Исследование взаимодействий растительного сырья с водой в функциональных технологических системах

УДК 663.051.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ С ВОДОЙ В ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Н.С. Родионова, Л.Э. Глаголева

В статье представлены материалы о сорбентах природного происхождения и описана их способность к набуханию. Графически представлена зависимость степени набухания ПВ из расторопши и плодов шиповника от времени при различных температурах. Проведённые исследования подтвердили закономерность процесса сорбции воды пищевыми волокнами из расторопши и плодов шиповника, а также определены константы скорости набухания в зависимости от температуры и рН, определена максимальная предельная степень набухания и время ее достижения, что может быть использовано при разработке рецептур и технологического регламента производства продуктов энтеросорбирующего назначения

Ключевые слова: мука, пищевые волокна, степень набухания

Перспективным направлением при создании продуктов с энтеросорбирующими свойствами является поиск и внедрение в производство сорбентов природного происхождения направленно влияющих на технологические и потребительские показатели готовой продукции. Известна сорбционная активность пищевых волокон из различного растительного сырья в отношении ионов тяжелых металлов, что делает перспективным введение растительных ингредиентов, содержащих пищевые волокна в рецептуры функциональных продуктов [1,2]. Однако, при этом следует учитывать влияние вводимых компонентов на изменение степени связывания влаги, хранимоспособность, реологические показателеи и технологические потери при кулинарной обработке.

В данной работе исследованы водосвязывающие свойства муки из расторопши и плодов шиповника, как перспективных пищевых энтеросорбирующих добавок.

Расторопша, являясь источником пищевых волокон, относится к группе растительных гепатопротекторов. Она оказывает защитное и восстанавливающее действие на печень, стимулирует работу желудочно-кишечного тракта.

Плоды шиповника, кроме пищевых волокон, содержат большое количество аскорбиновой кислоты, каротиноиды, флавоноиды. Шиповник обуславливает противосклеротическое действие; защищает слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта от механических, химических раздражителей, патогенной и

Родионова Наталья Сергеевна- ВГТА, д-р техн. наук, профессор, тел. (4732) 39-40-91

Глаголева Людмила Эдуардовна- ВГТА, канд. техн. наук, доцент, тел. (4732) 39-40-4і

гнилостной микрофлоры, канцерогенных веществ; обладает противоспалительным и про-тивопаразитарным действием [3].

Цель работы- изучение сорбции воды мукой из расторопши и плодов шиповника, исследование влияния pH и температуры растворителя на процесс.

Пищевые волокна из исследуемого растительного сырья можно отнести к набухающим полимерным сорбентам, т.е. высокомолекулярным соединениям (ВМС), надмолекулярная структура которых характеризуется наличием широкого спектра областей с различной степенью упорядоченности макромолекул. Процесс сорбции сопровождается проникновением поглощаемого вещества (воды) в капиллярные поры и сольватацией полярных групп молекул сорбента. В результате контакта ВМС с растворителем и его поглощения увеличивается объем и масса полимера, происходит набухание.

Процесс протекает в две стадии: первая -гидратация (сольватация) макромолекул в результате диффузии растворителя в ВМС. Эта стадия характеризуется выделением тепла и упорядочением расположения молекул растворителя вблизи макромолекул, в результате энтропия системы снижается, разрушаются связи между отдельными макромолекулами, цепи становятся свободными и способны совершать тепловое движение. Для данной стадии характерно небольшое увеличение объема ВМС и внутреннее сжатие системы (контракция).

На второй стадии после завершения сольватации, происходит односторонняя диффузия растворителя. При этом тепловой эффект равен нулю или даже приобретает отрицательное значение, а энтропия резко возрастает вследст-

вие смешения макромолекул ВМС с молекулами растворителя [4].

Количество вещества, сорбированное единицей массы или объема данного поглотителя при достижении состояния равновесия, зависит от температуры, рН и характеризуется степенью набухания, которая определяется соотношениями

і = У/т 0

і=Ат/ т 0

где V- объем поглощенной жидкости, см3; т 0-

начальная масса навески полимера, г; Ат - увеличение массы полимера в ходе сорбции, г.

