CC BY
83УДК 664.8.035.76
DOI 10.29141/2500-1922-2020-5-1-4
Биоразлагаемые съедобные пленки на основе отходов переработки яблок - яблочных выжимок
Н.В. Макарова1, Н.Б. Еремеева1, Я.В. Давыдова1*
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Российская Федерация, *e-mail: [email protected]
Реферат
Съедобная пленка, предлагаемая во всем мире как альтернатива бионеразлагаемой полимерной пленки, способна частично заместить ее как упаковочный материал для ряда пищевых продуктов. В статье приведены данные исследования образцов одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи-, восьми-, девяти-, десятислойных съедобных пленок. Съедобные пленки получены на основе одного из самых распространенных видов фруктов - яблок. Особенность пленки состоит во введении в ее состав яблочных выжимок, которые в данный момент недостаточно используются в пищевой промышленности и являются отходами. Изучены: а) органолептические свойства (внешний вид, цвет, вкус, аромат, пережевываемость), микроструктура поверхности съедобных пленок - с помощью лазерной микроскопии; б) структура пленки - методом ИК-спектроскопии; в) отношение пленки к воде, к воздействию высоких и низких температур; г) прочностные свойства. Результаты исследований показывают, что съедобная многослойная пленка на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок вполне пригодна по органолептическим показателям к употреблению. Несмотря на наличие отдельных трещин и пустот в структуре пленки, она обладает высокими прочностными характеристиками, является в меру устойчивой к воде и низким температурам, но теряет свои пластические свойства при МВ-нагреве.
Для цитирования: Макарова Н.В., Еремеева Н.Б., Давыдова Я.В. Биоразлагаемые съедобные пленки на основе отходов переработки яблок - яблочных выжимок //Индустрия питания|Food Industry. 2020. Т. 5, № 1. С. 32-43. DOI: 10.29141/2500-1922-2020-5-1-4
Дата поступления статьи: 6 ноября 2019 г.
Biodegradable Edible Film on the Basis of Apple Waste Products, i.e. Apple Marrow
Nadezhda V. Makarova1, Natalya B. Eremeeva1, Yana V. Davydova1*
1Samara State Technical University, Samara, Russian Federation, *e-mail: [email protected]
Abstract
Edible film spread worldwide as an alternative to biodegradable polymer film can partially replace it as a packaging material for a number of food products. The article presents data on the study of samples of one-, two-, three-, four-, five-, six-, seven-, eight-, nine-, ten-layer edible films. Edible films are based on one of the most common types of fruit - apples. The film peculiarity is the Apple pomace introduction into its composition, which is currently not used enough in the food industry and is waste. The researchers studied: a) organoleptic properties (appearance, color, taste, aroma, chewability), surface microstructure of edible films using the laser microscopy; b) film structure by the IR spectroscopy; C) the ratio of the film to water, to the effects of high and low temperatures; d) strength properties. Research results show that the edible multi-layer film based on Apple raw materials with the addition of Apple pomace is quite suitable for organoleptic indicators for use. Despite
Ключевые слова:
съедобная пленка;
яблочные выжимки;
органолептические свойства;
прочность;
структура;
водопоглощение;
водоустойчивость;
воздействие
температуры
Keywords:
edible film; apple pomace; organoleptic properties; strength; structure; water absorption; water resistance; temperature effect
the presence of individual cracks and voids in the film structure, it has high strength characteristics, is moderately resistant to water and low temperatures, but loses its plastic properties when MV-heating.
For citation: Nadezhda V. Makarova, Natalya B. Eremeeva, Yana V. Davydova. Biodegradable Edible Film on the Basis of Apple Waste Products, i.e. Apple Marrow. Индустрия питания|Food Industry. 2020. Vol. 5, No. 1. Pp. 32-43. DOI: 10.29141/2500-1922-2020-5-1-4
Paper submitted: November 06, 2019
Введение
С каждым годом в России, как и во всем мире, увеличивается употребление пищевых продуктов в полуготовом или готовом виде. Для сохранения качества таких продуктов широко используется специальная упаковка. Вместе с тем чем больше объемы упаковки, тем значительнее ее отходы [1]. Для захоронения бытовых отходов необходимы полигоны большой емкости. Проводятся исследования по тематике безопасного и стабильного хранения бытовых отходов [2]. Все это требует больших финансовых затрат.
Упаковка играет значительную роль в общей цепи сбыта пищевых продуктов [3]: она не только защищает продукт от внешних воздействий, сохраняя его качество, снижая потери, увеличивая срок годности, но может служить дополнительным рекламным элементом.
Основным сырьем для производства упаковки служат полимеры. Однако мировой рынок пищевых продуктов постоянно расширяется. Увеличиваются и объемы производства упаковки [4], в основном из полимеров. Следовательно, растут и объемы бытовых отходов, и количество полигонов для их захоронения. Есть ли альтернатива этому? Ученые предлагают использовать биоразлагаемые полимеры [5]. Научные поиски в этой области весьма интересны. Однако в последние 15 лет все более активно ведутся исследования по созданию съедобной пленки, в основном, на основе крахмала, желатина, белков, хотя фрукты как высокоурожайный сырьевой источник могут также выступать в качестве основы для производства съедобных пленок.
Яблоки - один из самых популярных сырьевых источников среди всех используемых фруктов - содержат ряд очень важных для здоровья человека компонентов [6], которые способны предотвращать такие заболевания, как рак и сердечно-сосудистые изменения [7]. Также множество исследований посвящены изучению физических свойств и химического состава яблок. Например, пакистанские ученые [8] анализируют на предмет точности и наибольшей сходимости несколько математических моделей, описывающих зависимость между физическими свойствами яблок и условиями их выращивания.
В работе итальянских ученых [9] приведены результаты анализа методом жидкостной хроматографии - масс-спектрометрии - для твердофазных экстрактов из яблок сорта Mela Rossa Val Metauro отдельно для целого яблока, кожицы и мякоти и определено содержание вкусоаро-матических соединений. Количественные значения этих веществ в зависимости от элемента яблок очень различаются.
