CC BY
106
ТЕМА НОМЕРА
■ ■ ■ ■ ^^
ингредиенты -основа здоровых пищевых продуктов-
л.
щ- ]
Ш-
УДК 664.8.035.6
Исследование съедобной упаковки
на основе яблочного пюре с добавкой пластификатора карбоксиметилцеллюлозы
А. В. Демидова, Н. В. Макарова, д-р хим. наук, профессор,
Д. Е. Быков, д-р техн. наук, профессор, Н. Б. Еремеева, Т. О. Быкова
ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»
Среди различных типов биовозоб-новляемой биоразлагаемой упаковки съедобные пленки составляют объект нового направления исследований и привлекают пристальное внимание как ученых и производителей, так и потребителей. Съедобные пленки можно определить как первичную упаковку, изготовленную из съедобных компонентов, которая может быть съедена вместе с пищей. Съедобные покрытия и пленки как бы моделируют природные защитные оболочки продуктов питания растительного происхождения (ягод, семян). Они могут выполнять роль барьера
или мембраны по отношению к воде и её парам, газам (диоксид углерода, кислород, этилен), имеют необходимую прочность, обеспечивают защиту от микробов, удобство применения, придают привлекательный внешний вид, сохраняют вкус, увеличивают срок хранения различных продуктов и т. п. В настоящее время основными пленкообразующими компонентами в составе съедобной упаковки являются: высокомолекулярные углеводы (производные крахмала, эфиры целлюлозы, хитозан, декстрины, альги-наты, каррагинаны, пектины), белки (коллаген, желатин, зеин, глютен,
соевые изоляты, казеин), жиры (аце-тоглицериды, глицериды, жирные кислоты) и их композиции. [1]
Применение карбоксиметилцел-люлозы в качестве пластификатора для образования пленочных покрытий может позволить решить актуальную задачу разработки технологии экологически чистых природных съедобных защитных покрытий пищевых продуктов.
КМЦ - одна из самых распространенных пищевых добавок целлюлозной природы. Традиционно эту добавку используют в технологиях хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных и обезжиренных эмульсионных продуктов, безалкогольных напитков, где она выступает в качестве эмульгатора и стабилизатора многокомпонентных дисперсных систем, суспензий и эмульсий, обеспечивая необходимые консистенцию и вкусовые свойства [2].
Карбоксиметилцеллюлоза растворяется как в горячей, так и в холодной воде с образованием растворов различной вязкости, которая зависит от степени замещения гидроксильных групп в молекуле целлюлозы.
Для пищевых целей обычно применяют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) со степенью замещения 0,65 -0,95, образующую растворы высокой и средней вязкости. Как и в случае
других производных, вязкость растворов КМЦ уменьшается с повышением температуры. Другая отличительная особенность раствора КМЦ -зависимость вязкости растворов КМЦ от рН. В интервале 5-9 вязкость практически не зависит от рН, при рН ниже 3 - может возрастать, а при рН выше 10 - может уменьшаться. Смеси карбоксиметилцеллю-лозы и гидроксипропилцеллюлозы обладают синергическим эффектом, который проявляется в повышении вязкости их раствора по сравнению с вязкостью растворов индивидуальных добавок [3]. В настоящее время в пищевой промышленности весьма интенсивно ведутся разработки нетоксичных, легко утилизируемых съедобных пищевых пленок, полученных из природных биополимеров на основе целлюлозы.
Для пленок из метилцеллюлозы предложено использовать липидный защитный слой из белого пчелиного воска. С помощью электронного микроскопа и рентгеновских лучей изучена структура пленки. Именно восковой слой обеспечивает влагои-золяцию пленки [4].
В пленку из метилцеллюлозы и парафина добавляли ПАВ - гидрофобные (глицеринмоностеараты, глицеринмоностеаратацетат, сорбит-моностеарат) и гидрофильные (Твин 80, глицеринмоностеаратцитрат). Для этих пленок изучена прочность и паропроницаемость. Наивысшую прочность и меньшую паропроницае-мость имеют пленки с глицеринмо-ностеаратом [5].
В пленку из оксипропилметил-целлюлозы вводили добавки из микрокристаллической целлюлозы. Для этих пленок исследована прочность на разрыв, растяжимость, проницаемость для водяного пара. Чем крупнее кристаллы целлюлозы и чем больше величина добавки, тем выше прочностные характеристики [6].
Обобщая результаты исследований пленочных материалов, изготовленных на основе метилцеллюлозы и карбоксиметилцеллюлозы, можно сделать вывод, что пленочные материалы на основе целлюлозы имеют невысокие прочностные характеристики и низкую влагоизоляцию без добавки дополнительных пластификаторов и защитного слоя.
