Исследование органолептических, прочностных, физико-химических свойств многослойной съедобной пленки на основе яблочного сырья

УДК 664.856:634.11

Н.В. Макарова, Н.Б. Еремеева, Д.Е. Быков, Я.В. Давыдова

ИССЛЕДОВАНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ, ПРОЧНОСТНЫХ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОСЛОЙНОЙ СЪЕДОБНОЙ ПЛЕНКИ

НА ОСНОВЕ ЯБЛОЧНОГО СЫРЬЯ

В последнее время в качестве покрытий пищевых продуктов приобрели популярность съедобные пленки и съедобные покрытия, представляющие собой естественный биоразлагаемый материал. Их использование - путь к уменьшению количества отходов традиционных упаковочных материалов. Они, кроме того, улучшают общее качество пищевых продуктов, увеличивают срок их годности, способствуют повышению экономической эффективности производства. В статье приводятся результаты разностороннего изучения образцов одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи-, восьми-, девяти-, десятислой-ных съедобных пленок, полученных на основе одного из самых распространенных видов фруктов - яблок. У них изучены органолептические свойства (внешний вид, цвет, вкус, аромат, пережевываемость), микроструктура поверхности. Последняя изучалась с использованием лазерной микроскопии. Структуру пленок исследовали с помощью ИК-спектроскопии. В ходе проведенных исследований было определено отношение пленок к воде, к воздействию высоких и низких температур, изучены их прочностные свойства. Результаты исследований показали, что съедобная многослойная пленка, полученная на основе яблочного сырья, вполне приемлема по органолептическим показателям. Несмотря на отдельные трещины и пустоты в структуре пленки, она обладает высокими прочностными характеристиками, при этом она достаточно устойчива к воде и низким температурам, но теряет свои пластические свойства при МВ-нагреве.

Ключевые слова: съедобная пленка, многослойная пленка, яблоки, органолептические свойства, прочность, структура, водоустойчивость, воздействие температуры.

N.V. Makarova, N.B. Eremeeva, D.E. Bykov, Y.V. Davydova

STUDY OF ORGANOLEPTIC, STRENGTH, PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF MULTILAYERED EDIBLE FILM ON THE BASIS OF APPLE RAW MATERIAL

Recently, edible films and edible coatings, which are a natural biodegradable material, have become popular as food coatings. Their use is a way to reduce the amount of traditional packaging materials waste. Moreover, they improve the total quality of food products, increase their shelf life and contribute to the economic efficiency of production. The results of comprehensive study of samples of one-, two-, three-, four-, five-, six-, seven-, eight-, nine-, ten-layers edible films obtained on the basis of one of the most common types of fruit - apples are presented in the article. The organoleptic properties (appearance, color, taste, aroma, chewability), surface microstructure are examined. The latter was studied by using laser microscopy. The structure of the films was investigated by IR spectroscopy. During the research the ratio of films to water, to the effects of high and low temperatures was determined, their strength properties were studied. The results showed that the edible multilayer film obtained on the basis of apple raw materials is quite acceptable in organoleptic characteristics. Despite the individual cracks and voids in the structure of the film, it has high strength characteristics, while it is sufficiently resistant to water and low temperatures, but loses its plastic properties when MV-heating.

Key words: edible film, multilayer film, apples, organoleptic properties, strength, structure, water resistance, temperature effect.

DOI: 10.17217/2079-0333-2018-46-35-46

Введение

В последние годы, в период действия санкций со стороны европейских государств и США, быстрыми темпами развивается агропромышленный сектор экономики России. При этом необходимо отметить, что развитие объемов производства зерна, молока, мяса, растительного масла, овощей, фруктов и т. д. намного опережает развитие перерабатывающих отраслей. Однако стоит ожидать, что в скором времени темпы развития производства и переработки пищевых продуктов станут сопоставимы. Российские ученые не только изучают темпы роста производства и условия

ускоренного развития [1], но и предлагают экономико-математические модели для характеристики этих процессов [2].

В ближайшие годы в России доля продуктов, находящихся в разной степени готовности и полностью готовых к употреблению, будет только возрастать, поскольку этому способствует само изменение образа жизни россиян. Основанием для этого утверждения является тот факт, что время, которое тратят граждане нашей страны на работу, увеличивается. Свое свободное время они предпочитают посвятить не домашнему хозяйству и приготовлению пищи, а спорту, отдыху, развлечениям, образованию. В связи с этим возрастает и роль продуктовых магазинов [3] и предприятий общественного питания.

