Изучение свойств растительных полисахаридных комплексов, обладающих высокой сорбционной активностью, и проектирование на их основе композиций является перспективным направлением многих отраслей промышленности. 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. Однако при этом следует учитывать влияние вводимых компонентов на изменение степени связывания влаги, хранимоспособность, реологические показатели и функционально-технологические свойства пищевых систем
Материалы и методы
В данной работе приведены результаты исследования по определению сорбционных характеристик растительных полисахаридных комплексов из расторопши, плодов шиповника, семян тыквы, арбуза, косточек винограда, грецкого ореха в различных технологических средах.
Растительный комплекс из тыквы стимулирует иммунитет, улучшает функционирование сердечно-сосудистой и кроветворной систем, повышает умственную и физическую работоспособность, снимает токсическую нагрузку на печень, понижает содержание сахара и холестерина в крови, нормализует обмен веществ. В медицине применяется в качестве противопаразитарного, противоглистного средства
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 гнилостной микрофлоры, канцерогенных веществ; обладает противоспалительным и противопаразитарным действием
Растительный комплекс из ядра ореха грецкого - природный концентрат ценных питательных и биологически активных веществ. Пищевые волокна клетчатки удерживают большое количество жидкости, служат естественным сорбентом для удаления из организма вредных веществ. Наличие пектиновых веществ позволяет сделать вывод о способности очищать слизистую оболочку от механических и химических раздражителей, патогенной и гнилостной микрофлоры, канцерогенных веществ.
Растительный комплекс из виноградных семян обладает хорошим противотоксическим действием, его употребляют в качестве общеукрепляющего средства после длительных, истощающих организм заболеваний. При его применении ощущается выраженный противовоспалительный эффект, улучшается белковый обмен, что важно для здоровья человека. Используют этот комплекс и при заболеваниях органов дыхания. Мука из семян винограда оказывает противопаразитарное действие.
Растительный комплекс из расторопши относится к группе гепатопротекторов, оказывающих защитное и восстанавливающее действие на печень. Состав расторопши характеризуется высоким содержанием клетчатки (до 40%), которая оказывает стимулирующее воздействие на работу желудочно-кишечного тракта, уникальным флавоноидным комплексом (силимарин), способным изменять мембраны клеток печени и предотвращать попадание опасных ядов внутрь клетки.
Растительный комплекс из семян арбуза благодаря наличию пищевых волокон способен сорбировать и выводить из организма токсические вещества, шлаки, снижать уровень холестерина в крови, защищать слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта от механических, химических раздражителей, патогенной и гнилостной микрофлоры, канцерогенных веществ. При употреблении стабилизируется уровень сахара в крови, нормализуется функция желчевыводящих путей. Активные вещества муки из семян тыквы восстанавливают нормальную микрофлору кишечника, стимулируют перистальтику [4].
Исследуемые растительные комплексы содержат значительное количество пищевых волокон. Пищевые волокна (ПВ) - сложный комплекс биополимеров (полисахаридов и лигнина) линейной и разветвленной структуры, значительной величины молекулярной массы. В структуре первичной и вторичной клеточной стенки растений пространство между элементарными фибриллами целлюлозы заполняют гемицеллюлозы и лигнин. Макромолекулярными компонентами стенки являются волокнистые полисахариды (в основном целлюлоза), межклеточные полисахариды (пектиновые субстанции, гемицеллюлозы и гликопротеины) и отвердевающие полисахариды. Молодые, развивающиеся ткани растений в основном состоят из полисахаридов и белковых веществ. По мере роста идет формирование лигнина. [3].
При исследовании механизма взаимодействия растительных полисахаридных комплексов с водой важное значение имеет изучение их сорбционных свойств. Сорбцию паров воды растительными комплексами или их компонентами следует рассматривать как поглощение полимерным сорбентом полярного сорбата - воды, при этом происходит изменение структуры и свойств растительного полимера.
Цель работы - изучение сорбции воды мукой из расторопши, плодов шиповника, семян тыквы, арбуза, косточек винограда, грецкого ореха в различных технологических средах.
Исследования проводили при постоянной температуре с учетом массы навески и времени контакта с растворителем. В ходе выполнения экспериментальных исследований было изучено влияние температуры на конформационные изменения растительных сорбентов в воде и установлено, что при повышении температуры скорость набухания увеличивается, а степень предельного набухания уменьшается. В связи с этим повышение температуры для исследования процесса сорбции на конформационные изменения растительных сорбентов в технологических средах не целесообразно.
В качестве растворителя выбрали следующие технологические среды - молоко пастеризованное (рН - 6,67); сыворотка творожная (рН - 4,5); раствор поваренной соли (рН - 6,7); различные бульоны (рН - 6,5); растворы сахарозы (рН - 7,0). Экспериментально получены зависимости, характеризующие кинетику набухания от времени исследуемых образцов в технологических средах.