Исходя из вышесказанного, было решено использовать для основы съедобных пленок продукт переработки яблок - яблочное пюре. В структуре яблок содержится протопектин, который может придать пластичность съедобной упаковке.
Целью данной работы является оценка органолептических свойств структуры, влагопоглощения, прочностных характеристик для съедобных пленок, полученных на основе яблочного пюре и карбоксиметил-леллюлозы.
Материалы и методы исследования
В качестве основного компонента пленочных материалов используют яблочное пюре. В качестве пластификатора использовали суспензию КМЦ обработанную тепловым методом.
Для получения яблочного пюре яблоки подвергают предварительной подготовке, предусматривающей инспекцию, сортировку, калибровку и мойку, удаляют несъедобные части: плодоножку, семенную камеру и кожуру, нарезают и измельчают до пюреобразного состояния. Пюре протирают.
К полученной массе добавляют пластификатор КМЦ в концентрациях 1%, 2%, 3%, которые вносят в процентном соотношении от общей массы яблочного пюре, подвергают гомогенизации. Формование пленочных материалов проводят методом прокатывания массы через вальцы с образованием съедобной пленки. Готовую пленку охлаждают до комнатной температуры.
Были изготовлены 3 образца пленки с различными видами и содержанием пластификаторов. Для полученных образцов пленки изучены органолептические характеристики, структура, водопоглотительная способность и прочностные свойства.
Органолептические характеристики.
Исследования органолептических показателей были проведены по ГОСТ 8756.1-79 [7].
Сканирующая электронная микроскопия
Микроскопирование проводилось на лабораторном микроскопе Celestron Laboratory с линзой стократного увеличения по методу GeorgeJ., Siddaramaiah [8].
Влагопоглотительная способность пленки.
Влагопоглотительная способность была определена для всех пленок по методу Gialamas H. с изменениями [9]. Образцы пленок помогают в дистиллированную воду и выдерживают при 23 °С в течении 30, 60, 90 мин. и при 90 °С в течении 30, 60, 90 мин. Определяют степень водопоглощения как отношение массы пленки после эксперимента к массе пленки до эксперимента в процентах.
Толщина пленки.
Толщину пленки измеряли с помощью цифрового микрометра FIT 19909. Выполняют пять измерений для каждой пленки: один в центре образца и четыре на различных участках периметра пленки. Рассчитывалось среднее значение толщины пленки.
Испытание на растяжение пленочных материалов.
Проводили на лабораторном испытательном комплексе, включающем разрывную машину INSTRON-5988 (Испытательная лаборатория по определению механических свойств и химического состава конструкционных материалов, научный сотрудник Горбунов А. Е.) со скоростью приложения нагрузки в больших пределах от 0,001 мм/мин до 508 мм 0,001 мм / мин. Испытывались образцы шириной 10 мм при расстоянии между зажимами 150 мм. Определение деформационных свойств материалов с получением графика зависимости «нагрузка-перемещение», «напряжение-перемещение» и математическую обработку результатов проводили по программному обеспечению Bluehill 3. Исследования прочностных характеристик и толщины были проведены по ГОСТ Р 53226-2008 [10]. Результаты и обсуждение
Общий вид и внутренняя структура пленочных материалов представлены на рис. 1, 2.
КАЧЕСТВЕННЫЕ ИНГРЕДИЕНТЫ - ОСНОВА ЗДОРОВЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
ТЕМА НОМЕРА
а б в
Рис. 2. Образцы пленок на основе яблочного пюре с КМЦ, микроскопированные при увеличении в 100 крат, в процентном содержании КМЦ: а - 1%, б -2%, в - 3%
Влияние КМЦ на водопоглотительную способность пленочных материалов
Условия (1, т) Водопоглотительная способность, %
КМЦ, 1% КМЦ, 2% КМЦ, 3%
23 °С, 30 мин 479,07 482,46 566,67
23 °С, 60 мин Образец растворился Образец растворился Образец растворился
23 °С, 90 мин Образец растворился Образец растворился Образец растворился
40 °С, 30 мин Образец частично растворился Образец частично растворился Образец частично растворился
40 °С, 60 мин Образец растворился Образец растворился Образец растворился
40 °С, 90 мин Образец растворился Образец растворился Образец растворился
2,56
2,11
1,59
1 2 3
Содержание КМЦ, % Рис. 3. Влияние КМЦ на физико-механические свойства пленочных материалов
Из рис. 1 видно, что пленки с добавлением пектина имеют светло-золотой оттенок. Структура у всех образцов пленок однородная, губчатая. Пленка с добавлением 1 % КМЦ содержит наименьшее количество включений пузырьков воздуха. На вкус все пленки имеют некоторый бумажный вкус с привкусом яблочного пюре. Наиболее приемлемыми вкусовыми свойствами и пережевы-ваемостью обладает пленка с добавлением 2%КМЦ.