С увеличением роста количества готовых пищевых продуктов растет количество расфасованных пищевых продуктов. Индустрия их упаковки постоянно эволюционирует [4], и при этом изменяется качество полимерных материалов в соответствии с изменениями требований к ним. Появляются принципиально новые виды упаковки, например, «активная» упаковка или упаковка с использованием нанокомпозитных материалов [5]. Их отличают не только новые технохими-ческие свойства, но и наличие специальных свойств, например, антимикробных.

Яблоки среди фруктов являются одним из самых значимых сырьевых источников пищевой промышленности. Поэтому интерес к исследованию их химического состава и технологических свойств очень высок. В этой области постоянно появляются новые публикации. Так, например, турецкие ученые [6] выполнили большой комплекс исследований, направленных на выявление общего содержания сухих веществ, кислот, фенолов, аскорбиновой кислоты, влажности, рН, минерального состава у яблок сортов Golden, Starkin-Golden, Granny Smith, Red chif, Gala, Starkimson, Amasya, Golden-Starking, Koleksiyon Bak^, Golden-Starkimison. Они проводили их в многократном повторении, используя яблоки из разных мест сбора в Турции. По каждому из изученных показателей они выбрали наиболее перспективные сорта. Так, лидером по содержанию сухих веществ является сорт Gala, а по уровню аскорбиновой кислоты - сорт Starkrimson.

Польские ученые [7] наряду с цветом, плотностью и кислотностью у яблок шести сортов (Alwa, Fiesta, Gloster, Golden Delicious, Mutsu, Pinova) с использованием методов ВЭЖХ определили содержание разных групп полифенолов: флаван-3-олов (процианидина Вь ±-катехина, процианидина В2, (-)-катехина, процианидина С1, полимерных процианидинов), дигидрохалко-нов (флоретин-2'-О-ксилоглюкозида, флоретин-2',-О-глюкозида), гидроксициннамовых кислот (хлорогеновой, криптохлорогеновой), флавонолов (кверцетин-3-О-галактозида, кверцетин-3-О-глюкозида, кверцетин-3-О-ксилозида, кверцетин-3-О-рамнозида), антоцианов (цианидин-3-О-галактозида). Для яблочных соков из этих шести сортов яблок изучена энзимная активность до и после пастеризации. Такой показатель, как сорт яблок, влияет как на уровень отдельных фенольных веществ, так и на ферментативную активность соков после пастеризации.

Яблочное сырье исследуется не только в целях разработки технологий переработки. Многочисленные публикации свидетельствуют и об их положительном влиянии на здоровье человека. Так, например, чилийские ученые [8] установили, что приблизительно 40% населения страны имеет повышенный уровень холестерина, а у 25% он достигает критической отметки, что является фактором риска развития сердечно-сосудистых заболеваний. Опыты на лабораторных мышах показали, что после 40 дней у животных, рацион питания которых включал яблоки, снизился уровень холестерина и липопротеинов высокой плотности и нормализовался вес. На основании этого эксперимента упомянутая исследовательская группа рекомендовала шире использовать яблоки в рационе питания населения своей страны.

Еще более интересные данные представлены в совместной работе канадского и польских ученых [9]. Они изучали экспрессию генов у созревающих яблок двух сортов (Golden Delicious и Mcintosh) с целью идентификации функционального молекулярного маркера, определяющего физиологическую спелость плодов за несколько дней до их полного созревания и сбора урожая. Проведенные ими исследования позволили предположить, что это ген глюкозидазы крахмала (StG), поскольку на поздних стадиях созревания плодов, еще до начала производства этилена наблюдалась его гиперэкспрессия. Эти исследования имеют не только научный, но и большой практический интерес.

Несмотря на положительное воздействие яблок на организм человека, наличие в мире большого объема яблочного сырья, интересных технологических разработок, их использование в промышленном масштабе ограничивается получением нескольких пищевых продуктов. Изучение возможности использования этого сырья сосредоточено в основном на улучшении техноло-

гий производства традиционной продукции. Например, в работе польских авторов [10] описываются аспекты технологии производства сока из яблок сортов Trinity, Maypole, Alex Red. В ходе их экспериментов были подобраны оптимальные концентрации добавляемой аскорбиновой кислоты, ферментный препарат, изучено влияние процессов центрифугирования и хранения при температурах 2 и 20°С и изменения при этом содержания сухих веществ, антоцианинов, полифенолов, титруемой кислотности. На основании полученных результатов для каждого технологического параметра выбраны значения, существенно улучшающие процесс производства яблочного сока.

