Kemiske og fysiske ændringer og betydning for teksturen.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 1/2, 2008 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Se relaterede artikler nederst på siden.
Af Lene Pedersen, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi, Det Tekniske Fakultet, Syddansk Universitet
Ulla Kidmose, Institut for Råvarekvalitet, Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet, Århus Universitet
Industriel forarbejdning af kartofler til frosne kartoffelprodukter og kartoffelchips er en stor industri i Danmark. Kartoffelchips er et velkendt produkt, der i dag produceres i mange varianter med forskelligt udseende og smag. Forbrugerne stiller store krav til kvaliteten af de fødevarer, de putter i munden, og det er vigtigt at produktets kvalitet er ensartet. Dette gælder også for et produkt som kartoffelchips.
Ved fremstilling af kartoffelchips gennemgår den rå kartoffel mange fysiske og kemiske omdannelser, der alle påvirker kvaliteten af det færdige produkt. Forskning i hvordan kartoflens sammensætning og processen til fremstilling af kartoffelchips sammen indvirker på kvaliteten danner baggrund for at kunne udvikle og producere kartoffelchips med den ønskede kvalitet.
Kvalitet og tekstur
Kvalitetskrav til snackprodukter er høje, det er et produkt vi spiser »for sjov«, og derfor skal det være en god oplevelse. Den gode oplevelse fås gennem de sensoriske indtryk vi danner os ved brug af vores sanser: Syn, hørelse, lugt, smag samt følesansen.
De vigtigste sensoriske kvalitetsparametre for kartoffelchips er
1 Udseende
2 Sprødhed
3 Smag
Udseende er vigtigt, da det er det første indtryk vi som forbrugere får af produktet. Chipsene må ikke være for mørke, og der må ikke være for meget smuld. Sprødhed, hårdhed og klistrethed er sensoriske parametre der afspejler de sanseindtryk vi får, når produktet kommer ind i munden og vi tygger det. De sensoriske sanseindtryk ved bid og tygning stammer hovedsageligt fra følesansen i mundhulen, men hørelsen spiller også en væsentlig rolle. Sprødhed, hårdhed og klistrethed afspejler produktets tekstur (eller konsistens). Teksturen i fødevarer bestemmes af fødevarens indholdsstoffer og processen fra råvare til færdigt produkt. Derfor er det vigtigt at opnå en mere detaljeret viden om hvordan råvaren, i dette tilfælde kartoflens kemiske sammensætning, og den proces produktet gennemgår tilsammen påvirker teksturen af de færdige chips.
Kartoflens sammensætning fremgår af Tabel 1. Stivelse er den vigtigste komponent i kartofler. Det oplagres som granuler på indersiden af cellerne i det vaskulære væv (Figur 1), der ligger i det indre af kartoflen.
Stivelsen har både stor betydning for næringsindholdet i kartofler, og for dannelsen af den ønskede tekstur i kartoffelchips.
Udover stivelse findes der forskellige andre polysakkarider, f.eks. pektinstoffer, cellulose og hemicellulose. De findes især i skrællen. Endvidere indeholder kartoflen en mængde forskellige og ofte komplekse stoffer i meget små mængder.
Hvordan dannes tekstur i en kartoffelchip?
Til produktion af chips anvendes kartofler fra specielle sorter, der er særlig velegnede. Det er især vigtigt at kartoflerne kan lagres hen over vinteren ved temperaturer omkring 5-7 0C, uden de omdanner stivelse til sukker (Figur 2).
Hvis dette sker, vil kartoflerne ved stegning blive mørke på grund af Maillard-reaktioner. Ved denne reagerer reducerende sukkerarter som glucose med en aminosyre og omdannes videre til en række mørktfarvede komponenter. Hvis aminosyren asparagin indgår, kan der ved høje temperaturen dannes acrylamid, der er mistænkt for at være kræftfremkaldende (Figur 3).
De rå kartofler gennemgår en kæde af processer inden de forlader produktionen som færdige chips. Kartoflerne renses, skrælles og skæres i skiver med en ønsket tykkelse (flowsheet Figur 4), inden de steges i vegetabilsk olie og sluttelig krydres inden pakning. Det er under stegning af kartoffelskiverne, at den ønskede tekstur i kartoffelchips bliver dannet. Under stegeprocessen sker der mange forskellige kemiske og fysiske ændringer i kartoflen, der alle er bestemmende for hårdhed og sprødhed i den færdigstegte chips.
Den rå kartoffel indeholder ca. 75 % vand. Det meste af dette vand fordampes ved stegningen. Oliens temperatur vil være i området fra 160-180 0C, og varmeenergien overføres til chippen (Figur 5). Herved sker en fordampning af vand, og denne fordampning sker hurtigere jo højere temperatur der er i olien.
Der kan også dannes vanddamp i det indre af chippen og den overophedede vanddamp danner mellemrum imellem cellerne i kartoffelskiven. En høj stegetemperatur giver derfor en mere porøs kartoffelchip (letsprød), hvorimod en lavere temperatur giver en mere kompakt og hård chip (hårdsprød). Når kartoffelskiven tages op af olien, vil der dannes et undertryk i chippen, og derved optages olie fra overfladen ind i disse mellemrum.
En anden vigtig proces er forklistring af stivelse og efterfølgende dehydrering. Ved opvarmning optager stivelsesgranulerne vand, svulmer op og mister deres krystallinske struktur. Ved den fortsatte opvarmning vil stivelsen dehydrere og danne et netværk, som er basis for den sprøde struktur i chippen. Hertil bidrager også denaturerede proteiner, og andre non-stivelses polysakkarider.
