CC BY
10
АНТИОКСИДАНТНАЯ АКТИВНОСТЬ ОВСЯНЫХ И ЯЧМЕННЫХ
ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
Наиболее распространенная причина патологических процессов в человеческом организме, вызывающих преждевременное старение и развитие многих болезней -избыточное накопление в организме кислородных свободных радикалов. Их вредное воздействие приводит к повреждению стенок сосудов, мембран, окислению липидов. Такое состояние называют оксидантным стрессом [1].
Увеличение концентрации свободных радикалов в организме является следствием снижения активности естественной антиоксидантной системы человека, что, в свою очередь, связано с некачественным питанием, неконтролируемым приемом некоторых лекарственных средств, в том числе контрафактных, широким распространением социальных заболеваний (алкоголизм, курение, наркомания), постоянными стрессами, усилением угнетающего воздействия ухудшающейся экологической и санитарно-эпидемиологической ситуаций [2].
Вредное воздействие свободных радикалов можно уменьшить систематическим употреблением пищевых продуктов и напитков, лекарственных растительных препаратов, биологически активных добавок, обладающих высокой антиоксидантной активностью (АОА). Ранее наиболее известными природными антиоксидантами считали витамины Е, С и каротиноиды. Однако эти антиокси-данты не обладают достаточной активностью для эффективного применения с целью коррекции антиок-сидантного статуса человека.
Особую ценность представляют биофлавоноиды, обладающие антиканцерогенными, антисклеротическими, противовоспалительными и антиаллергическими свойствами. По антиоксидантной активности они в десятки раз превосходят витамины С, Е и каротиноиды. Особенно активно природное сочетание биофлавоноидов. Основные источники этих антиоксидантов - фрукты, овощи, ягоды, мед, чай, красное вино, растительные масла. Большинство природных антиоксидантов поступает в организм человека с этими продуктами.
При систематическом употреблении пищевых продуктов и напитков, содержащих природные антиокси-данты, заболеваемость населения опасными социально значимыми заболеваниями значительно ниже. В странах Средиземноморского региона заболеваемость сердечно -сосудистыми и онкологическими заболеваниями значительно ниже, чем в северных европейских странах, что связывают с особенностью диеты в этих странах - повышенным потреблением фруктов, овощей, оливкового масла, рыбы, вина.
Регулярное потребление фруктов, овощей, оливкового и подсолнечного масла, красного вина, чая значительно снижает риск сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний.
Растительные пищевые продукты содержат сотни разных антиоксидантов. Необходимо знание их общей ан-тиоксидантной способности, так как поглощение свободных радикалов связано с их кумулятивным действием. В литературе приводится общее содержание антиоксидан-тов в растительных пищевых продуктах (фрукты, ягоды,
Куцов Сергей Владимирович
Доцент, канд. тех. наук, ВГУИТ, г. Воронеж Пухтинова Анна Игоревна Копельчук Елизавета Юрьевна
Студент гр. Т-123, ВГУИТ, г. Воронеж
овощи, злаки, орехи и корнеплоды). Однако злаковым культурам уделено недостаточное внимание.
В рационе жителей большинства стран мира хлебобулочные изделия, продукты питания из зерна и круп злаковых культур имеют наибольшее значение. Количество потребляемых ежедневно пищевых продуктов из злаков велико, и полезные вещества, поступающие с ними, оказывают важное влияние на организм человека.
Нами были изучены природные антиоксиданты овса и ячменя, а также основных злаковых культур, широко используемых в нашей стране.
Измерения проводили на приборе «ЦветЯуза-01-АА». Амперометрический детектор в приборе работал в окислительном режиме. В ячейке детектора на поверхности рабочего электрода происходит окисление молекул исследуемого вещества, при этом возрастает электрический ток между двумя электродами. Величина электрического тока зависит от природы анализируемого вещества, природы рабочего электрода и потенциала, приложенного к электроду.
Возникающие электрические токи очень малы и находятся в пределах 10-6 - 10-10 А. Эти аналоговые сигналы усиливаются, а затем с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) преобразуются в цифровой сигнал, который регистрируется на дисплее компьютера, в случае необходимости выходные результаты можно распечатать на принтере.
Нами оценивалась способность к захвату свободных радикалов флавоноидами или другими полифенолами, т. е. их антиоксидантная активность [3], которая может измеряться величиной окисляемости этих соединений на рабочем электроде амперометрического детектора. Сигнал регистрируется в виде дифференциальных выходных кривых. С помощью специального программного обеспечения производится расчет площадей или высот пиков (дифференциальных кривых) анализируемого и стандартного веществ. Для анализа используется среднее значение из трех - пяти последовательных измерений. В качестве стандартных веществ можно применять общеизвестные антиоксиданты: рутин, кверцетин, дигидроквер-цетин, мексидол, тролокс, аскорбиновую кислоту, галловую кислоту и др.