Фотографии пленок, полученные с помощью микроскопа, представлены на рис. 2. Для образца с 3%
содержанием пектина наблюдается наличие наименьшего количества пузырьков воздуха, наиболее плотная структура, по сравнению с образцами с меньшим содержанием КМЦ.
Значение показателя водопоглоще-ния у пленочных материалов с добавлением КМЦ колеблется от 479,07% до 566,67%при 23 °С (см. таблицу). Образцы с высоким водопоглощени-ем обладают хорошей пережевывае-мостью и усваиваемостью.
В ходе экспериментов были получены данные о пределе прочности при разрыве для пленок. Результаты измерения были сравнены между собой, изменения механических характеристик приведены на рис. 3., анализ которого показывает, что увеличение содержания КМЦ в составе яблочного пюре может способствовать увеличению механической прочности пленок.
На рис. 3 показано, что при использовании КМЦ в составе яблочного пюре прочность плёнки увеличивается незначительно. В целом логично констатировать, что повышение содержания КМЦ в состав пленок ухудшает пережевываемость пленок, при этом увеличение прочности не является значительным.
Выводы
В целом по проведенным исследованиям логично сделать следующие обобщения:
1) съедобная пленка на основе яблочного пюре и карбоксиметил-целлюлозы имеет хорошие органо-лептические свойства, но увеличение роли КМЦ приводит к появлению картонного привкуса;
2) структура пленок неоднородна, с наличием пустот упорядоченного характера;
3) данный вид съедобных пленок легко поглощает воду, а следовательно и быстро будет расщепляться в желудке;
4) прочность пленки хотя и зависит от содержания КМЦ, но в целом зависит незначительно от роли КМЦ.
Перспективность работ в области создания съедобных пленок очевидна, но для обеспечения съедобных пленок на основе яблочного пюре необходимыми прочностными характеристиками нужно продолжить работы и сочетать КМЦ с другими пластификаторами.
Работа выполнена в рамках Программы развития ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университета» до 2020 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савицкая, Т. А. Съедобные пленки -будущее упаковки пищевых продук-
тов/Т. А. Савицкая, Л. А. Готина// Пищевая промышленность: наука и технологии. - 2015. - № 4. - С. 87 - 94.
2. Шаталов, И. С. Влияние диальдеги-да крахмала на прочность и растяжение желатиновой плёнки./ И. С. Шаталов, А. С. Шаталова, А. Г. Шлейкин//Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». -2014. - № 3. - С. 172-176.
3. Просеков, А. Ю. Исследование параметров гидролиза молочно-белкового концентрата для ка п сул и ро ва н ия продуктов питания/ А. Ю. Просеков, С. А. Равнюшкин, М. Г. Курбанова// Техника и технология пищевых производств. - 2009. - № 2. - С. 56-60.
4. Любешкина Е. Г. Полимерные материалы для упаковки пищевых продуктов: требования и принципы выбора. //По-
лимерные материалы. - 2009. - № 4. -С. 4-10.
5. Kester, J. J. AnedibLefiLmofLipidsa ndceLLuLoseethers: barrierpropertiestom oisturevaportransmissionandstructura L evaluation./J. J. Kester, 0. Fennema// J. Food Sci. - 1989. VoL. 54. - № 6. -P. 1383-1389.
6. Dogan, N. Effects of microcrystaLLine ceLLuLose on functionaL properties of hydroxy propyL methyL ceLLuLose microcomposite fiLms/ N. Dogan, T. H. McHugh // J. Food Sci. - 2007. VoL. 72. - № 1. - P. E016-E022.
7. ГОСТ 8756.1-79 Продукты пищевые консервированные. Методы определения органолептических показателей, массы нетто или объема и массовой доли составных частей (с Изменениями N 1, 2).
8. George J., Siddaramaiah. High performance edibLe nanocomposite fiLms containing bacteriaL ceLLuLose nanocrystaLs. // Carbohydr. PoLym. -2012. VoL. 87. - № 3. - P. 20312037.
9. Gialamas, H. DeveLopment of a noveL bioactive packaging based on the incorporation of LactobaciLLus sakei into sodium-caseinate fiLms for controLLing Listeria monocytogenes in foods/ H. GiaLamas, K. G. Zinoviadou, C. G. BiLiaderis, K. P. Koutsoumanis// Food Res. Int. - 2010. VoL. 43. - № 10. -P. 2402-2408
10. ГОСТ Р 53226-2008 Полотнанет-каные. Методыопределенияпрочности Nonwovenfabrics. Methods of strength determination Москва: Стандартинформ, 2009. - 20 с.