Одним из способов консервирования яблок является сушка. В настоящее время ведется экспериментальный поиск наиболее оптимальных технологий сушки фруктов. Большую роль приобретают не просто сублимационная сушка, а ее сочетание с другими видами сушки: вакуумной, конвекционной, распылительной, инфракрасной. В связи с этим венгерские ученые [11] изучили изменение цветности, содержание кислот, регидратацию яблок при использовании нескольких технологических режимов сублимационной сушки, сочетанной сублимационной и конвекционной, сублимационной и инфракрасной сушки. Предложенная математическая модель описания процесса сушки позволила им выбрать оптимальную энергетическую нагрузку.

Яблочное пюре является не только готовым для потребителей продуктом, но и активно используемым ингредиентом при производстве соков, печенья, конфет, десертов. При этом вопрос повышения качества пюре при его производстве остается весьма актуальным. Румынские ученые [12] для его пастеризации предложили новую установку омического нагрева и на основании результатов многофакторного анализа выбрали наиболее оптимальные условия нагрева в ней пюре. Таким образом, анализ литературных данных показывает, что до настоящего времени яблочное сырье использовалось в основном для получения традиционных продуктов питания.

Съедобные пленки - новый для пищевой промышленности вид упаковочного материала. Высокий интерес к ним вызван, прежде всего, ухудшением общей экологической ситуации на планете и в России в связи с поступлением в окружающую среду большого количества не разлагаемых живыми организмами полимерных материалов, использовавшихся для упаковки товаров. К настоящему времени имеются определенные успехи в разработке новых или улучшении существующих технологий производства пищевых пленок.

Так, для снижения способности к набуханию и уменьшению влагопроницаемости аргентинские ученые [13] в состав пленки из хитозана и глицерина вводили оливковое масло. При изучении ее микроструктуры, прочности и эластичности они обнаружили, что повышенное содержание в эмульсии хитозана оливкового масла приводит к повышению прочности и эластичности пленки.

Американские ученые изготовили пленку из пуллуана с покрытием из рисового воска и изучили у изготовленных ими образцов проницаемость для водяного пара [14]. При этом они показали, что увеличение содержания в ней воска приводит к уменьшению ее проницаемости.

Японские ученые [15] в качестве основы для получения съедобной пленки использовали мантию кальмара. Процесс производства таких пленок был проведен с использованием солей NaCl, цитрата, бензоата, ацетата, тартрата Na. У полученной пленки исследовали барьерные свойства по отношению к ультрафиолету, прочностные характеристики, проницаемость водяного пара. Самой прочной оказалась пленка, полученная с использованием цитрата натрия, а менее водонепроницаемой - с хлористым натрием.

В съедобную пленку из йота-каррагинана с добавлением или без липидов инкапсулировали d-лимонен и н-гексаналь [16]. Такие образцы пленки испытывали на способность к увлажнению при температуре 25 и 35°С в зависимости от состава среды (вода и 0,9%-ный раствор NaCl). Оказалось, что все воздействующие на нее факторы влияют на уровень удержания в пленке ароматических веществ.

В другом случае съедобные пленки были получены методом экструзии на основе кукурузного крахмала с добавкой амилозы [17]. Изучение их эластичности и прочности на разрыв показало, что повышение содержания амилозы увеличивает прочностные характеристики. Однако при этом усложняется процесс экструзии.

В состав съедобной пленки, изготовленной из изолята белков канолы с пластификаторами (глицерин, сорбитол, полиэтиленгликоль), добавляли генипин [18] и изучали ее прочность на разрыв, эластичность, структуру, проницаемость для водяных паров. Генипин делает пленки более прочными, но малоэластичными.

В состав биоразлагаемых съедобных пленок на основе растворимых полисахаридов соевых бобов вводили различные количества - 20, 30, 40% - глицерина [19]. Установлена зависимость между прочностными характеристиками, оптическими и барьерными свойствами и содержанием глицерина. Пароводопроницаемость пленок оказалась лучшей при добавлении 20% глицерина. Увеличение содержания глицерина увеличивает удлинение пленок, но при этом снижает прочность.

