Исследование влияния семян чиа на реологические свойства водных растворов

Исследование вязкости водных растворов с семенами чиа является актуальной задачей, так как эти семена обладают уникальными функционально-технологическими свойствами. В частности, они способны образовывать вязкие гели, что делает их перспективными стабилизаторами и загустителями в пищевой промышленности. В последние годы растет интерес к использованию натуральных гидроколлоидов в качестве альтернативы синтетическим добавкам, и семена чиа привлекают внимание ученых благодаря высокому содержанию пищевых волокон и полисахаридов.

Ряд исследований был посвящен изучению стабилизирующего действия геля чиа в пищевых эмульсиях. Бутова С.В., Панина Е.В. и Васильченко Т.А. изучали возможность использования геля чиа в рецептурах майонезных соусов пониженной калорийности. Они установили, что гель, полученный из семян чиа, способствует повышению стойкости эмульсии и может заменить традиционные стабилизаторы, такие как яичный порошок и модифицированные крахмалы. Было доказано, что введение геля чиа в концентрации 0,7 % позволяет достичь стабилизирующего эффекта, сопоставимого с широко применяемыми гидроколлоидами, такими как карбоксиметилкрахмал и Хамульсион ECR 30 [1].

Другие исследования подтверждают, что гель семян чиа обладает высокой влагоудерживающей способностью и способен улучшать текстуру пищевых продуктов. В частности, его использование в майонезных эмульсиях способствует не только увеличению срока хранения продукта, но и его питательной ценности за счет содержания полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон и антиоксидантов [2].

В исследовании, представленном в работе [3], рассматривалось влияние добавления семян чиа на реологические свойства теста и качество хлебобулочных изделий. Было установлено, что введение чиа в рецептуру изменяет вязкость теста за счёт высокой гидратационной способности их полисахаридов. Это способствует улучшению текстурных характеристик готовой продукции, в частности повышает её пористость и влагосодержание.

Анализ физико-химических показателей показал, что добавление семян чиа увеличивает содержание пищевых волокон и полиненасыщен-ных жирных кислот, что делает хлебобулочные изделия более питательными. Кроме того, наблюдалось замедление процессов черствения, что можно объяснить влагоудерживающей способностью геля чиа.

Применение семян чиа в хлебопечении не только влияет на вязкость теста, но и улучшает качественные характеристики конечного продукта, продлевая его свежесть и повышая пищевую ценность.

В статье, написанной Лосевской С.А. и Устиновой А.А. были описаны исследования влагоудерживающей способности семян чиа в мясной и колбасной продукции. Муку из семян чиа добавляли в колбасные изделия. В результате исследования были сделаны выводы, что семена чиа обладают высокой влагоудерживающей способностью, что позволяет использовать их в производстве мясной и колбасной продукции. Их добавление обогащает продукт полезными веществами, улучшает его текстуру и вкус, а также делает его более привлекательным для потребителей. В результате, использование семян чиа в производстве пищевых продуктов становится все более популярным и востребованным [4].

В обзорной статье журнала «Наука о продуктах питания и диетология» были сделаны следующие выводы о том, что функциональные компоненты сельскохозяйственных продуктов питания, такие как семена чиа, имеют терапевтическое значение. Семена чиа содержат более одного функционального компонента. Важность этих компонентов заключается в способности снижать риск хронических заболеваний, включая заболевания, связанные с желудочно-кишечным трактом, сердечно-сосудистые заболевания и различные виды рака. Клетчатка, ω-3 жирные кислоты, полифенолы, белок, фитостеролы, витамины и минералы снижают риск сердечных заболеваний, контролируя уровень плохого холестерина, агрегацию тромбоцитов и гипертонию. В желудочно-кишечном тракте компоненты семян чиа снижают риск развития диабета второго типа за счет улучшения работы бета-клеток и снижения уровня глюкозы в крови. Кроме того, семена чиа богаты клетчаткой, которая придает калу объем, поэтому эти семена могут предотвратить запор. Однако антиоксиданты и фенольная составляющая этих семян улучшают окисление и помогают снизить риск развития различных видов рака [5].