В настоящее время число продуктов, получаемых непосредственно из яблок, ограничено соком, сухофруктами и пюре. Если ранее в Советском Союзе большая часть соков относилась к сокам прямого отжима, то в настоящее время - это, в основном восстановленные соки из концентрата яблочного сока. Ученые сосредоточены на отработке технологических режимов его производства [10].
Для яблок рассматриваются [11] различные технологии сушки (конвективная, микроволновая, сублимационная) с целью определения оптимальной технологии, обеспечивающей не только наиболее быстрый, но и наиболее энергетически выгодный вариант.
Яблочное пюре из яблок сорта Granny Smith изучено [12] на предмет изменения физико-химических показателей, определения состояния микробной фазы, содержания нутриентов в зависимости от исходного давления гомогенизации и времени хранения с целью выбора оптимальных технологических параметров для стадии гомогенизации.
Яблочные выжимки представляют собой основные отходы переработки яблок. В настоящее время в России они практически не используются. При этом как отходы производства пищевых продуктов они дают определенную экологическую нагрузку на окружающую среду. Вместе с тем в ряде научных исследований [13] доказывается, что яблочные выжимки содержат сахара, пищевые волокна, белки и могут выступать в качестве источника гидроксициннамовых и бензойных кислот, гидроксихалконов, флавоно-лов [14].
Исследования, посвященные получению и раскрытию свойств съедобных пленок, проводятся
уже в течение несколько лет, удалось достичь определенных успехов.
В состав пленки из желатина вводили соевый лецитин и экстракт миниоки [15]. У этих пленок исследованы прочность на разрыв, эластичность, проницаемость для водяного пара, растворимость. Многие характеристики пленки с экстрактом маниоки имеют очень высокие значения.
У полученной на основе желатина, глицерина с добавлением оливкового масла [16] съедобной пленки изучены структура (методами ИК-спек-троскопии, дифференцирующей сканирующей колориметрии, лазерной сканирующей микроскопии), прочностные характеристики, проницаемость для водного пара. Ученые пришли к выводу, что увеличение содержания оливкового масла в пленках повышает их прочность и эластичность.
На основе соевого белка изготовлены [17] несколько видов пленок с добавлением глицерина, ацетона, Tween-60, а также эфирных масел душицы и корицы. Были изучены прочность этих пленок на разрыв, их эластичность, модуль Янга. Пленки с добавками имеют более высокие прочностные характеристики.
В пленку на основе белкового изолята соевых бобов вводили [18] целлюлозу, микрокристаллическую целлюлозу из пшеничных отрубей, модифицированную целлюлозу с использованием ультразвуковой и микроволновой обработки. Изучены микроструктура пленки, ее прочность, растяжимость и паро- и кислородопроницае-мость. Установлено, что на свойства пленки влияет не только характер наполнителя, но и размер его частиц. Именно модифицированная целлюлоза улучшает свойства съедобной пленки.
Полученные [19] на основе крахмала и окте-нилсукцината натрия с добавлением глицерина съедобные пленки изучены по показателям прочности на разрыв, проницаемости водяных паров. Повышение содержания глицерина уменьшает прочность на разрыв, при этом пленки характеризуются высокой маслостойкостью.
Для производства съедобной пленки использован крахмал маниока с добавлением 30 % белкового концентрата соевых бобов и 0-30 % глицерина [20]. Для характеристики пленки изучены такие показатели, как модуль эластичности, прочность на разрыв. Пленки с этими добавками менее прочны, но более эластичны, чем пленки на основе только крахмала.
Микроструктура пленок из хитозана изучалась методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифракции [21]; также оценены их термические и механические свойства. К этим пленкам прикладывали электрическое поле. Установлено, что за счет формирования
более регулярной структуры изменяется морфология поверхности пленки.
Пленки из хитозана с добавлением 25; 75; 125 % глицерина исследованы по такому показателю, как зависимость прочностных характеристик от технологии сушки [22]: воздухом, нагретым до 40 °С, вакуумной сушкой или сушкой перегретым паром низкого давления (90 °С, 10 кПа). Лучшие характеристики имеют пленки, высушенные при низких температурах.
Несколько пластификаторов (глицерин, сорбит, сахароза, фруктоза, полипропиленгликоль) использовались в пленке из красных водорослей [23]. Пленки исследовались по показателям прочности на разрыв, эластичности, проницаемости для водяных паров. Каждый пластификатор улучшает определенные характеристики: прочность - за счет использования фруктозы, эластичность - за счет глицерина, проницаемость - за счет пропиленгликоля.
Смола мескитового дерева использовалась в качестве основы для получения съедобной пленки [24]. В пленку добавляли CaCl2 и глицерин и изучали зависимость проницаемости пленки для водяного пара от процентного содержания CaCl2. Добавка CaCl2 уменьшает проницаемость. Пленка с добавкой глицерина имеет высокую проницаемость водяного пара.
Проведены эксперименты по анализу цветовых характеристик, гомогенности, прозрачности, прочности на разрыв, растяжимости, проницаемости для водяного пара пленки из альгината натрия, пектина или их смеси. Более эластичной и более прочной является пленка с соотношением пектина и альгината 50:50; низкой водопроницаемостью обладает пленка из чистого альги-ната [25].
Описано получение пленки с антиоксидант-ным действием на основе пшеничного крахмала (WS), хитозана (CH), глицерина с добавкой эфирных масел базилика (B), тимьяна (Th), лимонной кислоты (CA), а-токоферола (Tp) [26]. Изучены антиоксидантная активность пленки (методом ABTS), ее микроструктура, оптические характеристики, прочность, проницаемость.
На основе казеината натрия (SC) и эфирных масел корицы (C) и имбиря (G) получены съедобные пленки с антиоксидантным действием [27]. Антиоксидантный эффект изучен по изменению перекисного числа подсолнечного масла. Пленки поддерживают окислительные числа на первоначальном уровне. Также была изучена анти-оксидантная активность пленок по методу ABTS. Определены прочностные свойства пленок.