На основе желатина с использованием нанокристаллов бактериальной целлюлозы были получены съедобные, биоразлагаемые, дешевые, высокоэффективные наногликозидные пищевые пленки [20]. Для получения нанокристаллов бактериальную целлюлозу подвергали кислотному гидролизу в контролируемых условиях. Изучение микроскопической структуры пленки и распределения в них нанокристаллов показало, что внутри желатина образуется сетка, что ее прочностные характеристики имеют сложную зависимость от количества нанокристаллов и что ее прочность максимальна при 4%. Однако ее эластичность при этом составляет 0%.

К съедобной пленке из желатина чешуи зубатки полосатой были добавлены 0, 50, 100 и 150% триацетина и эмульгатор Twen-80 [21]. Микроструктуру пленки изучали с помощью рентгеновского микроскопа. Введение триацетина снижало прочность пленки на разрыв (TS), но увеличивало ее растяжимость (FS, E), растворимость в воде (WVP).

В ходе разработки технологий производства съедобных пленок были проверены хитозано-вые пленки, проконтролированы микробиологические показатели и качество брокколи [22]. Экспериментально было доказано, что такое покрытие снижает количество мезофильных и пси-хотрофных бактерий, дрожжей, E. coli и штамма О157:Н7, ингибирует раскрытие и пожелтение цветков. Таким образом, было обнаружено, что хитозановые покрытия позволяют сохранить качество свежесрезанной брокколи в течение 20 дней.

В другом исследовании пищевая пленка была изготовлена на основе пшеничной клейковины и желатина [23]. С целью придания ей антимикробных свойств в ее состав вводили слизистые вещества жира или энтеротоксин (ES). Пленки на основе энтеротоксина утрачивали свою антимикробную активность через 2 ч. Но оба их вида авторы рекомендуют как упаковку для продуктов, защищающую от загрязнения Listeria monocytogenes.

Корейские ученые изготовили двойные комбинированные пленки из белкового изолята соевых грибов и зеина [24]. Для этой пленки изучены прочностные характеристики, проницаемость кислорода и водяного пара. Эту пленку с успехом использовали для хранения оливкового масла от окислительного прогоркания и уменьшения в нем перекисного числа. Испанские ученые [25] изучали пролонгированное освобождение витамина Е из съедобных пленок хитозан-ацетилированного моноглицерида (АМ) с разным содержанием хитозана. В качестве пластификатора они использовали глицерин. В течение 480 ч они оценивали выделение из пленки а-токоферола в среде этанол : вода. Такие пленки были предложены как обладающие антиок-сидантной активностью.

Таким образом, обзор указанных выше литературных источников показывает, что в настоящее время в мире наблюдается большой интерес к разработке технологий производства съедобных биоразлагаемых пленок как альтернативе широко используемых ныне полимерных пленок. В ходе этих исследований были созданы разные типы пищевых пленок, обладающих дополнительными полезными свойствами, которые отсутствуют у полимерных материалов.

Ниже авторами работы представлены результаты изучения органолептических свойств, микроструктуры, водопоглотительной способности, прочностных характеристик, устойчивости к воздействию высоких и низких температур одно-, двух-, трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи-, восьми-, девяти-, десятислойных съедобных пленок, полученных на основе яблочного сырья с добавлением пластификатора - пектина в количестве 2%.

Материалы и методы исследования

Метод производства многослойной съедобной пленки. Для получения яблочного пюре, используемого в качестве основы пленок, плоды яблок подвергали первичной обработке, предусматривающей инспекцию плодов, сортировку, калибровку и мойку, удаление несъедобных частей (плодоножки, семенной камеры, кожуры) нарезку и измельчение до пюреобразного состояния. К полученной массе добавляли пектин в количестве 2% от массы исходного сырья и вновь 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 1 ч при температуре 55-60°С. Последующие слои наносили аналогичным образом, сушили 30 мин. Готовую пленку охлаждали до комнатной температуры.

Определение органолептических характеристик многослойной съедобной пленки. Исследования органолептических показателей были проведены по ГОСТ 8756.1-79 «Продукты пищевые консервированные». Методы определения органолептических 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.

Микроскопические исследования. Изучение поверхностного слоя образцов многослойной съедобной пленки проводили на лабораторном микроскопе «Микромед 3-20М». Сканирующая электронная микроскопия образцов многослойной съедобной пленки была проведена на электронном микроскопе «JEOL-6390A».

ИК-спектроскопия многослойной съедобной пленки. ИК-спектры для образцов многослойной съедобной пленки были сняты с помощью лабораторного прибора «Shimadzu IRAffinity-1» в тонком слое с преобразованием Фурье.