Det komplekse samspil mellem indholdsstoffer og procesbetingelser er derfor bestemmende for den struktur og tekstur det færdige produkt opnår. Mængden af optaget fedt, og dermed fedtindholdet i den færdige chip, påvirkes ligeledes af fysiske og kemiske faktorer. Det er vigtigt at undersøge disse sammenhænge for at kunne producere chips med en god tekstur og et lavt fedtindhold af hensyn til sundheden.
Måling af tekstur
Forskning i hvordan kartoflens indholdsstoffer og procesbetingelser påvirker teksturen, og dermed kvaliteten af kartoffelchipsene kræver metoder der præcist kan måle de parametre der er relevante og interessante. Tekstur er en sensorisk parameter, der kan relateres til de sanseindtryk der genereres, når produktet indtages. I den sensoriske teksturmåling indgår tyggemodstand (ved bid og tygning), hørelsen (knasen ved tygning), følesansen (tunge og gane), der registrerer produktets klæbrighed og porøsitet. Det samlede indtryk af teksturen kan derfor karakteriseres ved følgende parametre:
Sprødhed – Hårdhed – Sejhed – Smuldrethed
De menneskelige sanser er både præcise og følsomme, dvs. de kan opfatte selv meget små forskelle i de nævnte parametre. Dette kan udnyttes ved at anvende en sensorisk analyse, hvor de menneskelige sanser bruges som et objektivt ’instrument’, hvor måleværdien for de enkelte parametre kan kvantificeres. Hertil kræves et trænet smagspanel, der består af ca. 10 personer (dommere), der er trænet til at måle forskelle i de fire teksturparametre. Ved fælles træning, hvor panelet bedømmer prøver (her chips) med meget varierende teksturegenskaber, fastlægges fælles yderpunkter for skalaer for de fire teksturparametre.
Herefter kan ukendte prøver bedømmes, og den enkelte dommers bedømmelse kan visuelt afmærkes på en skala. Ved bedømmelse af prøver er det vigtigt at dommerne ikke påvirkes af forstyrrelser fra andre dommere og dette standardiseres ved anvendelse af bokse hvor prøverne serveres gennem en luge. Efter bedømmelsen opsamles resultaterne som en karakter mellem 0 og 15 for hver af de ønskede parametre, og gennemsnit og spredning for dommernes bedømmelse kan beregnes. Denne metode er tidskrævende og dyr og er derfor ikke velegnet til den daglige kvalitetskontrol på en produktionsvirksomhed.
Udfordringen er derfor at udvikle en instrumentel målemetode, der indirekte kan fastlægge de ønskede teksturparametre.
En af de mest brugte metoder er en måling af den kraft der opstår når en arm monteret med en probe føres gennem en chip med en konstant hastighed, indtil der sker et brud (Figur 6). Ved dette måleprincip måles dels kraft til kompression af chippen og dels kraft til penetration. Ved måling dannes en kurve med den målte kraft, der omregnes fra N til g (idet 9,81 N svarer til 1 kg), som funktion af den distance [mm] eller tid [s], der er gennemløbet (Figur 7). Fra denne kurve aflæses følgende værdier:
Kraft [g] til at knække chippen. Denne relateres til hårdhed, der registreres ved bid.
Areal under kurven indtil brud. Arbejdet til brud af chippen beregnes som arealet [kraft x distance], og beregnes fra kurven i [g∙mm]. Dette areal kan relateres til det arbejde, der udføres ved tygning af produktet.
Antal toppe til brud. Disse kan relateres til produktets sprødhed.
Instrumentelle målinger af tekstur kan udføres hurtigt og man er mindre afhængig af personressourcer. De er derfor specielt velegnede når der er mange prøver der skal måles, f.eks. i forbindelse med kvalitetskontrol. Før de instrumentelle målinger indføres som rutine er det dog vigtigt at undersøge om der er en tæt korrelation mellem de målte parametre og den sensoriske bedømmelse i et smagspanel. For kartoffelchips er det påvist at der er god korrelation mellem måling af hårdhed ved sensorisk analyse og ved instrumentel teksturmåling [3].
I forskningsprojekter vil teksturmålinger indgå sammen med sensoriske analyse, kemiske analyser af indholdsstoffer og data for processen. Herved opsamles viden gennem hele produktionskæden. Denne viden kan anvendes til at udvælge de bedst egnede råvarer samt til at optimere forarbejdningsprocessen og dermed producere fødevarer med den ønskede sensoriske kvalitet.
Referencer
1. W.F. Talburt; O. Smith: Potato Processing, 4.udg.; Van Nostrand Reinhold, USA, New York, 1987.
2. P. Harris.(Ed.): The Potato crop; Chapman & Hall, London, England, 1992
3. K.D. Dantoft; T. Iversen: Tekstur af kartoffelchips. Institut for Kemi- Bio- og Miljøteknologi, Det Tekniske Fakultet, Syddansk Universitet, 2006.
Figur 1. Elektronmikroskopisk snit af den ydre del af en skrællet kartoffel. I den nederste del ses det vaskulære cellevæv med stivelsesgranulerne [2].
Figur 2. Figur 2. Opbygning af stivelse i kartofler.
Figur 3. Maillardreaktion mellem aminosyren asparagin og glucose og dannelse af acrylamid.
Figur 4. Flow-sheet for produktion af kartoffelchips.
Figur 5. Fysiske processer under stegning af kartoffelchips [3].
Figur 6. Texture Analyzer og probe til teksturmåling af kartoffelchips.
Figur 7. Teksturkurve for måling af en kartoffelchip. Chippen knækker ved en kraft på 400 g. Det røde areal repræsenterer arbejdet til knæk af chippen [3].