Таким образом, несмотря на достигнутые определенные положительные результаты в получении и описании свойств съедобных пленок были
установлены их недостатки. Например, одним из существенных недостатков съедобных пленок являются ограниченные сырьевые источники, которые и обусловливают их плохие органо-лептические свойства.
Цель работы - провести анализ органолепти-ческих свойств, микроструктуры, водопогло-тительной способности, прочностных характеристик, устойчивости к воздействию высоких и низких температур одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи-, восьми-, девяти-, десятис-лойных съедобных пленок, полученных на основе яблочного сырья с добавлением пластификатора - пектина - в количестве 2 % и яблочных выжимок в количестве 5-30 % от исходного сырья.
Материалы и методы исследования
Метод производства многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Прежде чем получить яблочное пюре, служащее основой пленок, плоды яблок подвергли подготовке, предусматривающей инспекцию, сортировку, калибровку и мойку; затем удаляли несъедобные части яблок (плодоножку, семенную камеру), нарезали и измельчали до пюре-образного состояния, протирали, получали два продукта - яблочное пюре и яблочные выжимки. К полученной массе яблочного пюре добавляли пектин в количестве 2 % от массы исходного сырья, подвергали гомогенизации. Формование однослойного пленочного материала проводили методом прокатывания массы через вальцы с образованием съедобной пленки толщиной 1-3 мм. Полученный лист съедобной пленки сушили в течение одного часа. Последующие слои наносили аналогично, высушивали в течение 30 мин. Последний слой приготавливали из яблочных выжимок. Готовую пленку охлаждали до комнатной температуры.
Определение органолептических характеристик многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Исследования орга-нолептических показателей были проведены по ГОСТ 8756.1-79 «Продукты пищевые консервированные. Методы определения органолепти-ческих показателей, массы нетто или объема массовой доли составных частей». Для каждого образца пленки были определены такие характеристики, как внешний вид, цвет, вкус, аромат и пережевываемость.
Микроскопия многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Микроско-пирование образцов многослойной съедобной пленки проводилось на лабораторном микроскопе «Микромед 3-20М». Сканирующая электронная микроскопия образцов многослойной
съедобной пленки проводилась на электронном микроскопе «JEOL-6390A».
ИК-спектроскопия многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. ИК-спектры для образцов многослойной съедобной пленки были сняты на «Shimadzu IRAffinity-1» в тонком слое с преобразованием Фурье.
Определение влагопоглотительной способности многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Этот показатель был определен для всех пленок. Образцы пленок помещались в дистиллированную воду и выдерживались:
• при 23 °С в течение 30; 60 и 90 мин;
• при 60 °С в течение 30; 60 и 90 мин;
• при 90 °С в течение 30; 60 и 90 мин.
Степень водопоглощения многослойной съедобной пленки в процентах определяли как отношение массы пленки после эксперимента к массе пленки до эксперимента.
Определение толщины многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Толщину пленки измеряли с помощью цифрового микрометра «FIT 19909». Выполняли пять измерений для каждой пленки: одно - в центре образца и четыре - на различных участках периметра пленки. Рассчитывали среднее значение толщины пленки.
Испытание на растяжение многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок проводили на лабораторном испытательном комплексе, включающем в себя разрывную машину «INSTRON-5988» (Испытательная лаборатория по определению механических свойств и химического состава конструкционных материалов СамГТУ), со скоростью приложения нагрузки в больших пределах от 0,001 до 508 мм/мин. Испытывали образцы шириной 10 мм при расстоянии между зажимами 150 мм. Определяли деформационные свойства материалов с получением графика зависимости «нагрузка - перемещение», «напряжение - перемещение»; математическую обработку результатов проводили с помощью программного обеспечения «Blue-hill 3». Исследования прочностных характеристик и толщины были проведены в соответствии с ГОСТ Р 53226-2008 «Полотна нетканые. Методы определения прочности».
Определение устойчивости к температурным воздействиям многослойной съедобной пленки с использованием яблочных выжимок. Образец многослойной съедобной пленки размером 10 х 10 см выдерживали при температуре от
0 до -4 °С в течение 24 ч, при температуре -18 °С в течение 24 ч, при МВ-нагрева 600 Вт в течение
1 мин, затем определяли органолептические показатели.
Результаты исследования и их обсуждение
Впервые было выявлено различие физико-химических свойств в ходе образования композитной пленки, а также влияние количества слоев на характеристики.
Органолептические характеристики - одни из важнейших, используемых при описании съедобных пленок. Если для биоразлагаемых пленок первостепенными являются такие свойства, как прочность, газопроницаемость, то применение съедобной пленки не имеет смысла при ее плохих органолептических свойствах. Для десяти образцов многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок авторами была разработана и использована методика органолептического анализа. В состав пленки введен довольно сложный с точки зрения органолептических показателей компонент - яблочные выжимки. Результаты органолептического анализа многослойных пленок приведены в табл. 1.
Необходимо отметить, что несмотря на присутствие в составе многослойной съедобной пленки яблочных выжимок, пленки обладали хорошей пережевываемостью и кисловатым вкусом, имели слабый аромат яблок. Однако внешний вид пленок изменялся прямо пропорционально
увеличению количества слоев. Появлялись излишки массы, которые придавали пленке непривлекательный внешний вид.
Данные по микроскопии многослойной съедобной пленки позволяют получить более точные сведения о ее структуре. Для образцов многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок были выполнены исследования структуры пленок с помощью микроскопирования и лазерного микроскопирования (табл. 2).
Анализ результатов, полученных при микро-скопировании, показывает наличие отдельных пузырьков воздуха и дефектов в структуре пленки. Особенно при этом выделяются крупные частицы выжимок яблок. Кроме того, фотографии (см. табл. 2) точно отражают изменения текстуры: образование более плотного материала, увеличение волокнистости, снижение пористости пленки.