Определение влагопоглотительной способности многослойной съедобной пленки. Влагопог-лотительная способность была определена для всех пленок следующим образом: образцы пленок помещали в дистиллированную воду и выдерживали при 23°С в течение 30, 60, 90 мин, при 60°С в течение 30, 60, 90 мин и при 90°С в течение 30, 60, 90 мин. Степень водопоглощения определяли как отношение массы пленки после эксперимента к массе пленки до эксперимента, выраженное в процентах.

Определение толщины многослойной съедобной пленки. Толщину пленки измеряли с помощью цифрового микрометра «FIT 19909». Для каждой пленки выполняли пять измерений: один в центре образца и четыре на разных участках его периметра. Затем определяли средние показатели толщины пленки.

Испытание на растяжение многослойной съедобной пленки проводили на лабораторном испытательном комплексе, включающем 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 мм/мин до 508 мм/мин. Испытывали образцы, имеющие вид полосок шириной 10 мм при расстоянии между зажимами 150 мм. Деформационные свойства материалов определяли с помощью полученных графиков зависимости «нагрузка-перемещение», «напряжение-перемещение». Математическую обработку результатов проводили с помощью программного обеспечения Bluehill 3. Исследования прочностных характеристик и толщины пищевых пленок были проведены по ГОСТ Р 53226-2008 «Полотна нетканые. Методы определения прочности».

Определение устойчивости многослойной съедобной пленки к температурным воздействиям. Образцы многослойной съедобной пленки размером 10 х 10 см выдерживали при температурах: 0...-4°С в течение 24 ч, - 18°С в течение 24 ч, в микроволновой печи при режиме 600 Вт в течение 1мин - и после этого для каждого образца определяли органолептические показатели.

Результаты и обсуждение

Одной из важнейших характеристик съедобных пленок являются органолептические показатели. Если для биоразлагаемых пленок на первом месте стоят такие свойства, как прочность, газопроницаемость, то применение съедобной пленки не имеет смысла при ее неудовлетворительной органолептике. Нами для десяти образцов многослойной съедобной пленки, полученной на основе яблочного пюре, разработана и использована методика органолептического анализа. Результаты органолептического анализа для многослойных пленок приведены в табл. 1. Проведенное исследование показало, что все многослойные съедобные пленки имеют приемлемый внешний вид, а свойственный им яблочный аромат и кисловатый вкус делают их весьма привлекательным пищевым объектом.

Таблица 1

Органолептические свойства многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья

Вид пленки

Изученные образцы

Показатель

Характеристика

3

Однослойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Бледно-желтый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Хорошая

Двухслойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Бледно-желтый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Хорошая

Трехслойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Бледно-желтый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Хорошая

Четырехслойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Бледно-желтый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Хорошая

Пятислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

Шестислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

Семислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

Восьмислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

1

2

4

Окончание табл. 1

Девятислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

Десятислойная

Внешний вид

Поверхность пленки ровная, блестяще-матовая, без трещин

Цвет

Желто-коричневый

Аромат

Слабый яблочный

Вкус

Кисловатый

Пережевываемость

Средняя

Данные микроскопических исследований поверхности многослойных съедобных пленок позволяют получить более точные сведения по структуре пленки. Нами для образцов многослойной съедобной пленки выполнены исследования структуры пленок с помощью микроскопирова-ния и лазерного микроскопирования. Данные по микроскопированию пленок сведены в табл. 2.

Таблица 2

Данные по микроскопированию образцов многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья

Внешний вид поверхности пленки под световым микроскопом

Внешний вид поверхности пленки под лазерным микроскопом

Увеличение 30*

Увеличение 100*

Увеличение 500*

1

2

3

4

3

4

5

Окончание табл. 2

Анализ данных микроскопических исследований свидетельствует о наличии отдельных пузырьков воздуха и дефектов в структуре пленки. Однако при наложении одного слоя пленки на другой этот недостаток устраняется.

Хотя исследование ИК-спектров для химических соединений широко применяется для идентификации их структуры, в технологических исследованиях, направленных на изучение аспектов производства и свойств разных пищевых продуктов, этот метод практически не используется. Но в случае разработки технологий производства съедобных пленок он очень важен, так как позволяет получить информацию по содержанию в них гидроксильных групп, которые способны взаимодействовать с водой за счет образования водородных связей. А это влияет на такие показатели пленки, как водопоглощение, водоотталкивание, перевариваемость пленки в организме. Данные по ИК-спектрам многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья представлены на рис. 1.

