CC BY
69
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЫРЬЯ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 664.292
Свойства пектиновых пленок
З.Н. Хатко, канд. техн. наук, доцент
Майкопский государственный технологический университет
В последние годы возрос интерес к биоразлагаемым полимерным материалам и упаковкам из них, которые разрушаются при воздействии различных микроорганизмов. Создание материалов, часто называемых материалами с регулируемым сроком службы, предполагает введение в них специальных добавок, ускоряющих распад макромолекул полимеров. Для этих целей используют различные полисахариды, содержание
Природные пленкообразующие вещества растительного происхождения - пектиновые вещества, представляют значительный интерес для изготовления различных пленок.
которых в материале может достигать 60 %.
Пленкообразование - процесс образования в результате физико-химических или химических превращений пленки из пленкообразующего вещества. К пленкообразующим веществам относят мономеры, оли-гомеры, полимеры или их композиции, образующие пленку на подлож-
Ключевые слова: пектиновые вещества; пектиновая пленка; скорость высыхания; задержка роста микроорганизмов.
Key words: pectic substances; pectic layer; drying speed; microbes growth inhibition.
ке. Природные пленкообразующие вещества растительного происхождения - пектиновые вещества, представляют значительный интерес для изготовления пленок различного назначения.
Цель работы заключалась в исследовании влияния вида пектина и технологии получения на время высыхания пектинового раствора и качество образующейся пленки. Для получения пленок по разработанному способу [1] использовали промышленные пектины - яблочный (Я ) и свекловичный (С ), под-
пром. пром. ' "
солнечный и свекловичный пектины, полученные в лабораторных условиях; причем последний при следующих отличительных параметрах: из неотжатого жома, промытого во-
Показатели качества и время высыхания пектинового раствора
Вид и способ получения пектина
Показатель Я пром. СПЭ (без нейтр.) С жом (вода, СПЭ (катионит, СПЭ (с нейтр.) СПЭ (с нейтр.) Спром. пром. СПЭ (катионит) Сжом жом (неотжатый,
ацетон) анионит) вода)
Плотность раствора, г/ мл 0,995 0,995 0,995 0,997 0,996 0,995 0,998 0,955 0,997
рН 1%-ного раствора 3,72 3,48 4,17 4,39 3,81 3,50 3,44 4,23 3,17
Время высыхания, мин 181 185 185 185 187 189 189 193 200
Скорость высыхания 1 %-ного раствора пектина
Показатель Температура, °С Объем 1%-ного раствора пектина, мл
3 6
свекловичный яблочный свекловичный яблочный
Время высыхания, мин 40 129 156 217 242
50 112 148 206 229
Скорость высыхания, 40 43,0 52,0 36,2 40,3
мл/мин 50 37,3 49,3 34,3 38,2
Масса пленки, г 40 0,27 0,28 0,57 0,58
50 0,28 0,22 0,57 0,45
дой - С , - ,, из жома,
^ жом (неотжатый, вода)' '
промытого водой и ацетоном -
Таблица 1
Таблица 2
С , ,, из пектинового экстрак-
жом (вода, ацетон)' 1
та с нейтрализацией - СПЭ (с нейтр) и без- Спз ,, - ,, из пектинового эк-
ПЭ (без нейтр.)'
стракта, обработанного катиони-том - С , катионитом и анио-
ПЭ (катионит)'
нитом - С„ , ,, облепихо-
ПЭ (катионит, анионит)
вый порошок. Определяли плотность, рН и время высыхания пектинового раствора, массу и стерильность пленки, их чувствительность к клиническим штаммам микроорганизмов и микроструктуру пектина по принятым методикам [2, 3].
Пектиновые растворы одинаковой концентрации наносили на поверхность и высушивали при температуре 40...60 °С. Исследовали влияние температуры сушки на время высыхания и качество пектиновых пленок в зависимости от вида пектина.
Установлено, что при температуре 40 и 60 °С пектиновые пленки из свекловичного пектина получаются хрупкими, легко разламывающимися, тонкими, а при температуре 50 °С пленки из свекловичного и яблочного пектинов высыхают быстрее, чем при 40 и 60 °С, оставаясь при этом целыми и плотными, что позволяет считать эту температуру оптимальной.
Нами определено время высушивания пектиновых пленок при температуре 50 °С (табл. 1).
Как показывают данные табл. 1, время высыхания пектинового раствора составило 181-200 мин в зависимости от вида и технологической схемы получения пектина. Скорость высыхания 1 мл пектинового раствора составила 36,2-40 мин. Быстрее свекловичного высыхает раствор яблочного пектина, что объясняется меньшей влагоудерживаю-щей способностью последнего. Качество исходного сырья и пектинового экстракта оказывает влияние на время высыхания пектинового раствора следующим образом: из не-отжатого жома - 200 мин, из жома, промытого водой и ацетоном - 185 мин; из экстракта без нейтрализации - 185 мин, с нейтрализацией -187-189 мин; из экстракта, обработанного катионитом, - 193 мин, ка-тионитом и анионитом - 185 мин.