Хотя исследование ИК-спектров химических соединений является широко распространенным методом идентификации их структуры, в исследованиях аспектов производства пищевых продуктов он не столь широко распространен.
В случае со съедобной пленкой его применение считается важным, так как позволяет по-
Таблица 1. Органолептические свойства многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок Table 1. Organoleptic Properties of Multilayer Edible Films Based on Apple Raw Materials Adding Apple Pomace
Вид пленки
ск та
н
>s о
л
и о
н д
О
ск та
н
>s о
л
ск с
ск го
н
>s о
л
Фотография
е
Показатель Характеристика
Внешний вид Поверхность пленки ровная, со слабо заметными вкраплениями яблочных выжимок, матовая, без трещин
Цвет Бледно-желтый
Аромат Слабый яблочный
Вкус Кисловатый
Пережевываемость Хорошая
Внешний вид Поверхность пленки неровная, бугристая, с ярко выраженными частицами яблочных выжимок, матовая, без трещин
Цвет Желто-коричневый
Аромат Слабый яблочный
Вкус Кисловатый
Пережевываемость Средняя
Внешний вид Поверхность пленки неровная, с ярко выраженными частицами яблочных выжимок, матовая, без трещин
Цвет Желто-коричневый
Аромат Слабый яблочный
Вкус Кисловатый
Пережевываемость
Средняя
FOOD INDUSTRY
Т. 5 № 1 2020
Таблица 2. Данные по микроскопированию образцов многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок Table 2. Microscopy Data of Multilayer Edible Film Samples Based on Apple Raw Materials Adding Apple Pomace
о и
CK С
CK та X
>s о
Ol
лучить информацию для оценки наличия ги-дроксильных групп в составе пленки. Именно гидроксильные группы за счет образования водородных связей способны взаимодействовать с водой, что влияет на такие показатели, как во-допоглощение, водоотталкивание, переварива-емость пленки. Данные по ИК-спектрам многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок представлены на рис. 1.
Для спектров многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок характерно наличие широкой полосы поглощения 3 300-3 400 см-1. Это относится к свободным гидроксильным группам и присуще пищевым волокнам. Данное наблюдение позволяет сделать вывод об увеличении пищевой ценности и функциональности пленки за счет концентрирования в ней компонентов пищевых волокон.
Водопоглотительная способность - одна из важнейших характеристик съедобных пленок -отражает их устойчивость к воздействию внешней среды. Этот показатель должен быть достаточно высоким для обеспечения переваривания
пленки в желудке человека и лучшего ее усвоения. Для образцов многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок авторами были определены показатели водопоглощения при 25; 60 и 90 °С в течение 30; 60 и 90 мин. Результаты испытаний графически представлены на рис. 2а,б.
Анализ результатов водопоглощения многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок однозначно свидетельствует о влиянии такого фактора, как количество слоев пленки: чем больше слоев, тем выше показатель водопоглощения.
С увеличением температуры и времени этот показатель также увеличивается. Практически все пленки в течение 90 мин при любых условиях теряют свою целостность.
Характеристика съедобных пленок, в отличие от полимерных пленок, с учетом показателя прочности имеет два аспекта: с одной стороны, более высокая прочность пленки открывает более широкие возможности для ее использования, а с другой - чем выше прочность съедобной пленки, тем сложнее ее пережевывать.
Т. 5 № 1 2020
FOOD INDUSTRY
№ н
"Ж
тг
I м J
I"Я"
"5Г
ш
\
Однослойная
№
/ Л
t ■ L t i if
i ж
ш
3
V
OtK
3 S \
\ / V
L> ,1 J
J*
\$i f \
Ш n m
Г'-ШШЬ Bi!
¡a 6- s t1
№
!
A
(tk,
SI
I Hi.........Ill И
ч» j-aco
.......) "T1VI ■ ........... НИНЧ
ji m wo зис ;src s« ¿<w ::« :ccn 15™ ten изо иж ceo itt
№ es
■w
72
' fie
¿0 ~äT
■2A
~iT
'V
Трехслойная
WjA Л
Ж V i
{Sil i ..
7 i i Ii £
0h Nig
1 s
1 I \
I I
■ 1
is
Й ag
jato jiM h'» ji» к» »00 aew гис zj'Gö iiM гно 1иа :еэо i-ч» 1200 imo see к»
Пятислойная
Ȋ
i'J _
1 ,v r'>
56
4$
~iTj "is
n
/
/ i ft
/
"ss
>vv t
it» Ss В 1
if S = I
1
t !
jj
Säg
jA4
E -I
: ■ ■!■■■■-
1 ..... . . 1 ,. 1 , . 1 ..I.,. 1 . . .,
jet: 5-wo 36cc злз ш ш :йм :kc mm аяю зим iwo iecc Urn -sac- i«c son »3
Рис. 1. ИК-спектры многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок Fig. 1. IR Spectra of Multilayer Edible Food Films Based on Apple Raw Materials Adding Apple Pomace
FOOD INDUSTRY
Т. 5 № 1 2020
Семислойная
J CI? wdu
Itf
ft f
A / / W
r Vi
¿5
/V 11
i ff 3 «ж
1 Л
WY
pi i I i
Й\ ¡2 г * Л
's гг Si
/
is
I'V'"^'" ' r^ri"'.^1! ^Г|Т1"гу!Т1-| ■11ГТ"Т'Р,г||................f 'I1 ч 1 ЧТГ ■■■^•■"1 ч rft wfn ■ 1 'ТГ^^Т'" ' ' * T* 4 » ^
403Ö 140 00 1400 ЗЭ00 3ÖGO ЖО J6fiG 74G0 Ш 1ÄOO 1-530 UDO 1?00 10DÖ 5ЯО 50o
Ii i IUH CnlJ ■ к
Ю r:
"si"
я
z . 2
5
51
Л
Л
Девятислойная
A f t \ i ; W г /a ' it I ¥ I / \ 1 IЙ Wi вду ш P ft о S ■ J i5 ' \ V'
\ / V
v is t
il it
>T"1—гтт'ттп 1-гтттт| I ■ ........................ ■ i ■ 11 ■ 11 птт*-1ттгтт1тт ■>■ |> ........................тг,|-г1Т1—г'гтгг!^. ,,,, ,, .т-Пт* ............. I.....