Обсуждение результатов
Анализ полученных зависимостей показал, что максимальное значение предельного набухания достигается у семян тыквы, грецкого ореха и винограда в молоке через 50 минут и составляет 4; 3,61 и 3,61 соответственно; у семян арбуза в сахарозе значение предельного набухания достигается через 40 минут и составляет 3,0; у семян расторопши в растворе NaCl значение предельного набухания достигается за 40 минут и составляет 3,61. Данные зависимости можно охарактеризовать, как медленное набухание с большим значением предельного набухания. Семена шиповника интенсивнее набухают в растворе NaCl за 20 минут, максимальное значение предельного набухания составляет 2,67, набухание протекает сравнительно быстро, но с малым значением предельного набухания.
На основании полученных данных делаем вывод, что степень набухания каждого растительного полисахаридного комплекса различна в зависимости от используемых сред. Дальнейшее продолжение процесса набухания нецелесообразно в связи с достижением постоянной максимальной степени набухания. Полученные зависимости характеризуют ограниченное набухание. Причина ограниченного набухания высокомолекулярного соединения заключается в том, что между молекулами полимера могут существовать поперечные химические связи - мостики, и все вещество представляет собой пространственную сетку, что препятствует отрыву макромолекулы друг от друга и переходу их в раствор. Даже если все молекулы полимера связаны в пространственную сетку, то она может играть роль мембраны, проницаемой для малых молекул растворителя и препятствующей диффузии макромолекул из объема набухшего полимера. В результате увеличения объема высокомолекулярного вещества при набухании в пространственной сетке появляются напряжения, что и приводит к прекращению набухания [1; 2].
На степень и скорость набухания ВМС в различных технологических средах значительно влияет pH среды. В кислой среде, в результате избытка водородных ионов подавлена ионизация карбоксильных групп, молекула ВМС ведет себя как основание, приобретает положительный заряд и при электрофорезе движется к катоду. В щелочной среде подавлена ионизация аминогрупп, и макромолекула ведет себя как кислота и при электрофорезе передвигается к аноду.
В изоэлектрическом состоянии свойства растворов ВМС существенно меняются: понижается вязкость, растворимость. При значении рН, близком к изоэлектрической точке, разноименно заряженные группы -NH3+ и COO- притягиваются друг к другу и нить закручивается в спираль. Молекулы ВМС в развернутом состоянии придают растворам более высокую вязкость, чем молекулы ВМС, свернутые в спираль или клубок [5].
Минимум набухания лежит в области изоэлектрической точки, по ту и другую сторону от этой точки степень набухания возрастает. Значения констант скорости набухания при достижении равновесных состояний приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Значения констант скорости набухания при достижении равновесных состояний
Растительные полисахаридные комплексы |
Технологическая среда |
Значение константы скорости набухания при достижении равновесного состояния, К |
Из грецкого ореха |
Молоко |
0,116 |
Сыворотка творожная |
0,106 |
|
Сахароза |
0,083 |
|
NaCl |
0,084 |
|
Бульон |
0,065 |
|
Из семян винограда |
Молоко |
0,096 |
Сыворотка творожная |
0,079 |
|
Сахароза |
0,083 |
|
NaCl |
0,084 |
|
Бульон |
0,065 |
|
Из семян тыквы |
Молоко |
0,088 |
Сыворотка творожная |
0,069 |
|
Сахароза |
0,060 |
|
NaCl |
0,111 |
|
Бульон |
0,116 |
|
Из семян арбуза |
Молоко |
0,071 |
Сыворотка творожная |
0,040 |
|
Сахароза |
0,065 |
|
NaCl |
0,108 |
|
Бульон |
0,113 |
|
Из семян расторопши |
Молоко |
0,100 |
Сыворотка творожная |
0,094 |
|
Сахароза |
0,068 |
|
NaCl |
0,072 |
|
Бульон |
0,124 |
|
Из семян шиповника |
Молоко |
0,074 |
Сыворотка творожная |
0,079 |
|
Сахароза |
0,085 |
|
NaCl |
0,098 |
|
Бульон |
0,061 |
На основании полученных экспериментальных данных были построены полиномы 3-го порядка, которые описывают зависимости, характеризующие кинетику набухания от времени при различных значениях рН и температуры, критерии согласования которых показывают точное совпадение в заданных точках. Построенные интерполяционные функции позволяют прогнозировать и контролировать значения скорости набухания.
Заключение
Исследование сорбционных свойств растительных полисахаридных комплексов из плодов тыквы, шиповника, косточек винограда, арбуза, расторопши, грецкого ореха дает основание сделать вывод о перспективности их применения при проектировании и разработке пищевых систем энтеросорбирующего назначения. Технология создания пищевых продуктов с энтеросорбирующими свойствами требует комплексного подхода, позволяющего направленно регулировать функционально-технологические свойства, усиливающие целевую функцию продуктов.
Рецензенты:
Григоров В.С., д.т.н., профессор кафедры биохимии и микробиологии ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.
Болотов В.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой органической химии ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.