В статье журнала фармакогнозии и фотохимии рассматривается серьезная проблема продовольственной безопасности. Для борьбы с пищевой безопасностью хорошим вариантом может быть улучшенное использование недоиспользуемых зерен, таких как семена чиа, благодаря богатому питательному составу. Сегодня люди проявляют интерес к ним на промышленном уровне также из-за их превосходных физических и функциональных свойств. Чиа может помочь в профилактике расстройств, связанных с питанием, поскольку содержит более высокую концентрацию жирных кислот, незаменимых аминокислот, белков хорошего качества и достаточное количество пищевых волокон [6].

Результаты исследований в статье «Химический состав и пищевая ценность семян чиа – современное состояние знаний» указывают на высокую питательную ценность семян чиа и подтверждают их обширные полезные для здоровья свойства. Исследования показывают, что компоненты семян чиа оказывают благотворное влияние на улучшение липидного профиля крови благодаря их гипотензивному, гипогликемическому, антимикробному и иммуностимулирующему эффекту. В этой статье представлен обзор наиболее важной информации о потенциальном применении семян чиа в производстве продуктов питания. Представлен химический состав семян чиа и обсуждается влияние их потребления на здоровье человека [7].

Из семян чиа производится достаточно ценное масло, которое считается функциональным компонентом жировых эмульсионных продуктов [8,9].

Таким образом, изучение вязкости водных растворов с семенами чиа представляет собой важное направление исследований, связанное с развитием функциональных пищевых продуктов и созданием устойчивых эмульсионных систем. Настоящая работа направлена на исследование реологических свойств водных растворов с семенами чиа, что позволит определить перспективы их использования в различных областях пищевой промышленности.

Материалы и методы

В ходе исследования были подготовлены три различные навески дроблёных и недробленых семян чиа (рисунок 1), каждая из которых замачивалась в одинаковом объёме воды (50 мл). Масса навесок и время гидратации представлены в таблице 1. После завершения процесса замачивания был проведён анализ реологических характеристик полученных водных растворов с использованием вибрационного вискозиметра (рисунок 2). Измерения вязкости выполнялись при различных температурах, начиная от комнатной, с постепенным повышением до 40 °C. Фиксация результатов осуществлялась с шагом 1 °C.

Weight of a sample of chia seeds, g; Soaking time, minutes; Designation; Unbroken; Crushed

Таблица 1.

Данные

Table 1.

Data

Масса навески семян чиа, г Weight of chia seed sample, g	Время замачивания, мин Soaking time, min	Обозначение Designation
Недробленные | Noncrushed
5	90	Образец № 1
10	80	Образец № 2
15	76	Образец № 3
Дробленные | Crushed
5	120	Образец № 4
10	118	Образец № 5
15	116	Образец № 6

Рисунок 1. Образцы водных растворов с семенами чиа: (a) навеска недробленных семян массой 5 г; (b) навеска недробленных семян массой 10 г; (c) навеска недробленных семян массой 15 г; (d) навеска дробленных семян массой 5 г; (e) навеска дробленных семян массой 10 г; (f) навеска дробленных семян массой 15 г.

Figure 1. Samples of aqueous solutions with chia seeds: (a) a load of non-crushed seeds weighing 5 g. (b) a load of non-crushed seeds weighing 10 g. (c) a load of noncrushed seeds weighing 15 g. (d) a load of crushed seeds weighing 5 g. (e) a load of crushed seeds weighing 10 g. (f) a load of crushed seeds weighing 15 g

Рисунок 2. Вибрационный вискозиметр

Figure 2. Vibrating viscometer

Терёхина А.В. и др. Вестник ВГУИТ, 2025, Т. 87, №. 1, С.

Через 2 недели опыт был повторен с теми же образцами, которые хранились при температуре от 0 до 5 °C.

Результаты и обсуждение

На основании экспериментальных данных были построены графики зависимости вязкости от температуры с применением программы Microsoft Excel, что позволило провести сравнительный анализ реологических свойств растворов на основе дроблёных и недроблёных семян чиа (рисунок 3).