лм» sä« кео wo saoo гозэ коо геос им ¿гоо 2мо imd im» imo iwc sw см
qtuKi »и
Десятислойная
Л к / \й
I № { »
V /
V
W\
11 -a
я в ' Л П
' Л gel N IttfV
gi* PS I f ® = i
В' Я
-! .1
I
И
"tT ~кГ
"«Г "я"
49
"ЗГ
S2 ЗГ Т<Г
...............................................Ч-. '|V| Ч* JI ............................... Р'ИЧЧПЧЧ^М'«
эээз йен 34» зыи зи: кн ¿icc 2«c гао ахи ш uoe мм аи i«w зм w:
Рис. 1 (окончание). ИК-спектры многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок Breakover of the Fig. 1. IR Spectra of Multilayer Edible Food Films Based on Apple Raw Materials Adding Apple Pomace
n
sit
600,0
# 500,0 ш
I 400,0
01
В
О 300,0
§ 200,0 ч
<§ 100,0 0,0
itllffllii
123456789 10
25 °С
60 "С
90 "С
Количество слоев а)
600,0
# 500,0 ai"
I 400,0 01
| 300,0
g 200,0 ч
m 100,0
Л JJiJ
0,0
25 "С 60 °С 90 "С
10
123456789
Количество слоев
б)
Рис. 2. Результаты водопоглощения многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок выдерживания жидкости температурой 25; 60 и 90 °С: а) в течение 30 мин; б) в течение 60 мин
Fig. 2. Water Absorption Results of a Multi-Layer Edible Film Based on Apple Raw Materials with the Addition of Apple Pomace Holding the Liquid at a Temperature of 25; 60 and 90 °C: a) for 30 Minutes; b) for 60 Minutes
Изучение толщины (табл. 3) и прочности (рис. 3) съедобных многослойных пленок на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок показало, что с увеличением количества слоев в пленке не только увеличивается их толщина, но и улучшаются прочностные характеристики.
Для съедобной пленки, кроме водопоглоти-тельной способности, важной является такая характеристика, как сохранение свойств под влиянием температуры (высокой или низкой).
Изучено воздействие на образцы многослойной пленки из яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок нескольких температурных режимов.
Оценены органолептические свойства пленок:
1) выдержка съедобной пленки при температуре от 0 до -4 °С в течение 3 суток;
2) выдержка съедобной пленки при температуре -18 °С в течение 7 суток;
3) МВ-нагрев съедобной пленки 600 Вт в течение 1 мин.
Таблица 3. Толщина многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья Table 3. Thickness of Multi-Layer Edible Film Based on Apple Raw Materials
Количество слоев Толщина пленки, мм
1 0,98
2 1,11
3 1,46
4 1,87
5 2,10
6 2,34
7 2,65
8 2,90
9 3,15
10 3,46
и О
35 30
_ 25 о та 20
Q. С
15
% 10 ai
£ 5 О
30,42
22,01
25,14
-9764-1*22
13,48
16,
5,12
7,82
■ ill
Н— I— —I— —I— I— —I— —I I— I
5 6 7 8 9 10 Количество слоев
Рис. 3. Результаты испытаний прочностных характеристик многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок
Fig. 3. Strength Characteristics Test Results of a Multilayer Edible Film Based on Apple Raw Materials Adding Apple Pomace
Отмечено, что низкие температуры практически не изменяют органолептические свойства многослойной съедобной пленки из яблочного сырья с добавлением яблочных выжимок, тогда как при МВ-нагреве пленка теряет пластичность, появляется посторонний запах гари.
Заключение
В результате комплексных экспериментов по определению свойств многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлени-
ем яблочных выжимок установлено, что органолептические показатели при увеличении количества слоев в пленке не ухудшаются; при этом увеличиваются показатели прочности пленки и водопоглощения без разрушения ее структуры и целостности. Вследствие использования принципа многослойности отдельные дефекты структуры пленки перестают быть решающими прочностными характеристиками. Введение яблочных выжимок оказывает армирующий эффект на пленку при сгибании.
Библиографический список
1. Найман С. Содержательная основа нормативного понятия «отходы» // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19, № 9. С. 49-53. DOI: 10.18412/l816-0395-2015-9-49-53.
2. Завизион Ю.В., Глушанкова И.С., Слюсарь Н.Н., Вайсман Я.И. Применение синхронного термического анализа для оценки стабильности захороненных на полигонах твердых коммунальных отходов // Экология и промышленность России. 2016. Т. 20, № 6. С. 43-49. DOI: 10.18412/1816-0395-2016-6-43-49.
3. Marsh K., Bugusu B. Food Packaging - roles, materials, and environmental issues. Journal of Food Science. 2007. Vol. 72, no. 3. P. 39-55. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2007.00301.x.
4. Zhang M., Chen Y., Shen Y. China's environmental threats of internet shopping packaging wastes. Journal of Environmental & Analatical Toxicology. 2016. Vol. 6, no. 5. P. 1-5. DOI: 10.4172/21610525.1000401.
5. Тертышная Ю., Шибряева Л. Биоразлагаемые полимеры: перспективы их масштабного применения в промышленности России // Экология и промышленность России. 2015. Т. 19, № 8. С. 20-25. DOI: 10.18412/1816-0395-2015-8-20-25.
6. Hyson, D.A. A Comprehensive Review of Apples and Apple Components and Their Relationship to Human Health. American Society for Nutrition. 2011. Vol. 2. Pp. 408-420. DOI: 10/3945/an.111.000513.