Для водорастворимых проб в качестве стандарта использовали кверцетин. Перед измерениями строили гра-дуировочный график зависимости сигналов кверцетина (площади пиков) от концентрации кверцетина. Значение суммарного содержания антиоксидантов в соках, в частности, в муке пшеничной высшего сорта 0,468 мг/дм3, означает, что АОА 1 дм3 муки пшеничной высшего сорта сопоставима с АОА 0,468 мг кверцетина.
Растворы размолов зерна злаковых культур получали по известной методике. Навеску массой 5 г (размолотого зерна, муки или толокна) высыпают в сухую коническую колбу и приливают 100 г дистиллированной воды. Содержимое колбы немедленно перемешивают взбалтыванием до исчезновения комочков. Вытяжку настаивают в течение не менее 4 часов, затем фильтруют при помощи
фильтровальной бумаги. Фильтрат не должен содержать взвешенных частиц.
Исследование АОА проводили по методике выполнения измерений содержания антиоксидантов в БАДах, напитках, экстрактах растений [4].
Подготовленную пробу набирали в медицинский шприц вместимостью 1 см3 и промывали дозируемую петлю, при этом кран - дозатор находился в положении «ввод».
Проводили по 5 последовательных измерений сигналов (площади выходной кривой) исследуемых растворов. За результат принимали среднее арифметическое значение из 5 измерений (СКО не более 5%).
Расчет СА (мг/дм3) исследуемого образца проводили по калибровочному графику кверцетина. В случае необходимости полученную величину пересчитывали в мг/см3. При расчете конечного результата для жидкого образца необходимо учесть разбавление пробы (если оно проводилось).
Расчет проводился по формуле:
СА = САгр ■ N
(1)
где САгр - величина содержания антиоксидантов, найденная по калибровочному графику, мг/дм3; N - разбавление анализируемого образца.
В случае анализа твердых образцов СА (мг/г) рассчитывается по формуле:
СА = с^р-^н (2)
►V, .-1 ПЛЛ 4 '
тпр1000
где САгр - величина антиоксидантной активности, найденная по калибровочному графику, мг/дм3; -объем раствора (экстракта) анализируемой пробы, см3; тпр - навеска анализируемого вещества, г.; N - разбавление анализируемого образца.
На рисунках 1 и 2 приведены хроматограммы образцов продуктов.
Рисунок 1. Воспроизводимость последовательных 5 дозирований разбавленных растворов вытяжки размола овса
1 2 3
1Л
г I
J 1 I I1
"1,1". с. 209,25 с. 41 = , с.
Хромасгограмма : 1_52.сгт
Длительность: 41в,7Эс. 13:13:04
Приращения ^: 41,85 с.У: 91,63 нА.)
Рисунок 2. Воспроизводимость последовательных 3 дозирований разбавленных растворов вытяжки мякиша
хлеба «Дарницкий»
При проведении сравнительных анализов образцов, не требующих особой точности, допускается не строить калибровочный график кверцетина, в этом случае проводится измерение сигнала исследуемого образца (площадь выходной кривой) и сигнала кверцетина. Концентрация раствора кверцетина подбирается таким образом, чтобы отношение сигналов не превышало 1,2.
СА (мг/см3) рассчитывается по формуле:
СА = -06 • г
(3)
где Sоб - площадь выходной кривой исследуемого образца; Sст - площадь выходной кривой кверцетина; Сст -концентрация раствора кверцетина, мг/см3.
Настоящая методика обеспечивает выполнение измерений содержания антиоксидантов исследуемого образца с погрешностью, не превышающей 5 % во всем диапазоне измеряемых величин при доверительной вероятности 0,95.
При анализе антиоксидантной активности основных злаковых культур использовалось 20 проб каждого размола, проводилось по 3 ввода каждой вытяжки. В таблицу 1 вносились средние значения антиоксидантной активности.
