CC BY
69
5. Ауэрман Л.Я. Технология хлебопекарного производства / Под общ. ред. Л.И. Пучковой. - 9-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Профессия, 2002. - 416 с.
6. Елисеева С.И. Контроль качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на хлебозаводах. - М.: Агропромиздат, 1987. - 192 с.
7. Скуратовская О.Д. Контроль качества продукции физико-химическими методами. 1: Хлебобулочные изделия. - М.: Де -Ли, 2000. - 100 с.
8. Муравьева Д.А., Самылина И .А. Фармакогнозия. -
М.: Медицина, 2002. - 656 с.
Поступила 10.06.09 г.
ARONIYA MELANOCARPA AS BIOLOGICALLY ACTIVE ADDITIVE IN BAKING OF BREAD
T.D. MANVELYAN, E.E. HACHATURYAN
Pyatigorsk State Technological University,
56, 40years October st., Pyatigorsk, 357500; fax: (879) 397-39-27, e-mail: [email protected]
Use aroniya melanocarpa as additives in baking of bread enables to perfect the quality to finished products not only on the touch indicators, but also on physical and chemical composition that allows us to characterize aroniya as biologically active additive. Key words: aroniya melanocarpa, biologically active additive, extraction, vitamins of the group P, flavonoids.
613.26.004.12
ПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА МЕЖКЛЕТОЧНОГО ВЕЩЕСТВА
РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
С.Д. РУДНЕВ, А. М. ПОПОВ, Е.А. ШЕЛЕМЕТЕВА
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности,
650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47; тел.: (384-2) 73-40-40, тел./факс: (384-2) 73-40-07, электронная почта:
office@kemtipp. ш
Исследовалось межмолекулярное взаимодействие в растительном сырье. На примере яблочного пектина и пшенично -го белка изучены поверхностные свойства межклеточного вещества в зависимости от влагосодержания. Определена прочность адгезии водных комплексов биополимеров, выявлены особенности их поверхностного взаимодействия. По -лученные результаты будут полезны при расчете оборудования для селективной дезинтеграции растительного сырья. Ключевые слова: селективное измельчение, поверхностная энергия, растительное сырье, межклеточное вещество, адгезия, пектин, клейковина, белок.
Селективное измельчение является основной стадией переработки растительного сырья в полуфабрикаты. Селективное измельчение - это такой вид разрушения растительного сырья, когда входящие в него различные биологические структуры в процессе силового воздействия рабочего органа отделяются друг от друга, новая поверхность при разрушении образуется, в первую очередь, по поверхностям адгезионного взаимодействия компонентов сырья. Получаемая в результате многокомпонентная сыпучая смесь легко разделяется по составу на отдельные фракции, содержащие те или иные биологические структуры.
Избирательность разрушения единичных тел полиморфного строения основана, в первую очередь, на относительной «слабости» поверхностного взаимодействия между структурами материала. Если рассматривать строение растительной ткани с прочностной точки зрения, нетрудно установить, что клеточная стенка является наиболее прочной микроструктурой растений Межклеточные пространства заполнены органическим веществом, которое скрепляет клетки между собой. Состав этого вещества зависит от природы растительной ткани, ее нахождения в тех или иных морфологических структурах растения, но всегда в межклет-
никах находятся либо белки, либо пектины как связующие вещества растительной ткани.
Между периферийными белками мембран клеток и веществами межклетников существуют устойчивые межмолекулярные связи, в которых непосредственно участвуют молекулы воды [1]. Глобулы белка удерживают воду пептидными связями — СО — КН — (одну молекулу Н2О), аминными группами — КН2 — (одну моле -кулу Н2О), карбоксильными группами — СООН — (четыре молекулы Н2О). Обезвоживание приводит к слипанию глобул белка, т. е. установлению поперечных связей между макромолекулами без участия молекул воды и изменению деформационных характеристик материалов.
Пектин - водорастворимое вещество, состоящее из частично или полностью метоксилированных остатков полигалактуроновой кислоты. Молекула пектина состоит из «гладких» линейных участков и разветвленных фрагментов. Структура и химический состав пектиновых веществ определяют пространственную форму их молекул и характер взаимодействия с другими соединениями. Пектины обладают структурой с ограниченной гибкостью, стабилизируемой водородными и гидрофобными связями. Растворимый пектин нахо-
дится в межклеточных слоях ткани зрелых плодов. Молекулы пектина в воде легко ассоциируются друг с другом либо с крупными молекулами сопутствующих веществ. Как и в случае с белком, пектин устанавливает с соседними молекулами водородные связи.