7. Ferretti, G.; Turco, I.; Bacchetti ,T. Apple as a Source of Dietary Phytonutrients: Bioavailability and Evidence of Protective Effects against Human Cardiovascular Disease. Food and Nutrition Sciences. 2014. Vol. 5. Pp. 1234-1246. DOI: 10.4236/fns.2014.513134.
Bibliography
1. Najman, S. Soderzhatel'naya Osnova Normativnogo Ponyatiya «Othody» [Content Basis of the Normative Concept of "Waste"]. Ekologiya i Promyshlennost' Rossii. 2015. T. 19, № 9. Pp. 49-53. DOI: 10.18412/1816-0395-2015-9-49-53.
2. Zavizion, Yu.V.; Glushankova, I.S.; Slyusar, N.N.; Vajsman, Ya.I. Prime-nenie Sinhronnogo Termicheskogo Analiza dlya Ocenki Stabil'nosti Zahoronennyh na Poligonah Tverdyh Kommunal'nyh Othodov [Application of Synchronous Thermal Analysis to Assess the Stability of Solid Municipal Waste Buried at Landfills]. Ekologiya i Promyshlennost' Rossii. 2016. T. 20, № 6. Pp. 43-49. DOI: 10.18412/1816-03952016-6-43-49.
3. Marsh, K.; Bugusu, B. Food Packaging - Roles, Materials, and Environmental Issues. Journal of Food Science. 2007. Vol. 72, no. 3. Pp. 39-55. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2007.00301.x.
4. Zhang, M.; Chen, Y.; Shen, Y. China's Environmental Threats of Internet Shopping Packaging Wastes. Journal of Environmental & Analatical Toxicology. 2016. Vol. 6, no. 5. Pp. 1-5. DOI: 10.4172/21610525.1000401.
5. Tertyshnaya, Yu.; Shibryaeva, L. Biorazlagaemye Polimery: Perspek-tivy ih Masshtabnogo Primeneniya v Promyshlennosti Rossii [Biodegradable Polymers: Prospects for Its Large-Scale Application in Russian Industry]. Ekologiya i Promyshlennost' Rossii. 2015. T. 19, № 8. Pp. 20-25. DOI: 10.18412/1816-0395-2015-8-20-25.
6. Hyson, D.A. A Comprehensive Review of Apples and Apple Components and Their Relationship to Human Health. American Society for Nutrition. 2011. Vol. 2. Pp. 408-420. DOI: 10/3945/an.111.000513.
8. Arshad, M.; Shahnawaz, M.; Shahkeela, S.; Hussain, M.; Ahmad, M.; Khan, S.S. Significance of Physical Properties of Apple Fruit Influenced by Preharvest Orchard Management Factors. European Journal of Experimental Biology. 2014. Vol. 4, no. 5. Pp. 82-89.
9. Fraternale, D.; Ricci, D.; Flamini, G.; Giomaro, G. Volatiles Profile of Red Apple from Marche Region (Italy). Records of Natural Products. 2011. Vol. 5, no. 3. Pp. 202-207.
10. Diamante, L.M.; Li, S.; Xu, Q.; Busch, J. Effects of Apple Juice Concentrate, Blackcurrant Concentrate and Pectin Levels of Selected Qualities of Apple-Blackcurrant Fruit Leather. Foods. 2013. Vol. 2. Pp. 430-443. DOI: 10.3390/foods2030430.
11. Marzec, A.; Kowalska, H.; Pasik, S. Mechanical and Acoustic Properties of Dried Apples. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research. 2009. Vol. 17, no. 2. Pp. 127-137.
12. Landl, A.; Abadias, M.; Sárraga, C.; Viñas, I.; Picouet, P.A. Effect of High Pressure Processing on the Quality of Acidified Granny Smith Apple Puree Product. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2010. Vol. 11. Pp. 557-564. DOI: 10.1016/j.ifset.2010.09.001.
13. Maslovaric, M.D.; Vukmirovic, D.M.; Colovic, R.R.; Spasevski, N.J.; Jovanovic, R.D.; Tolimir. N.V. Pelleting Properties and Pellet Quality of Apple Pomace. Food and Feed Research. 2015. Vol. 42, no. 2. Pp. 147-154. DOI: 10.5937/FFR1502147M.
14. Suárez, B.; Álvarez, Á.L.; Garcia, Y.D.; del Barrio, G.; Lobo, A.P.; Parra, F. Phenolic Profiles, Antioxidant Activity and in vitro Antiviral Properties of Apple Pomace. Food Chemistry. 2010. Vol. 120. Pp. 339- 342. DOI: 10.1016/j.foodchem.2009.09.073.
15. Andreuccetti, C.; Carvalho, R.A.; Galicia-Garcia, T.; Martinez-Bustos, F.; Grosso, C.R.F. Effect of Surfactants on the Functional Properties of Gelatin-Based Edible Films. Journal Food Engineering. 2011. Vol. 103, no. 2. Pp. 129-136. DOI: 10.1016/j.foodeng.2010.10.007.
16. Ma, W.; Tang, C.-H.; Yin, S.-W.; Yang, X.-Q.; Wang, Q.; Liu, F.; Wei, Z.-H. Characterization of Gelatin-Based Edible Films Incorporated with Olive Oil. Food Research International. 2012. Vol. 49, no. 1. Pp. 572-579. DOI: 10.1016/j.foodres.2012.07.037.
17. Bilbao-Sainz, C.; Avena-Bustillos, R.J.; Wood, D.F.; Williams, T.G.; McHugh, T.H. Nanoemulsions Prepared by a Low-Energy Emulsifica-tion Method Applied to Edible Films. Journal Agricultural and Food Chemistry, 2010. Vol. 58, no. 22. Pp. 11932-11938. DOI: 10.1021/ jf102341r.