Однослойная Трехслойная

Рис. 1. (Начало) ИК-спектры многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья

Пятислойная

Семислойная

коо эзм оооо моо

Ш) 2600 200С 2*00 2200

1000 Ы» 1400 1200 1000 КС ООО

и

Девятислойная

V'

'¡да*«

Десятислойная

ММ ¡Ш 3200 НАЛ 24С0 2200 20» 1400 1»» •:: 120С -'ГЦ 600

4000 эвао «ос  яо уло зга жгс ген 2400 22м зко

1М0 1400 1200

Рис. 1. (Окончание) ИК-спектры многослойных съедобных пищевых пленок на основе яблочного сырья

Как видно из рис. 1, для приведенных выше ИК-спектров съедобных пленок на основе яблочного сырья свойственно наличие широкой полосы поглощения в диапазоне 3 300-3 400 см \ Это свидетельствует о наличии в них свободных гидроксильных групп.

Водопоглотительная способность пленок - одна из важнейших их характеристик. Ее высокий уровень способствует их лучшему перевариванию и усвоению организмом. В то же время способность к водоотталкиванию характеризует устойчивость пленок к воздействиям внешней среды. Нами для всех изучаемых образцов были определены показатели водопоглощения при трех температурах 25, 60 и 90°С в течение 30, 60 и 90 мин. Результаты этих экспериментов представлены на рис. 2.

00,0 600,0 ?оо.о

1 -11.10.0

3

§ 31 т.н

в :оо.о ©

4

П 100.0

0,0

Т1

1

гп

II

3 4 5 6 7 8 9 10 Количество слоев в пленке

25

60 90

т00,0 600.0

§ 4ооо

И 300.0 ч

§ :оо.о о

§ 11.11.11.1 и

0,0

I I

чттгтг 11

3 4 5 6 7 8 Количество слоев в пленке

2 5 0 60 90 0

б

а

Рис. 2. Водопоглощение многослойными съедобными пленками за период 30 (а) и 60 (б) минут

Анализ результатов по водопоглощению многослойных съедобных пленок на основе яблочного сырья однозначно свидетельствует о влиянии такого фактора, как количество слоев пленки: чем больше слоев, тем выше показатель водопоглощения пленки. С увеличением температуры и времени этот показатель также увеличивается. Для времени 90 мин все образцы многослойной съедобной пленки утрачивают свою целостность.

Характеристика съедобных пленок в отличие от обычных полимерных с точки зрения прочности имеет два аспекта. С одной стороны, более высокая прочность пленки открывает и более широкие возможности по ее использованию. С другой стороны, чем выше прочность съедобной пленки, тем сложнее она пережевывается. Изучение толщины и прочности (рис. 3) съедобных многослойных пленок на основе яблочного сырья показало, что с увеличением количества слоев в пленке повышается не только толщина, но и прочностные характеристики.

Толщина пленки,

_мм_

"_1,23_

"_2,34_

"_3,41_

"_4,49_

"_5,53_

"_6,61_

"_7,68_

"_8,74_

"_982_

10,90

б

Рис. 3. Прочность (а) и толщина (б) разных по количеству слоев съедобных пленок

Кроме отношения к воде важной характеристикой обсуждаемой съедобной пленки является такая характеристика, как сохранение свойств при воздействии высокой или низкой температур. Авторы работы воздействовали на образцы пленок разными температурами: 1) 0...-4°С в течение 3 сут; 2) -18°С в течение 7 сут; 3) микроволновый нагрев мощностью 600 Вт - в течение 1 мин. После термического воздействия определяли органолептические свойства пленок. Проведенные исследования показали, что низкие температуры практически не изменили органо-лептические свойства изученных образцов. Микроволновое воздействие, даже столь краткое, привело к утрате пластичности и появлению постороннего запаха гари.

Выводы

Таким образом, в результате комплексных экспериментов, направленных на определение органолептических характеристик разнослойных съедобных пленок, изготовленных на основе яблочного сырья, их микроструктуры, водопоглотительной способности, прочностных характеристик, устойчивости к воздействию высоких и низких температур, было установлено, что при увеличении количества слоев в пленке все указанные выше свойства пленок не ухудшаются. Напротив, при этом увеличивается их прочность и водопоглощение, исчезают структурные дефекты, увеличивается целостность.

