CC BY
133
УДК 664.8.035.6
Съедобные пленки
на основе яблочного пюре с добавлением пектина, клетчатки, карбоксиметилцеллюлозы
Н. Б. Еремеева, Н. В. Макарова, д-р хим. наук, профессор, Д. Е. Быков, д-р техн. наук, профессор, В. В. Бахарев, д-р хим. наук, профессор, А. В. Демидова, Т. О. Быкова
ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»
Пищевая съедобная упаковка является важным шагом в производстве продуктов питания и одним из инновационных направлении разработки упаковки пищевых продуктов. Съедобная упаковка защищает продукты от механических повреждений, а также от биологического и химического износа, обеспечивая многочисленные преимущества для потребителей [1].
Благодаря своим свойствам в последние годы пектин, клетчатку и карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ) активно исследуют на возможность использования в качестве компонента съедобных пленок.
С помощью экструзионной технологии приготовлены несколько видов съедобной пленки на основе пектина, смеси желатина и альгината натрия с добавлением кукурузного и оливкового масла [2]. Для образцов были испытаны прочность на разрыв, растяжимость, прочность на прокол. Добавление оливкового масла снижает прочностные характеристики.
Для диетического кекса болгарские ученые предложили использовать съедобную пленку на основе пектина [3]. Пектиновая пленка позволяет сохранить влажность кекса и его качество.
Итальянские ученые получили трехмерную пленку на основе соевой муки, пектина, трансглютаминазы [4]. Структуры пленки изучены методом электронной спектроскопии.
Изучена эффективность нескольких видов съедобных покрытий (са-
харозы, глицерина, глюкозы, этил-целлюлозы, низкометоксилирован-ного пектина) с использованием ряда фруктов (яблок, черешни 3 сортов, голубики, оливок) при осмотическом обезвоживании [5]. Именно пектин показывает наилучшие результаты.
Для пищевых пленок из пектина, пшеничной клейковины, хитозана, пуллулана, белка мышечных волокон изучена проницаемость О2 и СО2. [6]. Селективность проницаемости пищевых пленок сравнимы с синтетическими полимерными пленками.
Для кексов использовались разные варианты покрытий из съедобных пленок: полимиксан, ксантан, пектин, карбоксиметилцеллюлоза [7]. В образцах кексов с покрытием определяли содержание влаги во время хранения в течение 6 дней. Съедобные покрытия с полимиксином и ксанта-ном сохраняют качество кексов.
Предложено [8] изготавливать двухслойные съедобные пленки. Один слой в этой пленке из метил-целлюлозы, а другой - липидный слой (этилцеллюлоза, пальмитиновая кислота). Структура этой пленки изучена методом электронной сканирующей микроскопии. Проведено сравнение проницаемости этой пленки с синтетическими аналогами.
На основе метилцеллюлозы с добавками полиэтиленгликоля получены съедобные пленки [9]. Изучено влияние активности воды на равновесную влажность пленки. Построены кривые связи водопоглощения и про-
ницаемости пленки для водяного пара.
На основе метилцеллюлозы и по-лиэтиленгликоля получены [10] съедобные пленки, для которых исследовано удлинение - показатель зависит от содержания ПЭГ. Пленка легче переходит в стеклообразное состояние.
Одним из новых направлений исследования в производстве съедобных пленок является использование двух или нескольких пластификаторов. Это дает определенные преимущества в механических свойствах пленки. Смешивание пластификаторов дает изменение физико-химических свойств конечного продукта, в зависимости от совместимости между компонентами смеси.
Целью работы является сравнительный анализ органолептических свойств, структуры, водопоглоти-тельной способности, прочностных характеристик для пленок на основе яблочного пюре и пластификаторов: пектин, клетчатка, карбосиметилцел-люлоза (КМЦ) или их смеси.
Съедобные пленки из яблочного сырья с использованием пластификатора были получены следующим образом: у яблок удаляют несъедобные части, измельчают до пю-реобразного состояния, пюре, затем к полученной массе добавляют пластификатор подвергают гомогенизации с использованием диспергатора. Полученный лист съедобной пленки сушат при 55...70 °С в течение 1-3 часов, а затем охлаждают до комнатной температуры.