18. Wang, Z.; Sun, X.-X.; Wang, X.-X.; Zhou, J.; Ma, Z.-S. The Effects of Ulrasonic/Microwave Assisted Treatment on the Properties of Soy Protein Isolate/Microcrystalline/Microwave Assisted Treatment on the Properties of Soy Protein Isolate/Microcrystalline Wheat-Bran Cellulose Film. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 114, no. 2. Pp. 183-191. DOI: 10.1016/j.foodeng.2012.08.004.
19. Liu, Z.; Liu, X.; Cao, Y.; Xiu, W.; Ma, X.; Yu, X. Edible Starch Sodium Octenyl Succinate Film Formation and Its Physical Properties. Journal Applied Polymer Science. 2013. Vol. 127, no. 4. Pp. 2922-2927. DOI: 10.1002/app.37773.
20. Chinma, C.E.; Ariahu, C.; Abu, J.O. Development and Characterization of Cassava Starch and Soy Protein Concentrate Based Edible Films. International Journal Food Science and Technology. 2012. Vol. 47, no. 2. Pp. 383-389. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2011.02851.x.
21. Souza, B.W.S.; Cerquiera, M.A.; Martins, J.T.; Casariego, A.; Teixeira, J.A.; Vicente, A.A. Influence of Electric Fields on the Structure of Chitosan Edible Coatings. Food Hydrocolloids. 2010. Vol. 24, no. 4. Pp. 330-335. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2009.10.011.
7. Ferretti, G.; Turco, I.; Bacchetti ,T. Apple as a Source of Dietary Phytonutrients: Bioavailability and Evidence of Protective Effects against Human Cardiovascular Disease. Food and Nutrition Sciences. 2014. Vol. 5. Pp. 1234-1246. DOI: 10.4236/fns.2014.513134.
8. Arshad, M.; Shahnawaz, M.; Shahkeela, S.; Hussain, M.; Ahmad, M.; Khan, S.S. Significance of Physical Properties of Apple Fruit Influenced by Preharvest Orchard Management Factors. European Journal of Experimental Biology. 2014. Vol. 4, no. 5. Pp. 82-89.
9. Fraternale, D.; Ricci, D.; Flamini, G.; Giomaro, G. Volatiles Profile of Red Apple from Marche Region (Italy). Records of Natural Products. 2011. Vol. 5, no. 3. Pp. 202-207.
10. Diamante, L.M.; Li, S.; Xu, Q.; Busch, J. Effects of Apple Juice Concentrate, Blackcurrant Concentrate and Pectin Levels of Selected Qualities of Apple-Blackcurrant Fruit Leather. Foods. 2013. Vol. 2. Pp. 430-443. DOI: 10.3390/foods2030430.
11. Marzec, A.; Kowalska, H.; Pasik, S. Mechanical and Acoustic Properties of Dried Apples. Journal of Fruit and Ornamental Plant Research. 2009. Vol. 17, no. 2. Pp. 127-137.
12. Landl, A.; Abadias, M.; Sárraga, C.; Viñas, I.; Picouet, P.A. Effect of High Pressure Processing on the Quality of Acidified Granny Smith Apple Puree Product. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2010. Vol. 11. Pp. 557-564. DOI: 10.1016/j.ifset.2010.09.001.
13. Maslovaric, M.D.; Vukmirovic, D.M.; Colovic, R.R.; Spasevski, N.J.; Jovanovic, R.D.; Tolimir. N.V. Pelleting Properties and Pellet Quality of Apple Pomace. Food and Feed Research. 2015. Vol. 42, no. 2. Pp. 147-154. DOI: 10.5937/FFR1502147M.
14. Suárez, B.; Álvarez, Á.L.; Garcia, Y.D.; del Barrio, G.;Lobo, A.P.; Parra, F. Phenolic Profiles, Antioxidant Activity and in vitro Antiviral Properties of Apple Pomace. Food Chemistry. 2010. Vol. 120. Pp. 339- 342. DOI: 10.1016/j.foodchem.2009.09.073.
15. Andreuccetti, C.; Carvalho, R.A.; Galicia-Garcia, T.; Martinez-Bustos, F.; Grosso, C.R.F. Effect of Surfactants on the Functional Properties of Gelatin-Based Edible Films. Journal Food Engineering. 2011. Vol. 103, no. 2. Pp. 129-136. DOI: 10.1016/j.foodeng.2010.10.007.
16. Ma, W.; Tang, C.-H.; Yin, S.-W.; Yang, X.-Q.; Wang, Q.; Liu, F.; Wei, Z.-H. Characterization of Gelatin-Based Edible Films Incorporated with Olive Oil. Food Research International. 2012. Vol. 49, no. 1. Pp. 572-579. DOI: 10.1016/j.foodres.2012.07.037.
17. Bilbao-Sainz, C.; Avena-Bustillos, R.J.; Wood, D.F.; Williams, T.G.; McHugh, T.H. Nanoemulsions Prepared by a Low-Energy Emulsifica-tion Method Applied to Edible Films. Journal Agricultural and Food Chemistry, 2010. Vol. 58, no. 22. Pp. 11932-11938. DOI: 10.1021/ jf102341r.
18. Wang, Z.; Sun, X.-X.; Wang, X.-X.; Zhou, J.; Ma, Z.-S. The Effects of Ulrasonic/Microwave Assisted Treatment on the Properties of Soy Protein Isolate/Microcrystalline/Microwave Assisted Treatment on the Properties of Soy Protein Isolate/Microcrystalline Wheat-Bran Cellulose Film. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 114, no. 2. Pp. 183-191. DOI: 10.1016/j.foodeng.2012.08.004.
19. Liu, Z.; Liu, X.; Cao, Y.; Xiu, W.; Ma, X.; Yu, X. Edible Starch Sodium Octenyl Succinate Film Formation and Its Physical Properties. Journal Applied Polymer Science. 2013. Vol. 127, no. 4. Pp. 2922-2927. DOI: 10.1002/app.37773.