Рисунок 3. Зависимость вязкости от температуры для образцов № 1–6

Figure 3. Dependence of viscosity on temperature for samples No. 1–6

Анализ полученных данных позволил выявить основные закономерности изменения вязкости.

Образец № 1, содержащий 5 г недроблёных семян, выдержанных 90 минут, продемонстрировал умеренное снижение вязкости с повышением температуры, что описывается квадратичным уравнением y = -7Е-05х² + 0.0049х – 0.06 с коэффициентом детерминации R² = 0.8741.

Данный результат указывает на разрушение межмолекулярных связей при нагревании, что характерно для растворов с небольшой концентрацией частиц. Поскольку вязкость постепенно уменьшается, можно предположить, что структура раствора остаётся менее стабильной при термическом воздействии.

В образце № 2, где использовались 10 г недроблёных семян с выдержкой 80 минут, изменение вязкости носит нелинейный характер.

Однако коэффициент детерминации оказался относительно низким (R² = 0.2977), что указывает на слабую предсказуемость изменений. Уравнение регрессии y = 0.0393х² – 1.5602х + 279.61 предполагает наличие дополнительных факторов, влияющих на вязкость раствора, таких как неоднородность распределения частиц или частичное осаждение семян.

Образец № 3, включающий 15 г недроблёных семян, выдержанных 76 минут, продемонстрировал небольшое увеличение вязкости с ростом температуры. Это подтверждается уравнением y = 1Е-06х² – 1Е-04х + 0.0064, а коэффициент детерминации составляет R² = 0.8823. Небольшое увеличение вязкости может быть связано с процессами полимеризации, при которых молекулы соединяются в длинные цепи, или с образованием гелеобразной структуры, обусловленной высокой концентрацией семян в растворе.

					0

Рисунок 4. Зависимость вязкости от температуры для образцов № 1–6 через 2 недели

Figure 4. Dependence of viscosity on temperature for samples No. 1–6 after 2 weeks

При исследовании растворов с дроблёными семенами также выявлены значительные различия в их реологических свойствах. В образце № 4, состоящем из 5 г дроблёных семян, выдержанных 60 минут, наблюдается высокая степень детерминации (R² = 0.9729), что свидетельствует о точном соответствии модели экспериментальным данным. Уравнение y = -0.0002х² + + 0.0146х – 0.1194 демонстрирует квадратичное снижение вязкости при увеличении температуры, что может быть обусловлено разрушением молекулярных сетей, сформированных в результате измельчения семян.

Образец № 5, содержащий 10 г дроблёных семян с выдержкой 118 минут, характеризуется минимальными изменениями вязкости в диапазоне температур. Уравнение y = -0.0006х² + 0.0387х + 0.353, при коэффициенте детерминации R² = 0.7079, показывает, что раствор остаётся относительно стабильным даже при изменении температурного режима. Длительное замачивание могло способствовать образованию устойчивой гелеобразной структуры, которая сохраняет свои свойства в течение всего исследования.

Наиболее выраженное изменение вязкости было зафиксировано в образце № 6, включавшем 15 г дроблёных семян с выдержкой 116 минут. Уравнение y = 63.847х² – 728.45х + 2104.7, с коэффициентом детерминации R² = 0.9793, указывает на выраженное квадратичное снижение вязкости при нагреве. Это свидетельствует о разрушении структуры гелеобразного раствора, возникающего при высокой концентрации семян. Вероятно, сильное измельчение и длительное замачивание привели к образованию плотной молекулярной сети, которая разрушается при воздействии температуры.

На основании полученных данных можно сделать вывод, что растворы с низкой концентрацией семян демонстрируют снижение вязкости при повышении температуры, поскольку их структура остаётся менее стабильной. В то же время растворы с высокой концентрацией семян могут проявлять как снижение, так и увеличение вязкости в зависимости от времени выдержки, степени измельчения и способности семян к формированию гелеобразной структуры. Длительное замачивание способствует формированию более устойчивых молекулярных сетей, что особенно заметно в образцах с дроблёными семенами.