Антиоксидантная активность (стандарт - кверцетин)
Таблица 1
Название АОА
Сырье
Мука пшеничная высшего сорта, мг/дм3 0,4962
Мука пшеничная первого сорта, мг/дм3 0,4791
Мука ржаная высшего сорта, мг/дм3 0,5084
Размол овса, мг/дм3 0,5514
Размол ячменя, мг/дм3 0,5127
Готовый продукт
Толокно овсяное (классическая технология), мг/дм3 0,5746
Толокно овсяное (технология с применением обжарки), мг/дм3 0,5986
Толокно ячменное (классическая технология), мг/дм3 0,5343
Толокно ячменное (технология с применением обжарки), мг/дм3 0,5566
Хлеб «Дарницкий», мг/г 0,1713
Хлеб «Бородинский», мг/г 0,2142
Хлеб «Городской», мг/г 0,1727
Булка «Городская», мг/г 0,1612
Бисквит, мг/г 0,1687
Печенье «Молочное», мг/г 0,1712
Печенье «Овсяное», мг/г 0,2663
В результате проведенной работы нами получены сравнительные характеристики антиоксидантной активности различных злаковых культур и выявлены возможности для создания технологии функциональных продуктов с повышенной антиоксидантной активностью.
Из таблицы видно, что среди готовых продуктов наибольшей активностью обладают толокно овсяное и ячменное, а также хлебобулочные и кондитерские изделия из компонентов с высокой антиоксидантной активностью - муки ржаной и овсяной, произведенные по современным технологиям [5-9].
Из анализа полученных данных можно сделать вывод о целесообразности использования в качестве сырья овса и ячменя для производства хлебобулочных и кондитерских изделий функционального назначения.
Знание суммарного содержания природных антиок-сидантов в сырье позволяют создавать напитки и пищевые продукты с повышенной антиоксидантной активностью предназначенные для антиоксидантной терапии.
Библиографический список
1. Яшин, А.Я. Определение содержания природных антиоксидантов в пищевых продуктах и БАДах [Текст] / А.Я. Яшин, Н.И. Черноусова // Пищевая промышленность. - 2007. - №5. - С. 28-30.
2. Яшин, А.Я. Антиоксиданты в красном вине и их определение амперометрическим методом [Текст] / А.Я. Яшин, Я.И. Яшин, Н.И. Черноусова // Виноделие и виноградарство. - 2007. - №6. - С. 2223.
3. Гигиеническая оценка региональных особенностей
питания взрослого населения и их влияния на формирование здоровья [Электронный ресурс] / URL: http://www.dslib.ru/gigiena/takaev.html.
4. Яшин, А.Я. Новый прибор для определения антиоксидантов в пищевых продуктах и напитках [Текст] / А.Я. Яшин, Я.И. Яшин, Н.И. Черноусова // НПО «Химавтоматика». - М., 2006.
5. Куцов, С.В. Комплексная оценка качества обжаренного овса [Текст] / С.В. Куцов // Вестник ВГТА. - 2008. - №3 - С. 37 - 43.
6. Шевцов, А.А. Кинетика процесса сушки овса воздухом и перегретым паром атмосферного давления [Текст] / А.А. Шевцов, С.В. Куцов // Хранение и переработка сельхозсырья - 2007. - № 7. - С. 34 - 36.
7. Пат. 2329102 Российская федерация. Способ производства толокна и технологическая линия для его осуществления [Текст] / Куцов С.В., Шевцов С.А., Острикова Е.А.; заявитель и патентообладатель Воронежская государственная технологическая академия.; опубл. 20.07.2008.
8. Шевцов, С.А. Математическое моделирование процесса обжарки овса перегретым паром [Текст] / С.А. Шевцов, С.В. Куцов, Е.А. Острикова // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. - 2008. - №3 - С. 10-12.
9. Куцов, С.В. Мониторинг рынка хлебобулочных изделий из муки с различной антиоксидантной активностью [Текст] / С.В. Куцов // ФЭС. Финансы. Экономика. Стратегия, - 2010. - № 12 - С. 46-49.
КВАНТОВО - МЕХАНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ СРЕЗАЕМОГО СЛОЯ ПРИ РЕЗАНИИ
Кузьмишина Анастасия Михайловна
Аспирант, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Н.Новгород
Изложен атомный подход к процессам деформации и разрушению стружки при резании. Установлена связь сопротивлению сдвигу, вида стружки с параметрами, характеризующими энергетическое состояние кристаллической решетки, ее энергии дефекта упаковки, теплоту плавления. Приведены результаты квантово - механических расчетов, показывающих роль примесей в процессах деформации и формирования вида стружки, а также изменение дислокационной структуры при сдвиге элемента стружки. Показано, что постоянство сдвигу при изменении режимов резания связано с достижением в кристаллической решетке предельной плотности дислокаций. Указаны пути повышения эффективности процесса резания.