Литература

1. Fiscal technologies of budget liquidity management and their role to ensure the sustainable growth of the agrarian sector in the contex of global uncertainty / O.V. Glushakova, N. V. Fadeykina, I.V. Baranova, K.Yu. Tsygankov V.V. Mikhailov // Food and Raw Materials. - 2017. - Vol. 5, № 1. -P. 174-191. DOI: 10.21179/2308-4057-2017-1-174-191.

2. Modeling of the agribusiness enterprise activity on the basis of the balanced scorecard / E.A. Fedulova, A.V. Medvedev, P.D. Kosinskiy, S.A. Kononova, P.N. Pobedash // Food and Raw Materials. - 2016. - Vol. 4, № 1. - P. 154-162. DOI: 10.21179/2308-4057-2016-1-154-162.

3. Gluster approach to the development of food market of the region: theoretical and applied aspects / E.A. Fedulova, A.V. Medvedev, P.D. Kosinskiy, S.A. Kononova, P.N. Pobedash // Food and Raw Materials. - 2016. - Vol. 4, № 2. - P. 157-166. DOI: 10.21179/2308-4057-2016-2-157-166.

4. Risch S.J. Food packaging history and innovations // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2009. - Vol. 57. - P. 8089-8092. DOI: 10.1021/jf900040r.

5. Azeredo H.M. C. Nanocomposites for food packaging applications // Food Research International. - 2009. - Vol. 42. - P. 1240-1253. DOI: 10.1016/j.foodres.2009.03.19.

6. Er F., Ozcan M.M. Chemical compositional properties and mineral contents of some apple cultivars // South Weatem Journal of Horticulture. Biology and Environment. - 2010. - Vol. 1, № 2. -P. 121-131.

7. Teleszko M., Nowicka P., Wojdyto A. Chemical, enzymatic and physical characteristics of cloudy apple juices // Agricultural and Food Science. - 2016. - Vol. 25. - P. 34-43.

8. Apple extracts present catabolic and hypocolesterolemic effect in mice / M. Poblete, A. Neira, R. Huilcaman, I. Palomo, J.A. Yuri, R. Moore-Carrasco // Food and Nutrition Science. - 2015. -Vol. 6. - P. 141-150. DOI: 10.4236/fns.2015.61015.

30

Я

я 25

й

Р 20

о

S

ф

R1

г 1»

5

К

17

15,11

10,0-1

.8 .У  .1 и

1

1 2 3 -1 5 6 " Количество c.nOfB

Количество слоев

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

а

9. Changes in gene expression profile during fruit development determine fruit quality / S. Kel-ler-Przybylkowicz, K.P. Rutkowski, D.E. Kruczynska, K. Pruski // Horticultural Science. - 2016. -Vol. 43, № 1. - P. 1-9.

10. Cloudy red-fleshed apple juice production and quality / M. Mieszczakowska-Frqc, M. Buczek, D. Kruczynska, J. Markowski // Polish Journal of Natural Scivolence. - 2015. - Vol. 30, № 1. -P.59-72.

11. Antal T. Comparative study of three drying methods: freeze, hot air-assisted freeze and infrared-assisted freeze modes // Agronomy Research. - 2015. - Vol. 13, № 4. - P. 863-878.

12. Nistor O.-V., Botez E., Luca E., Mocanu G.D., Andronoiu D.G., Timofti M. Ohmic heating process characterizations during apple puree processing // Journal of Agroalimentary Processes and Technologies. - 2013. - Vol. 19, № 2, - P. 228-236.

13. Pereda M., Amica G., Marcovich N.E. Development and characterization of edible chi-tosan/olive oil emulsion films // Carbohydrate Polymers. - 2012. - Vol. 87, № 2. - P. 1318-1325. DOI: 10.1016/j.carbpol.2011.09.019.

14. Shih F.F., Daigle K. W., Champagne E.T. Effect of rice wax on water vapour permeability and sorption properties of edible pullulan films // Food Chemistry. - 2011. - Vol. 127, № 1. - P. 118-121. DOI: 10.1016/j .foodchem.2010.12.096.

15. Edible film from squid (Todarodes pacificus) mantle muscle / A. Leerahawong, R. Arii, M. Tanaka, K. Osako // Food Chemistry. - 2011. - Vol. 124, № 1. - P. 177-182. DOI: 10.1016/ j.foodchem.2010.06.005.

16. Influence of temperature and NaCl on the release in aqueous liquid media of aroma compounds encapsulated in edible films / M.J. Fabra, O. Chambin, A. Volley, J.-P. Gay, F. Debeaufort // Journal of Food Engineering. - 2012. - Vol. 108, № 1. - P. 30-36. DOI: 10.1016/ j.fooddeng.2011.07.035.