Скорость высыхания 1 %-ного раствора пектина в зависимости от вида пектина, объема раствора и температуры процесса представлена в табл. 2.
Нами изготовлены пектиновые пленки на основе свекловичного и яблочного пектинов и облепихового порошка как источника БАВ, полученного измельчением сухих выжимок. Скорость высыхания разных объемов 1 %-ного раствора пектина и облепихового порошка представлена в табл. 3.
С точки зрения технологических характеристик, оптимальная темпе-
COMPLEX USAGE OF RAW MATERIALS
ратура высушивания пленок - 50 °С, причем скорость высушивания пленок со свекловичным пектином выше, чем с яблочным, на 11,4 %.
Стерилизацию пектиновой пленки проводили методом ультрафиолетового облучения, предварительно подобрав герметичную упаковку (рис. 1). Результаты представлены в табл. 4-6.
Как показывают данные табл. 4-6, пектиновая пленка независимо от вида и способа получения пектина
Скорость высыхания 1 %-ного раствора пектина и облепихового порошка
Таблица 3
!? t SELF SEAL STERILISATION POUCH
■ р ——1 1 __.^TZZ.
' »¡1(1 IrtKF-E, < ' „ __ /ИИ Сi
Рис. 1. Пектиновая пленка в герметичной упаковке для стерилизации и хранения
Вариант Соотношение пек-тин:облепиховый порошок, % Объем 1%-ного раствора пектина, мл Температура, °С Время высушивания, мин Скорость высыхания, мл/мин Масса пленки, г
СП+ОП 25:75 3 60 160 52,1 0,23
СП+ОП 50:50 3 50 80 38,1 0,38
СП+ОП 50:50 6 60 250 40,8 0,41
ЯП+ОП яп+оп 50:50 75:25 4 4 50 60 114 265 33,5 66 3 0,40 0,20
ЯП+ОП 75:25 5 60 272 52,3 0,26
Таблица 4
Бактериологическое испытание пектиновой пленки на стерильность
Бактериологическое испытание на стерильность Время стерилизации, мин
0 10 15 30 45 60
Пектиновая пленка
Результат
пол. пол. отриц. отриц. отриц. отриц.
Таблица 5
Бактериологическое испытание пектиновой пленки из разных видов и способов получения пектина на стерильность
Бактериологичес- Пленка из пектина
кое испытание на Яблочного Свекловичного Свекловичного
стерильность (промышл.) (промышл.) (очищен.)
Результат отриц. отриц. отриц.
достигает стерильности при обработке в УФ-поле в течение 15 мин и в герметичной упаковке сохраняет стерильность в течение не менее 12 мес.
Для определения бактериостатичес-кого действия исследуемых пектинов были взяты клинические штаммы микроорганизмов: Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa,
Staphylococcus faecalis [4]. Определение антимикробной активности проводили методом диффузии в агар (способ колодцев), основанном на оценке угнетения роста микроорганизмов определенными концентрациями испытуемого средства (табл. 7).
Установлено, что исследуемые микроорганизмы не чувствительны к яблочному пектину (сплошной рост), значительно чувствительны к свекловичному пектину (умеренный рост) и полностью чувствительны (отсутствие роста) к пектину с антисептиком.
Далее исследовали влияние вида, способа получения и концентрации пектина на задержку роста клинических штаммов микроорганизмов: E. coli, Ps. aeruginosa, S. aureus, St. faecalis (вокруг «капли» пектинового раствора) в зависимости от концентрации пектина в растворе антисептика (0,05 %-ный раствор хлоргекси-дина) (табл. 8-10).
Существенная и значительная задержка роста исследуемых микроорганизмов наблюдается при концентрации пектинового раствора 1-3 %. Наибольшей чувствительностью к пектину обладают микроорганизмы St. faecalis, причем с увеличением
Таблица 6
Бактериологическое испытание на стерильность пектиновой пленки (в герметичной упаковке)
в процессе хранения
Бактериологическое испытание на стерильность Время хранения, мес
3 6 9 12
Результат отриц. Пектиновая пленка отриц. отриц. отриц.