Таким образом, получены 5 видов съедобных пленки, для которых и были выполнены испытания органолептических и физико-химических свойств.
На рис. 1 представлены фотографии пленок откуда видно, что все пленки имеют желтоватый оттенок, характерный для яблочного пюре. Различие в оттенках желтоватого цвета незначительное. Структура у образцов пленок плотная. Пленки с добавлением смеси пластификаторов, в отличие от пленок с одним видом
а б в г д
Рис. 2. Микроскопирование съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением пластификатора: а - 2% пектина, б - 2% клетчатки, в - 2% КМЦ, г - 4% пектин + КМЦ, д - 4% пектин + клетчатка
пластификатора, практически не имеет включений с пузырьками воздуха. На вкус все пленки также схожи: слабовыраженный вкус яблочного пюре, хотя пленки с использованием пластификаторов клетчатки и КМЦ имеют специфичный привкус бумаги. Наиболее приятными для пережевы-ваемости свойствами обладает пленка из пектина, наименее с использованием смеси пластификаторов. Аромат у пленок почти отсутствует.
Микроскопирование проводилось на лабораторном микроскопе Celestron Laboratory с линзой стократного увеличения [11]. Как показывают результаты исследования структуры пленок, наиболее однородными являются пленки на основе клетчатки или пектина-клетчатки.
Влагопоглатительная способность была определена для всех пленок по методу [12] с изменениями. Образцы погружают в дистиллированную воду и выдерживают при 23 °С в течении 30, 60, 90 мин и при 90 °С в течении 30, 60, 90 мин. Затем изучают органолептические свойства пленки. Результаты испытаний сведены в табл. 1.
Толщину пленки измеряли с помощью цифрового микрометра FIT 19909. Выполняли пять измерений для каждой пленки: один в центре образца и четырех на различных участках периметра. Толщина пленки рассчитывалось как среднее значение (табл. 2).
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, Самарский государственный технический университет, 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. Опре-
Таблица 1
Водопоглотительная способность съедобных пленок на основе яблочного пюре с добавлением пластификатора
Условия (1, т) Водопоглотительная способность, %
Пектин Клетчатка КМЦ КМЦ + Пектин Клетчатка + Пектин
23 °С, 30 мин 566 389 779 Образец растворился 714
23 °С, 60 мин Образец растворился Образец растворился 2350 Образец растворился 1300
23 °С, 90 мин Образец растворился Образец растворился 1800 Образец растворился 1516
40 °С, 30 мин Образец частично растворился Образец растворился 1153 Образец растворился 942
40 °С, 60 мин Образец растворился Образец растворился 1942 Образец растворился 1130
40 °С, 90 мин Образец растворился Образец растворился Образец растворился Образец растворился Образец растворился
деление деформационных свойств материалов с получением графика зависимости «нагрузка - перемещение», «напряжение-перемещение» и математическую обработку результатов проводили по программному обеспечению В!иеЫ1! 3 [13].
Результаты испытания механических свойств съедобных пленок является очень интересными (рис. 3). Именно пленки на основе КМЦ и клетчатки являются наиболее прочными. Однако пленки на основе этих же пластификаторов, с добавлением пектина, имеют более низкие значения.
В целом анализируя и суммируя результаты можно констатировать, что используемое сырье и пластификаторы могут выступать в качестве основы для получения съедобной пленки. Наиболее приемлемыми по вкусовым свойствам являются пленки на основе пектина, тогда как пленки с использованием клетчатки и КМЦ имеют более однородную структуру и как следствие высокую прочность.
Работа выполнена в рамках Программы развития ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университета» до 2020 г.