В пищевых вязкопластичных продуктах и полуфабрикатах, содержащих белки или пектины, а таких - подавляющее большинство, именно эти биополимеры определяют прочность поверхностного взаимодействия - адгезию и когезию.
Объекты переработки растительного происхождения в нативном состоянии обычно представляют собой коагуляционные дисперсные системы. Влага в таких системах находится во всех формах связи с макромолекулами биополимеров, но, например, для злаковых это только химическая и физико-химическая связи. Механическое обезвоживание либо сушка создают условия для перехода структур из коагуляционных, когда поверхностное взаимодействие микроструктур, в частности растительных клеток, осуществляется адгезионно (дисперсная фаза - дисперсионная среда), в конденсационно-кристаллизационные. Таким образом, прочность обезвоженного растительного сырья определяется когезионным поверхностным взаимодействием его макроструктур и их «кирпичиков» - частично обезвоженных растительных клеток. Но поверхностные белки клеточных мембран могут взаимодействовать с белками соседней мембраны как непосредственно, так и с участием молекул воды и веществом межклетников. Следовательно, задача определения внутренней прочности в дисперсных системах растительного происхо -ждения, а также прочности их взаимодействия с поверхностями рабочих органов машин и аппаратов сводится к определению удельной поверхностной энергии дисперсных систем, содержащих биополимеры и влагу различной концентрации.
Наиболее доступны для выделения в чистом виде белки зерна пшеницы - клейковина. Товарная клейковина представляет собой порошок светло-кремового цвета влажностью 6%. Содержит 74% протеина и 0,7% жира. Получение однородных по содержанию влаги образцов клейковины - достаточно сложная технологическая задача вследствие высокой скорости связывания молекул воды белком. Были получены образцы с влагосодержанием 200, 150, 100, 70, 60%. При гидратации клейковина образует устойчивую белково-каркасную структуру, сформированную посредством молекул воды, создающих поперечные мостики между молекулами белка.
Для изучения поверхностных свойств пектина был выбран яблочный вид. Наилучшим растворителем пектиновых веществ является вода. Для получения однородного раствора необходимо предварительно порошок пектина (с начальной влажностью 4,9%) смочить спиртом, затем использовать смеситель со скоростью вращения мешалки 20-30 об/мин. Были получены образцы с влагосодержанием 95, 300, 600, 1200%. Молекулы пектина в воде подвергаются сольватации, т. е. вокруг них образуется жидкостный слой. При увеличении взаимной ассоциации молекул пектина при добав-
Q
Рис. 1
лении спирта образуются стойкие агрегаты молекул -гель.
Реологическая модель водных комплексов клейковины и пектина (рис. 1) [2] содержит три основных элемента. Первый соответствует упругому телу Гука и характеризуется модулем мгновенно-упругой деформации Еь Второй представляет собой упруго-вязкое тело Кельвина-Фойгта, включающий модуль эластической деформации Е2 и вязкость упругого последействия ц2.Третий элемент - пластично-вязкий (тело Бингама) - характеризуется предельным напряжением сдвига Q0 и пластической вязкостью цпл.
Исследования адгезии теста свидетельствуют [3], что прочность адгезии, определяемая силой нормального отрыва F^ исследуемой поверхности от образца, представляется в виде
FN = F€r " F^ " FK " ^ч " F.,
где F ад и Fm - равновесные и неравновесные части адгезии; ^ и F^ -часть внешнего усилия, затрачиваемого на деформацию и течение образца; Fп - неучтенные потери.