Таблица 7
Определение чувствительности микроорганизмов к пектину
Микроорганизм Отсев из- под «стерильного пятна» пектинового диска (пленки)
яблоч. / д.вода яблоч. / антисептик свекл. / д. вода свекл./ антисептик
E. coli Сплошной рост Сплошной рост Умеренный рост Роста нет
E.coli То же То же То же То же
E. col То же То же То же То же
E. col E col То же То же То же ^ же
E. col То же То же То же То же
E. col То же То же То же То же
E. col То же То же То же То же
Ps. aeruginosa То же То же То же То же
Ps. aeruginosa То же То же То же То же
Ps. aeruginosa То же То же То же То же
Ps. aeruginosa То же То же То же То же
St. faecalis То же То же То же То же
St. faecalis То же То же То же То же
St. faecalis То же То же То же То же
концентрации пектинового раствора происходит снижение этого показателя от значительной задержки роста до умеренной. Высокоочищенный свекловичный пектин обладает наибольшим антимикробным эффектом по сравнению с другими исследуемыми пектинами.
Проведенный рентгеноспектраль-ный микроанализ состава пектиновых веществ [5], полученных из свекловичного жома, показал, что способ обработки сырья перед гидролизом-экстрагированием пектиновых веществ, очистка пектинового экстракта и пектина от балластных ве-
КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СЫРЬЯ
ТЕМА НОМЕРА
Таблица 8
Влияние свекловичного промышленного пектина на задержку роста клинических штаммов микроорганизмов
Таблица 9
Влияние свекловичного высокоочищенного пектина на задержку роста клинических штаммов микроорганизмов
Концентрация пектина в растворе антисептика, % Задержка роста микроорганизмов вокруг «капли» пектинового раствора
Е.соП РБ.аегид. Б.аигеиБ 511аеса!1$
1,0 ++ ++ + +++
3,0 ++ ++ + + ++
5,0 + ++ + + ++
9,0 + + + ++
13,0 + + + ++
17,0 - + + ++
1. во
е
Рис. 2. Микрофото свекловичного пектина (а, б - очищенный ионообменными смолами; в, г - промышленный) и электронограммы (д - промышленный; е - очищенный ионообменными смолами)
Концентрация пектина в растворе антисептика, % Задержка роста микроорганизмов вокруг «капли» пектинового раствора
Е. соН рб. аегид. Б. аигеиБ 1аеса!1$
1,0 +++ ++ - +++
3,0 ++ ++ ++ +++
5,0 + + ++ + +
9,0 + + ++ + +
13,0 + + ++ + +
17,0 + + + + +
Таблица 10
Влияние подсолнечного пектина на задержку роста клинических штаммов микроорганизмов
Концентрация пектина в растворе антисептика, % Задержка роста микроорганизмов вокруг «капли» пектинового раствора
Е. соН рб. аегид. Б. аигеиБ 1аеса!1$
1,0 +++ ++ - +++
3,0 + ++ ++ + +
5,0 + + - + +
9,0 + + + + +
13,0 + - + +
17,0 + + + +
Примечание: ( + ) - умеренная задержка роста микроорганизмов; ( + + ) - существенная задержка роста микроорганизмов; (+++) -значительная задержка роста микроорганизмов.
ществ (рис. 2) влияют на микроструктуру свекловичного пектина и весовое количество структурных элементов.
Следовательно, структура и химический состав пектиновых веществ определяют форму их молекул и характер взаимодействия с другими соединениями.
Таким образом, можно отметить, что пектиновый раствор образует пленку, скорость высыхания и качество которой зависят от вида и концентрации пектина. Герметично упакованная пектиновая пленка, независимо от вида и способа получения пектина, достигает стерильности при обработке в УФ-поле в течение 15 мин и сохраняет ее в течение не менее 12 мес. Свекловичный пектин приводит к снижению роста клинических штаммов микроорганизмов от сплошного до умеренного, а в комбинации с антисептиком - к отсутствию роста. Наибольшей чув-
ствительностью к разным видам пектина из исследуемых микроорганизмов обладают St. Faecalis.
ЛИТЕРАТУРА
1. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам/Методические указания. МУК 4.2.1890-04. - С. 4-21.
2. Патент РФ № 2342955 Способ получения антисептической пленки.
3. Хатко, З.Н. Биохимическое обоснование и разработка способов получения высокоочищенного свекловичного пектина//Известия вузов. Пищевая технология/З.Н. Хатко. -Краснодар, 2009. - 115 с.
4. Хатко, З.Н. Исследование чувствительности клинических штаммов микроорганизмов к свекловичному пектину//З.Н. Хатко//Материалы XII Международной научной конференции «Здоровье семьи - XXI век», Не-тания (Израиль). Ч. II. - Пермь: Издательство «ПОНИЦАА», 2008. - С. 348-350.
5. Хатко, З.Н. Влияние различных факторов на микроструктуру пектиновых веществ из свекловичного жома/З.Н. Хатко//Материалы Международной научно-практической конференции «Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий». - М., 2011. - С. 249-251.
в
г