Таблица 2
Толщина съедобной пленки на основе яблочного сырья с добавлением пластификаторов и результаты ее испытания на растяжение
Пластификатор, добавляемый в пленку Толщина пленки, мм Нагрузка при пределе прочности, Н
Пектин 0,32 2,51
КМЦ 0,33 7,69
Клетчатка 0,31 6,52
Пектин + КМЦ 0,33 5,04
Пектин + Клетчатка 0,37 4,76
Тип пластификатора
Рис. 3. Предел прочности съедобных пленок на основе яблочного сырья с добавлением пластификатора
ЛИТЕРАТУРА
1. Han, J. H. Innovations in food packagings, Second Edition./J. H. Han // USA: Academic Press. 2013. - 624 p.
2. Liu, L. Effect of food ingredients and selected lipids on the physical properties of extruded edible films/ casings./L. Liu, J. K. Kerry, J. P. Kerry // Int. J. Food Sci. and Technol. - 2006. Vol. 41. - № 3. -P. 295-302.
3. Baeva, M. Investigation of the retaining effect of a pectin-containing edible films upon the crumb ageing of dietetic sucrose-free sponge cake./ M. Baeva, I. Panchev // - 2005. Vol. 92. - № 2. - P. 343-348.
4. Giancone, T. Role of constituents on the network formation of hydrocoUoid edible films./T. Giancone, E. Torrieri, P. Di Pierro, L. Mariniello, M. Moresi, R. Porta, P. Masi // J. Food Eng. - 2008. Vol. 89. -№ 2. - P. 195-203.
5. Camirand, W. Properties of some edible carbohydrate polymer coatings for potential use in osmotic dehydration./ W. Camirand, J. M. Krochta, A. E. Pavlath, D. Wong, M. E. Cole // Carbohydr. Polym. -
1991 (1992). Vol. 17. - № 1. -P. 39-49.
6. Gontard, N. Influence of relative humidity and film composition on oxygen and carbon dioxide permeailities of edible films./ N. Gontard, R. Thibault, B. Cuq, S. Guilbert // J. Agr. and Food Chem. -1996. Vol. 44. - № 4. - P. 1064-1069.
7. Panchev,I. N. Influence of edible films upon the moisture loss and microstructure of dietetic sucrose-free sponge cake during storage./I. N. Panchev, M. R. Baeva, S. I. Lambov // Drying Technol. - 2005. Vol. 23. - № 4. - P. 925-940.
8. Greener, I. K. Barrier properties and surface characteristics of edible, bilayer films./ I. K. Greener, 0. Fennema // J. Food Sci. - 1989. Vol. 54. - № 6. -P. 1393-1399.
9. Ayranci, E. Moisture sorption of cellulose-based edible films./E. Ayranci // Nahrung. - 1996. Vol. 40. - № 5. -P. 274-276.
10. Debeaufort, F. Methylcellulose-based
edible films and coatings: 2. Mechanical and thermal properties as a function of plasticizer content./ F. Debeaufort, A. Voilley // J. Agr. and Food Chem. -1997. Vol. 45. - № 3. - P. 685-689.
11. George, J. High performance edible nanocomposite films containing bacterial cellulose nanocrystals./ J. George, Siddaramaiah. // Carbohydr. Polym. -2012. Vol. 87. - № 3. - P. 2031-2037.
12. 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.
13. ГОСТ Р 53226-2008 Полотна нетканые. Методы определения прочности Nonwoven fabrics. Methods of strength determination Москва: Стандартинформ, 2009. - 20 с.