Экспериментально получены зависимости, характеризующие кинетику набухания от времени при различных значениях рН и температуры (рисунки 1, 2).

т — а)

.

^ 1

ч ; 11

/

О 10 !0 >1 И К и А НМ 100

б)

0.6

и

в)

Рис. 1. Зависимость степени набухания ПВ из расторопши от времени при температуре 293 К (а),

313 К (б), 333 К (в)^ - рН -2.6; ♦ - рН -6,6;  - рН- 8

5.0

1,0

0.5

а)

б)

1.5

1.0

0.5

О 10 20 30 40 50 60 70 10 90 100

в)

Рис. 2. Зависимость степени набухания ПВ из шиповника от времени при температуре 293 К (а),

313 К (б), 333 К (в).^ - рН -2.6; ф - рН -6,6;  - рН- 8.

Установлена экстремально положительная сорбция воды в нейтральной области рН, что может объясняться нейтрализацией заряженных групп отдельных участков ВМС, сопровождаемой снижением степени сольватации этих участков молекулами воды.

Процесс набухания расторопши протекает более интенсивно: значения предельного набухания достигаются за 30 мин и составляют 2,45. Для шиповника степень набухания составила 4,25 и была достигнута в течение 60 мин. Аналитически экспериментальные зависимости (рис.1,2) можно представить дифференциальным уравнением:

d- = K

ат

где / - степень набухания, см3 / г , которая определяется как отношение объема поглощенной жидкости к массе навески; т - продолжительность процесса, с; /тах - степень предельного набухания; К - коэффициент пропорциональности - константа скорости набухания; с_1 -(аналог коэффициента массопередачи).

Для определения численных значений К уравнение (3) привели к следующему виду:

1

K = - ln

т г -1

max т

Значения констант скорости набухания при достижении равновесных состояний приведены в таблице.

Значение констант скорости набухания при достижении равновесного состояния

Вид растительного компонента T, K 313 333

рН 293

Расторопша 2,6 0,19 0,10 0,09

6,6 0,27 0,06 0,04

8,0 0,057 0,1 0,09

Плоды шиповника 2,6 0,2 0,1 0,08

6,6 0,30 0,2 0,19

8,0 0,04 0,08 0,006

В результате проведенных исследований были установлены закономерности процесса сорбции воды пищевыми волокнами из расто-ропши и плодов шиповника, определены константы скорости набухания в зависимости от температуры и рН, определена максимальная предельная степень набухания и время ее достижения для расторопши- 2,98 (т- 30 мин), для шиповника- 4,25 (т- 60 мин) при температуре 313 К, рН- 6,6, что может быть использовано при разработке рецептур и технологического регламента производства продуктов энтеросорбирующего назначения с использованием муки из шиповника и расторопши.

Литература

1. Дудкин М.С., Щелкунов Л.Ф. Новые продукты питания. М - М. : МАИН «Наука», 1998. - 304 с.

2. Лосева В.А., Салина Т.В., Шахбулатова Л.Н., Ря-ховский Ю.В. Пищевые волокна из сахарной свеклы. Воронеж, 2001. - 256 с.

3. Пустырский, И. Н. Лекарственные растения [Текст] / И. Н. Пустырский, В. Н. Прохоров. - М. : Книжный дом, 2005. - 704 с.

4. Воюцкий, С. С. Курс коллоидной химии [Текст] / С. С. Воюцкий. - М. : Химия, 1976. - 512 с.

Воронежская государственная технологическая академия

RESEARCH OF INTERACTIONS OF VEGETATIVE RAW MATERIALS WITH WATER IN FUNCTIONAL TECHNOLOGICAL SYSTEMS

N.S. Rodionova, L.E. Glagoleva

In work materials about sorbents of a natural origin are presented and their ability to swelling is described. Dependence of degree of swelling PV from rasto-ropshi and hips from time is graphically presented at various temperatures. The carried out researches have confirmed law of process sorptions waters with food fibres from a thistle and hips, and also constants of speed of swelling depending on temperature and pH are defined, the maximum limiting degree of swelling and time of its achievement that can be used by working out of compoundings and production schedules of manufacture of products enterosorbiruyuschego appointments is defined

Keywords: flour, food fibres, swelling degree