17. Extrusion processing and characterization of edible starch films with different amylose contents / M. Li, P. Liu, W. Zou, L. Yu, F. Xie, H. Pu, H. Li, L. Chen // Journal of Food Engineering. -2011. - Vol. 106, № 1. - P. 95-101. DOI: 10.1016/j.fooddeng.2011.04.021.

18. Chang C., Nickerson M. T. Effect of plasticier and genipin on the mechanical, optical, and water vapor barrier properties of canola protein isolate-based edible films // European Food Research and Technology. - 2014. - Vol. 238, № 1. - P. 35-46. DOI: 10.1007/s00217-013-2075-x.

19. Soluble soybean polysaccharide: A new carbohydrate to make a biodegradable film for sustainable green packaging / S. Tajik, Y. Maghsoudlou, F. Khodalyan, S.M. Jafari, M. Ghasemlou, M. Aalami // Carbohydrate Polymers. - 2013. - Vol. 97, № 2. - P. 817-824. DOI: 10.1016/ j.carbpol.2013.05.037.

20. George J., Siddaramaiah. High performance edible nanocomposite films containing bacterial cellulose nanocrystals // Carbohydrate Polymers. - 2012. - Vol. 87, № 3. - P. 2031-2037. DOI: 10.1016/j.carbpol.2011.09.019.

21. Physical properties and internal microstructures of films made from catfish skin gelatin and triacetin mixtures / M. Jiang, S. Liu, X. Du, Y. Wang // Food Hydrocolloids. - 2010. - Vol. 24, № 1. -P. 105-110. DOI: 10.1016/j.foodhyd.2009.08.011.

22. Moreira M.R., Roura S.I., Ponce A. Effectiveness of chitosan edible coatings to improve microbiological and sensory quality of fresh cut broccoli // LWT - Food Science and Technology. - 2011. -Vol. 44, № 10. - P. 2335-2341. DOI: 10.1016/j.wt2011.04.009.

23. Edible films with anti-Listeria monocytogenes activity / C. Iharqurer, L. Vivas, M.A. Bertuzzi, M.C. Apella, A.M. Carina // International Journal Food Science and Technology. - 2010. - Vol. 45, № 7. - P. 1443-1449. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2010.02286.x.

24. Cho S. Y., Lee S. Y., Rhee C. Edible oxygen barrier barrier film pouches from corn zein and soy protein isolate for olive oil packaging // LWT - Food Science and Technology. - 2010. - Vol. 43, № 8. -P. 1234-1239. DOI: 10.1016/j.lwt.2010.03.014.

25. Edible chitosan-acetylated monoglyceride films for prolonged release of vitamin E and anti-oxidant activity / B. Blanco-Fernandez, M. Rial-Hermida, C. Alvarez-Lorenco, A. Concheiro // Journal of Applied Polymer Science. - 2013. - Vol. 129, № 2. - P. 626-635. DOI: 10.1002/app.38766.

Информация об авторах Information about the authors

Макарова Надежда Викторовна - Самарский государственный технический университет; 443100, Россия, Самара; доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и организации общественного питания; makarovanv1969@yandex.ru

Makarova Nadezhda Viktorovna - Samara State Technical University; 443100, Russia, Samara; Doctor of Chemical Sciences, Professor, Head of the Technology and Public Catering Organization Chair; makarovanv1969@yandex.ru

Еремеева Наталья Борисовна - Самарский государственный технический университет; 443100, Россия, Самара; старший преподаватель кафедры технологии и организации общественного питания; rmvnatasha@rambler.ru

Eremeeva Natalia Borisovna - Samara State Technical University; 443100, Russia, Samara; Senior Lecturer of Technology and Public Catering Organization Chair; rmvnatasha@rambler.ru

Быков Дмитрий Евгеньевич - Самарский государственный технический университет; 443100, Россия, Самара; доктор химических наук, профессор, ректор; rector@samgtu.ru

Bykov Dmitry Evgenievich - Samara State Technical University; 443100, Russia, Samara; Doctor of Chemical Sciences, Professor, Rector; rector@samgtu.ru

Давыдова Яна Владимировна - Самарский государственный технический университет; 443100, Россия, Самара, студент

Davidova Iana Vladimirovna - Samara State Technical University; 443100, Russia, Samara; Student