Исследование съедобной упаковки на основе яблочного пюре с добавкой пластификатора карбоксиметицеллюлозы
Ключевые слова
съедобная пленка, карбоксиметилцеллюлоза, яблочное пюре Реферат
Среди различных типов биовозобновляемой биоразлагаемой упаковки съедобные пленки составляют объект нового направления исследований и привлекают пристальное внимание как ученых и производителей, так и потребителей. Съедобные пленки можно определить как первичную упаковку, изготовленную из съедобных компонентов, которая может быть съедена вместе с пищей. Применение карбоксиметилцеллюлозы в качестве пластификатора для образования пленочных покрытий может позволить решить актуальную задачу разработки технологии экологически чистых природных съедобных защитных покрытий пищевых продуктов. Работа выполнена сотрудниками Самарского государственного технологического университета. Целью данной работы является оценка органолептических свойств структуры, влагопоглощения, прочностных характеристик для съедобных пленок, полученных на основе яблочного пюре и карбоксиметиллеллюлозы. Были изготовлены 3 образца пленки с различными видами и содержанием пластификаторов. Структура у всех образцов пленок однородная, губчатая. Пленка с добавлением 1% КМЦ содержит наименьшее количество включений пузырьков воздуха Наиболее приемлемыми вкусовыми свойствами и пережевываемостью обладает пленка с добавлением 2% КМЦ. В пленках с 3% содержанием пектина наблюдали наличие наименьшего количества пузырьков воздуха, наиболее плотную структуру, по сравнению с образцами с меньшим содержанием КМЦ. Образцы с высоким водопоглощением обладают хорошей пережевываемостью и усваиваемостью. В ходе экспериментов были получены данные о пределе прочности при разрыве для пленок. Увеличение содержания КМЦ в составе яблочного пюре может способствовать увеличению механической прочности пленок. При использовании КМЦ в составе яблочного пюре прочность плёнки увеличивается незначительно. В целом логично констатировать, что повышение содержания КМЦ в состав пленок ухудшает пережевываемость пленок, при этом увеличение прочности не является значительным. Перспективность работ в области создания съедобных пленок очевидна, но для обеспечения съедобных пленок на основе яблочного пюре должными прочностными характеристиками необходимо продолжить работы и сочетать КМЦ с другими пластификаторами.
Авторы
Демидова Анна Владимировна; Макарова Надежда Викторовна, д-р хим. наук, профессор; Быков Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор; Еремеева Наталья Борисовна; Быкова Татьяна Олеговна,
Самарский государственный технический университет, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, главный корпус, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Research of Edible Packaging on the Basis of Apple Puree with Addition of the Plasticizer Carboxymethylcellulose
Key words
edible film, carboxymethylcellulose, apple puree Abstracts
Among the various types of packaging bio-renewable biodegradable edible films constitute the object of a new direction of research and attract attention of both scientists and manufacturers, and consumers. Edible film can be defined as primary packaging made of edible ingredients which can be eaten together with the food. Use of carboxymethylcellulose (CMC) as a plasticizer for the formation of film coatings can allow to solve an actual problem develop environmentally friendly technologies natural protective edible food coatings.
Work performed by employees of the Samara State Technical University. The aim of this study is to evaluate the organoleptic properties of the structure, moisture absorption, strength characteristics for edible films prepared on the basis of apple puree and CMC. 3 films were manufactured with different sample types and content of plasticizers. The structure of all film samples uniform, spongy. The film with 1% CMC contains the least amount of air bubble inclusions most acceptable flavor characteristics and has masticatedfilm supplemented with 2% CMC. Films with 3% pectin fewest observed the presence of air bubbles, the most dense structure, as compared to samples containing less CMC. Samples with high water absorption have good masticated and digestibility. During the experiments, data were obtained by tensile strength at break for the films. Increasing CMC content in the composition of the apple may increase the mechanical strength of the films. When using the CMC in the composition of apple puree films strength increases slightly. In general logical state that the increase in the content of the CMC film deteriorates masticated films with increased strength is not significant. The prospect of work in the field of edible film is obvious, but it is obvious that for edible films based on applesauce necessary strength characteristics necessary to continue work and to combine CMC with other plasticizers.
Authors
Demidova Anna Vladimirovna; Makarova Nadezhda Viktorovna, Doctor of Chemical Science, Professor; Bykov Dmitry Evgenyevich, Doctor of Technical Science, Professor; Eremeeva Natalya Borisovna; Bykova Tatyana Olegovna,
Samara State Technical University, 244, Main Building, Molodogvardeyskaya St., Samara, [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