Съедобные пленки на основе яблочного пюре с добавлением пектина, клетчатки, карбоксиметилцеллюлозы
Ключевые слова
пластификатор, съедобная пленка, яблочное пюре Реферат
Пищевая съедобная упаковка является важным шагом в производстве продуктов питания и одним из инновационных направлении разработки упаковки пищевых продуктов. Съедобная упаковка защищает продукты от механических повреждений, а также от биологического и химического износа, обеспечивая многочисленные преимущества для потребителей. Благодаря своим свойствам в последние годы пектин, клетчатку и карбоксиметилцеллю-лозу (КМЦ) активно исследуется на возможность использования в качестве компонента съедобных пленок. Целью работы является сравнительный анализ органолептических свойств, структуры, водопоглотительной способности, прочностных характеристик для пленок на основе яблочного пюре и пластификаторов: пектин, клетчатка, карбосиметилцеллюлоза (КМЦ) или их смеси. Были получены 5 образцов съедобных пленок, для которых и были выполнены экспериментальные исследования свойств. Съедобные пленки имеют желтоватый оттенок, характерный для яблочного пюре. Наиболее приемлемыми по вкусовым свойствам являются пленки на основе пектина, тогда как пленки с использованием клетчатки и КМЦ имеют более однородную структуру и как следствие высокую прочность. Было проведено микроскопирование образцов съедобной пленки. Наиболее однородными являются пленки на основе клетчатки или пектина-клетчатки. Были проведены испытания на растяжение съедобных пленочных материалов. Именно пленки на основе КМЦ и клетчатки являются наиболее прочными. Однако пленки на основе этих же пластификаторов с добавлением пектина имеют более низкие значения. Влагопо-глатительная способность была определена для всех съедобных пленок. Наибольшей водопоглотительной способностью обладает съедобная пленка на основе КМЦ и смеси клетчатки и пектина, остальные образцы выдерживают лишь погружение в дистиллированную воду при 23 °С в течении 30 мин. Работа выполнена в рамках Программы развития ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университета» до 2020 г.
Авторы
Еремеева Наталья Борисовна,
Макарова Надежда Викторовна, д-р хим. наук, профессор, Быков Дмитрий Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, Бахарев Владимир Валентинович, д-р хим. наук, профессор, Демидова Анна Владимировна, Быкова Татьяна Олеговна,
Самарский государственный технический университет 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, главный корпус rmvnatasha@rambler.ru, nvmakarova1969@ yandex.ru, rector@samgtu.ru, fpp@samgtu.ru, demianna23@ gmail.com, bykova02@rambler.ru
Edible Films Based on Apple Puree with Addition of a Mashed Pectin, Cellulose, Carboxymethyl Cellulose
Key words
edible film, fiber, apple puree Abstracts
Edible food packaging is an important step in food production and one of the innovative direction of development of food packaging. Edible packaging protects products from mechanical damage, as well as from biological and chemical wear, providing numerous benefits to consumers. Due to their properties in recent years, pectin, cellulose and carboxymethyl cellulose (CMC) is actively studied for use as a component of edible films. The aim of this work is the comparative analysis of the organoleptic properties, structure, water absorption ability, the strength characteristics for the films based on applesauce and plasticizers: pectin, cellulose, carboxymethyl cellulose (CMC), or mixtures thereof. Were received 5 samples of edible films, which was experimental researches of properties. Edible films have a yellowish tint, characteristic of applesauce. The most acceptable taste properties are films based on pectin, whereas the film using cellulose and CMC were more homogeneous and as a consequence high strength. Was performed microscopy samples of the edible film. The most homogeneous films are based on cellulose or pectin-cellulose. Tests were carried out tensile edible film materials. It films based on CMC and cellulose are the most durable. However, films based on these plasticizers with the addition of pectin have lower values. The water absorption ability has been defined for all edible films. The greatest water absorption ability has an edible film on the basis of CMC and mixture of cellulose and pectin, the remaining samples only withstand immersion in distilled water at 23 °C for 30 min. the Work is done in the framework of the development of the «Samara state technical University» by 2020.
Authors
Eremeeva Natalya Borisovna,
Makarova Nadezhda Viktorovna, Doctor of Chemical Science, Professor,
Bykov Dmitry Evgenyevich, Doctor of Technical Science, Professor, Bakharev Vladimir Valentinovich, Doctor of Chemical Science, Professor, Demidova Anna Vladimirovna, Bykova Tatyana Olegovna, Samara State Technical University
244, Main Building, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, rmvnatasha@rambler.ru, nvmakarova1969@yandex.ru, rector@samgtu.ru, fpp@samgtu.ru, demianna23@gmail.com, bykova02@rambler.ru