Для теста, гидратированной клейковины и других дисперсных систем, содержащих биополимеры с преимущественно водородными связями с дисперсионной средой, значения Fa и F^ настолько велики, что не позволяют достоверно определить прочность адгезии. Для определения адгезионных свойств клейковины и водных растворов пектиновых веществ использовали структурометр СТ-1 производства НПФ «Радиус». Предприняли попытку исключить влияние 2-го и 3-го элементов модели клейковины на усилие отрыва образца от поверхности стеклянного диска. С этой целью приповерхностный слой образца клейковины армировали сетчатой (сторона ячейки 1,5-2 мм) хлопчатобумажной тканью. В армирующей ткани создавалось двухмерное напряженное состояние растяжения с помощью кольца. Толщина поверхностного слоя клейковины составляла 0,2-0,3 мм. При отделении стеклянной поверхности от образца наблюдался чистый адгезионный отрыв. Полученные результаты, обработанные средствами MO Excel 2007, представлены в виде зависимости «прочность адгезии-влагосодержание» при различных значениях усилия контакта Рк на рис. 2, а. Максимальную прочность адгезии проявил образец влагосодержанием 150%. Видимо, это объясняется тем, что при данном влагосодержании молекулы белка максимально активизированы влагой, причем
Влагосодержание, %
Влагосодержание, %
Рис. 2
имеется достаточное количество свободных связей для взаимодействия их с поверхностями других тел. Повышение влагосодержания приводит к компенсации свободных связей белка молекулами воды и снижению поверхностной активности. Уменьшение влажности также понижает поверхностную энергию в силу того, что снижается количество нескомпенсированных связей между молекулами белка, большинство связей задействовано при формировании каркасной стру ктуры дисперсной системы. Скорее всего, нельзя отнести увлажненную клейковину к коагуляционным дисперсным системам, так как не наблюдается агрегирования белковых сгустков в системе, и влага находится не в прослойках, а удерживается в поперечных мостиках между молекулами белка. Следовательно, влажная клейковина - конденсированное тело.
Поверхностные свойства водно-пектинового комплекса исследовали на том же оборудовании и при тех же условиях с использованием армирования приповерхностного слоя образцов. Определяли зависимость усилия отрыва стеклянного диска от поверхности образца при различных усилиях предварительного контакта, время которого составляло 300 с.
Полученные результаты, обработанные средствами MO Excel 2007, представлены в виде зависимости «прочность адгезии-влагосодержание» при различных значениях усилия контакта PH на рис. 2, б. При увеличении влагосодержания от 95 до 600% поверхностная активность водно-пектинового комплекса значительно (в 10-15 раз) возрастает, а затем резко снижается при вла-госодержании 1200%. Причем повышение усилия кон-
такта образца со стеклянным диском приводит к понижению прочности адгезии, что, несомненно, вызвано появлением в зоне контакта свободной влаги. Интересным представляется тот факт, что при влагосодержа-нии 95% и 1200% прочность адгезии для водно-пектинового комплекса практически не зависит от усилия контакта. В первом случае это можно объяснить ограниченным числом активных связей на поверхности образца, во втором - наличием значительного количества свободной влаги вокруг молекул пектина, блокирующей его поверхностную активность.
Анализ экспериментальных данных свидетельствует, что наиболее эффективным селективное измельчение будет при высушивании сырья, когда поверхностная энергия биополимеров резко падает. Однако для водно-пектинового комплекса поверхностная энергия значительно снижается и при повышении концентрации влаги. Этот фактор может быть использован в энергосберегающих технологиях, исключающих сушку как способ консервации растительного сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ребиндер П.А. Пов ерхнос тные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. - М.: Наука, 1978. - 368 с.
2. Руднев С.Д., Романов А.С. Термодинамический подход к моделированию процесса селективного измельчения // Сб. науч. тр. МПА. Вып. IV. - М.: ГИОРД, 2006. - С. 290-297.
3. Зимон А.Д. Адгезия пищевых масс - М.: Агропромиз-дат, 1985. -272 с.
Поступила 13.10.08 г.
VEGETABLE RAW MA TERIAL INTERCELLULAR SUBSTANCE SURFACE BEHAVIOR
S.D. RUDNEV, A.M. POPOV, E.A. SHELEMETEVA
Kemerovo Technological Institute of Food Industry,
47, Stroiteley boul., Kemerovo, 650056; ph. : (384-2) 73-40-40, ph./fax: (384-2) 73-40-07, e-mail: office@kemtipp. ru
Intermolecular interaction in vegetable raw material was researched. Intercellular substance surface behavior was studied depending on moister content. By way of example apple pectin and wheat protein were taken. Biopolymer water complexes adhesion strength was identified. Characteristics of their surface interaction were detected. The research results will helpful when estimating equipment for vegetable raw material selective disintegration.
Key words: selective grinding, surface energy, vegetable raw material, intercellular substance, adhesion, pectin, gluten, protein.