Set out the approach to the nuclear deformation and failure of chips when cutting. The connection between the shear resistance of the form of chips with parameters characterizing the energy state of the crystal lattice, its stacking fault energy, heat of fusion. The results of quantum - mechanical calculations, showing the role of impurities in the process of deformation and the formation of the form of chips, as well as the change of the dislocation structure under shear element chips. It is shown that when changing the shift constancy cutting conditions associated with the achievement of a limiting density of lattice dislocations. Ways of improving the efficiency of the cutting process.
Ключевые слова: атомная структура металлов, дислокации, резание, деформация, сопротивление сдвигу, примеси, квантово - механические расчеты.
Keywords: atomic structure of metals, dislocation, cutting, deformation, shear strength, impurity, quantum - mechanical calculations.
Проблема повышения эффективности процессов механообработки обусловливает необходимость углубленных исследований физических закономерностей, сопровождающих отделение срезаемого слоя от заготовки.
Современный уровень достижений области физики твердого тела, физики металлов, квантовой механики позволяет рассмотреть процессы деформации и разрушения срезаемого слоя при резании на атомном уровне, в частности, путем моделированием прочности межатомной связи в различных материалах, определяющих сопротивлению сдвигу элемента стружки при резании.
В этой связи, целью работы явилось исследование механизмов пластической деформации на атомном уровне и определение связи параметров, характеризующих сопротивление сдвигу при резании, с параметрами, определяющими механизмы деформации различных типов кристаллической решетки.
Наши исследования показывают, что на сопротивление пластической деформации срезаемого слоя большое влияние оказывает тип кристаллической решетки обрабатываемого материала, его энергия дефекта упаковки (э.д.у.), наличие примесей на границах зерен и способность материала релаксировать на границах зерен. Влияние этих параметров проявляется через виды диссипатив-ных структур, формирующихся в процессе деформации срезаемого слоя и определяющих ее локализацию. В этой связи, вид стружки будет существенно определяться указанными факторами.
Разработана модель зоны стружкообразования [1] с учетом атомной структуры материалов. Перед нижней границей зоны стружкообразования обрабатываемый материал имеет как исходную (начальную) плотность дислокаций, так и электронную структуру. На нижней границе электронная структура обрабатываемого материала деформируется упруго (т.е. без разрыва межатомных связей). По мере деформации срезаемого слоя происходит рост плотности дислокаций и разрыв межатомных связей, т.е. обрабатываемый материал испытывает деформационное упрочнение. В работе указывается, что размер ячеистой дислокационной структуры оказывается запрограммированным уже на пределе упругости. В этой связи,
обнаруживается и зависимость тсдв при резании от предела упругости.
В целом, склонность обрабатываемых материалов к деформационному упрочнению будет зависеть как от его электронной, так и дислокационной структуры, ее энергии дефекта упаковки, наличия примесей, скорости деформирования, температуры, типа кристаллической решетки и т. д., а также от скорости протекания процессов разупрочнения.
В углеродистых сталях основная примесь — это углерод, который, располагаясь на границах зерен, может способствовать их охрупчиванию. С ростом температуры диффузионная подвижность углерода возрастает, что облегчает проскальзывание зерен, увеличивает и изменяет форму стружки. Как отмечалось выше, дислокации не подвержены термической активации и в результате степень деформации срезаемого слоя и силы резания снижаются.
Установлено, что чем выше э.д.у. металла, тем больше тсдв и степень деформационного упрочнения - е. Такая зависимость обусловлена влиянием э.д.у. на расщепление дислокаций и на их способность к фрагментации зерен. Чем выше э.д.у., тем больше склонность дислокаций к расщеплению и фрагментации, что способствует повышению тсдв. В металлах с ОЦК решеткой взаимодействие дислокаций с примесями (углеродом) очень сильное, а винтовые дислокации склонны к поперечному скольжению. Примеси, сегрегируя на субграницы дислокационной структуры, повышают их устойчивость и сопротивление скольжению дислокации. В результате тсдв при резании высокоуглеродистых сталей увеличивается. В этой связи низкие тсдв при резании титановых сплавов следует связать с наличием примесей (водорода и т.д.) на границах зерен и прежде всего, с его низкой э.д.у., вследствие закрепления дислокаций примесями.
Сопротивление сдвигу тсдв зависит и от е степени деформации. Это обусловлено тем, что металлы с низкой э.д.у., по сравнению с металлами с высокой, имеют большую продолжительность в уровне упрочнения, достигаемом при деформации: чем ниже э.д.у., тем позже наступает динамический возврат, тем при прочих равных
