροι σώμα, σύσταση, υδαρόητα, κολλητικότητα, ρευστότητα, ελαιώδης υφή και πολλοί άλλοι. Θα μπορούσε να λεχθεί ότι τα υδροκολλοειδή επιδρούν σε όλες σχεδόν τις οργανοληπτικές ιδιότητες των τροφίμων. Στις παρακάτω παραγράφους θα εξετασθούν, από τεχνολογικής πλευράς μερικές από τις ουσίες αυτές.

Άμυλο: Το άμυλο, αν προστεθεί σε ορισμένα τρόφιμα αυξάνει το ιξώδες τους. Η ιδιότητα αυτή είναι αναπτυγμένη σε μεγαλύτερο βαθμό σε ειδικά σκευάσματα αμύλου, γνωστά ως τροποποιημένα άμυλα. Τέτοια άμυλα είναι διαφόρων τύπων όπως το thin boiling starch το οποίο έχει τη μορφή λεπτόρευστου ζελέ. Το άμυλο αυτό παρασκευάζεται με θέρμανση του κοινού αμύλου και ασθενούς οξέος σε χαμηλή σχετικά θερμοκρασία και συγκεκριμένα μικρότερη των 50^oC. Με τη διαδικασία αυτή δημιουργούνται γέφυρες μεταξύ των αλύσεων των μορίων του αμύλου οι οποίες του προσδίδουν σταθερότητα κατά τους χειρισμούς και αντοχή στις συνθήκες που συντελούν στη μείωση του ιξώδους. Το τροποποιημένο αυτό άμυλο δεν διασπάται από τα ένζυμα. Το προϊόν αυτό βρίσκει εφαρμογή στην παρασκευή παιδικών τροφών όπως είναι οι σούπες, οι κρέμες στις οποίες προσδιδει παχύρευστη υφή. Για τρόφιμα που θερμαίνονται πολύ πριν τη χρήση όπως πουτίγκες, σάλτσες προστίθενται ειδικά παρασκευάσματα αμύλου όπως είναι το Thermtex.

Κυτταρίνη: Η κυτταρίνη είναι ένας μεγαλομοριακός υδατάνθρακας ο οποίος δεν μπορεί να αποτελέσει τροφή του ανθρώπου γιατί είναι άπεπτος. Στις περιπτώσεις που είναι επιθυμητή η αύξηση του ιξώδους δεν χρησιμοποιείται αυτούσια η κυτταρίνη, αλλά προϊόντα υδρόλυσής της ή και ενώσεις αυτής.Πάρα πολλά προϊόντα έχουν παρασκευαστεί με βάση την κυτταρίνη, δεν είναι όμως δυνατόν να αναφερθούν όλα, αλλά μόνο τα βασικότερα. Το περισσότερο ίσως χρησιμοποιούμενο προϊόν είναι η "μικροκρυσταλλική κυτταρίνη" ένα σκεύασμα το οποίο είναι γνωστό με το εμπορικό όνομα Avicel.

Πηκτίνη: Οι πηκτίνες είναι μεγαλομοριακοί υδατάνθρακες γπου αποτελούνται από πολυγαλακτουρονικό οξύ και παράλληλα περιλαμβάνουν ομάδες μεθυλικού εστέρα. Ενδιαφέρον παρουσιάζει η κολλοειδής φύση των πηκτίνων και η ιδιότητά τους να σχηματίσουν ζελέ, όταν βρεθούν κάτω από ορισμένες συνθήκες. Οι πηκτίνες του εμπορίου που προέρχονται είτε από μήλα, είτε από εσπεριδοειδή, χρησιμοποιούνται ευρύτατα για την αύξηση του ιξώδους πολλών υγρών τροφίμων και ποτών, αποτελούν δε τη βάση για τη παρασκευή της μαρμελάδας και των διάφορων ζελέδων.

Φυτικά κόμμεα: Στην κατηγορία αυτή υπάγονται ενώσεις μεγάλου μοριακού βάρους οι οποίες με κατάλληλο διαλύτη σχηματίζουν διαλύματα με πολύ μεγάλο ιξώδες ή ακόμα και ζελέδες. Στη βιομηχανία τροφίμων χρησιμοποιούνται τα υδρόφιλα κόμμεα. Τα φυτικά κόμμεα χωρίζονται σε 3 κατηγορίες, ανάλογα με την προέλευσή τους και συγκεκριμένα κόμμεα από φυτά θάλασσας, κόμμεα από φυσικές εκκρίσεις, κόμμεα από σπόρους.

Βακτηριακά κόμμεα: Ο σπουδαιότερος αντιπρόσωπος των προϊόντων αυτών είναι το κόμμι "Ζανθάν". Το κόμμι αυτό παράγεται από ζύμωση της γλυκόζης στην οποία προστίθεται ιχνοστοιχεία, πηγή αζώτου και dipotassium hydrogen phosphate. Για τη ζύμωση χρησιμοποιείται καθαρά καλλιέργεια του μικροοργανισμού Xanthomonas campestris. Το ιξώδες του προϊόντος αυτού είναι ελάχιστα επηρεάζομενο από τη θερμοκρασία.

Πεντοζάνες: Χαρακτηρίζονται πολυμερείς ουσίες που περιέχουν κατά κύριο λόγο πεντοζάχαρα. Επίσης είναι δυνατόν να περιέχουν και εξόζες, πρωτεΐνες καθώς και άλλες ουσίες. Οι πεντοζάνες διακρίνονται σε αδιάλυτες και σε διαλυτές στο νερό. Οι αδιάλυτες ονομάζονται και ημικυτταρίνες. Το σιτάρι περιέχει περίπου 2,4% αδιάλυτες στο νερό πεντοζάνες και 1-1,5% διαλυτές σε κρύο νερό. Οι υδατοδιάλυτες πεντοζάνες έχουν μεγάλο ιξώδες και σχηματίζουν ζελέ παρουσία οξειδωτικών παραγόντων. Με την προσθήκη ουσιών των κατηγοριών αυτών στο αλεύρι αυξανέται σημαντικά το ιξώδες της ζύμης που παράγεται. Η παρουσία των πεντοζανών βοηθάει σημαντικά στη διόγκωση (φούσκωμα) του ψωμιού. Πειράματα έδειξαν ότι προσθήκη αδιάλυτων στο νερό πεντοζανών σε ποσοστό 2% είχαν σαν αποτέλεσμα την αύξηση του όγκου του ψωμιού κατά 30 - 45%. Επί πλέον βελτιώθηκαν και άλλες ιδιότητες του ψωμιού όπως η ομοιομορφία των κυψελίδων, τα χαρακτηριστικά της εξωτερικής κρούστας και η ελαστικότητα. Επίσης διαπιστώθηκε ότι οι πεντοζάνες είναι ο περισσότερο σημαντικός παράγοντας στη διατήρηση της φρεσκότητας του ψωμιού, καθυστερούν δηλαδη την παλαίωση, η οποία αποδίδεται στη σύμπτυξη των αλύσεων του αμύλου. Οι πεντοζάνες επιβαρδύνουν το ρυθμό αυτού του φαινομένου και ως εκ τούτου το ρυθμό της παλαιώσεως.

Σχετικές σελίδες

• Γενικές έννοιες και ορισμοί ιξώδους τροφίμων

• Μέτρηση ιξώδους τροφίμων

• Βελτίωση ιξώδους τροφίμων