20. Chinma, C.E.; Ariahu, C.; Abu, J.O. Development and Characterization of Cassava Starch and Soy Protein Concentrate Based Edible Films. International Journal Food Science and Technology. 2012. Vol. 47, no. 2. Pp. 383-389. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2011.02851.x.
22. Thakhiew. W.; Devahastin, S.; Soponronnarit, S. Effects of Drying Methods and Plasticizer Concentration on Some Physical and Mechanical Properties of Edible Chitosan Films. Journal Food Engineering. 2010. Vol. 99, no. 2. Pp. 216-224. DOI: 10.1016/j. food-eng.2010.02.025.
23. 23.Jang, S.A.; Shin, Y.J.; Seo, Y.B.; Song, K.B. Effects of Various Plas-ticizers and Nanoclays on the Mechanical Properties of Red Algae Film. Journal Food. Science. 2011. Vol. 76, no. 3. Pp. 30-34. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2011.02089.x.
24. Bosquez-Molina, E.; Tomas, S.A.; Rodriguez-Huezo, M.E. Influence of CaCl2 the Surface Morphology of Mesquite Gum Based Edible Films. LWT - Food Science and Technology. 2010. Vol. 43, no. 9. Pp. 1419- 1425. DOI: 10.1016/j.lwt.2010.04.023.
25. Galus, S.; Lenart, A. Development and Characterization of Composite Edible Films Based on Sodium Alginate end Pectin. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 115, no. 4. Pp. 459-465. DOI: 10.1016/j. food-eng.2012.03.006.
26. Bonilla, J.; Talon, E.; Atares, L.; Vagras, M.; Chiralt, A. Effect of the Incorporation of Antioxidants on Physicochemical and Antioxidant Properties of Wheat Starch-Chitosan Films. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 118, no. 3. Pp. 271-278. DOI: 10.1016/j. food-eng.2013.04.008.
27. Atares, L.; Bonilla, J.; Chiralt, A. Characterization of Sodium Casi-natebased Edible Films Incorporated with Cinnamon or Ginger Essential Oils. Journal Food Engineering. 2010. Vol. 100, no. 4. Pp. 678-687. DOI: 10.1016/j.foodeng.2010.05.018.
21. Souza, B.W.S.; Cerquiera, M.A.; Martins, J.T.; Casariego, A.; Teixeira, J.A.; Vicente, A.A. Influence of Electric Fields on the Structure of Chitosan Edible Coatings. Food Hydrocolloids. 2010. Vol. 24, no. 4. Pp. 330-335. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2009.10.011.
22. Thakhiew. W.;Devahastin, S.; Soponronnarit, S. Effects of Drying Methods and Plasticizer Concentration on Some Physical and Mechanical Properties of Edible Chitosan Films. Journal Food Engineering. 2010. Vol. 99, no. 2. Pp. 216-224. DOI: 10.1016/j. food-eng.2010.02.025.
23. 23.Jang, S.A.; Shin, Y.J.; Seo, Y.B.; Song, K.B. Effects of Various Plas-ticizers and Nanoclays on the Mechanical Properties of Red Algae Film. Journal Food. Science. 2011. Vol. 76, no. 3. Pp. 30-34. DOI: 10.1111/j.1750-3841.2011.02089.x.
24. Bosquez-Molina, E.; Tomas, S.A.; Rodriguez-Huezo, M.E. Influence of CaCl2 the Surface Morphology of Mesquite Gum Based Edible Films. LWT - Food Science and Technology. 2010. Vol. 43, no. 9. Pp. 1419- 1425. DOI: 10.1016/j.lwt.2010.04.023.
25. Galus, S.; Lenart, A. Development and Characterization of Composite Edible Films Based on Sodium Alginate end Pectin. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 115, no. 4. Pp. 459-465. DOI: 10.1016/j. food-eng.2012.03.006.
26. Bonilla, J.; Talon, E.; Atares, L.; Vagras, M.; Chiralt, A. Effect of the Incorporation of Antioxidants on Physicochemical and Antioxidant Properties of Wheat Starch-Chitosan Films. Journal Food Engineering. 2013. Vol. 118, no. 3. Pp. 271-278. DOI: 10.1016/j. food-eng.2013.04.008.
27. Atares, L.; Bonilla, J.; Chiralt, A. Characterization of Sodium Casi-natebased Edible Films Incorporated with Cinnamon or Ginger Essential Oils. Journal Food Engineering. 2010. Vol. 100, no. 4. Pp. 678-687. DOI: 10.1016/j.foodeng.2010.05.018.
Информация об авторах / Information about Authors
Макарова
Надежда Викторовна
Makarova,
Nadezhda Viktorovna
Тел./Phone: +7 (846) 332-27-13 E-mail: [email protected]
Доктор химических наук, профессор кафедры технологии продукции и организации общественного питания
Самарский государственный технический университет
443010, Российская Федерация, г. Самара,ул. Молодогвардейская, 141
Doctor of Chemical Science, Professor of the Product Technology and Catering Department Samara State Technical University
443010, Russian Federation, Samara, Molodogvardejskaya St., 141 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0112-0085
Еремеева
Наталья Борисовна
Eremeeva, Natalya Borisovna
Тел./Phone: +7 (846) 332-27-13 E-mail: [email protected]
Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии продукции и организации общественного питания
Самарский государственный технический университет
443010, Российская Федерация, г. Самара,ул. Молодогвардейская, 141
Candidate of Technical Science, Associate Professor of the Product Technology and Catering Department
Samara State Technical University
443010, Russian Federation, Samara, Molodogvardejskaya St., 141 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9632-6296
Давыдова
Яна Владимировна
Davydova, Yana Vladimirovna
Тел./Phone: +7 (846) 332-27-13 E-mail: [email protected]
Студент
Самарский государственный технический университет
443010, Российская Федерация, г. Самара,ул. Молодогвардейская, 141
Student
Samara State Technical University
443010, Russian Federation, Samara, Molodogvardejskaya St., 141 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7478-8449