Через две недели после первоначальных измерений были повторно изучены вязкостные характеристики растворов дроблёных и недроблёных семян чиа. В ходе анализа полученных данных выявились изменения, связанные с длительной выдержкой растворов, что позволило более детально рассмотреть процессы стабилизации и разложения гелеобразной структуры.

Образец № 1, состоящий из недроблёных семян массой 5 г, выдержанных 90 минут, продемонстрировал незначительное снижение вязкости при увеличении температуры. Это снижение выражается квадратичной зависимостью, описываемой уравнением y = -1Е-05х² – 0.0029х + 0.2939, с коэффициентом детерминации R² = 0.9553. В отличие от результатов первого дня, когда вязкость также уменьшалась с повышением температуры, спустя две недели этот процесс стал менее выраженным. Это может свидетельствовать о стабилизации структуры раствора, где межмолекулярные связи частично сохраняются даже при нагревании.

Образец № 2, содержащий 10 г недроблёных семян и выдержанный 80 минут, показал значительное снижение вязкости по сравнению с первым днём. Однако зависимость остаётся нелинейной, о чём свидетельствует уравнение y = 0.0002х² – 0.0254х + 1.8864, с высоким коэффициентом детерминации R² = 0.9447. По сравнению с предыдущими измерениями, модель стала более точной, что указывает на стабилизацию структуры геля. Вероятно, это связано с перераспределением частиц в растворе, в результате чего вязкость меняется более предсказуемо.

В образце № 3, где использовались недроблёные семена массой 15 г., и выдержка составила 76 минут, отмечено незначительное изменение вязкости с ростом температуры. Это подтверждается уравнением y = 3Е-06х² – – 0.0002х + 0.0095, при этом коэффициент детерминации R² = 0.838. Наблюдаемая тенденция свидетельствует о некоторой стабилизации вязкости, что может объясняться длительным набуханием семян, приводящим к более равномерному распределению их структуры в растворе.

Дроблёные семена также продемонстрировали интересные изменения вязкости. В образце № 4, где использовались 5 г дроблёных семян, выдержанных 60 минут, спустя две недели вязкость раствора практически не изменялась при повышении температуры. Уравнение регрессии y = -3Е-05х² + 2Е-05х + 0.2617, а коэффициент детерминации достиг R² = 0.9942, что говорит о высокой предсказуемости процесса. Вероятно, длительное созревание раствора привело к формированию стабильных молекулярных сетей, которые уже не разрушаются при температурных изменениях.

Образец № 5, включавший 10 г дроблёных семян, выдержанных 118 минут, показал минимальные изменения вязкости при колебаниях температуры, но общий уровень вязкости оказался выше, чем в первый день. Это подтверждается уравнением y = -0.0009х² + 0.0408х + 2.2351, а коэффициент детерминации R² = 0.9233. Вероятно, в данном образце наблюдается укрепление межмолекулярных взаимодействий за счёт более длительного формирования гелеобразной структуры.

Наиболее выраженное изменение произошло в образце № 6, содержащем 15 г дроблёных семян, выдержанных 116 минут. Вязкость остаётся на высоком уровне, но проявляется её заметное снижение при нагреве. Зависимость описывается уравнением y = -0.001х² + 0.0297х + 7.4753, при этом коэффициент детерминации R² = 0.9846. Это указывает на то, что за две недели структура геля изменилась и стала более подверженной разрушению при повышении температуры, вероятно, из-за постепенного разложения полисахаридных сетей.

В целом, спустя две недели водные растворы семян чиа продемонстрировали тенденцию к стабилизации. В образцах с недроблёными семенами наблюдается замедление изменения вязкости при нагреве, что может свидетельствовать о завершении процессов набухания и структурирования растворов. Дроблёные семена, напротив, показывают более выраженные колебания вязкости, особенно при высоких температурах, что говорит о частичном разложении их гелеобразной структуры со временем. Также можно отметить, что в растворах с более высокой концентрацией семян вязкость остаётся стабильной или даже повышается, что связано с продолжающимся взаимодействием полисахаридов.

Таким образом, долговременное хранение растворов семян чиа влияет на их реологические свойства, что важно учитывать при разработке продуктов, где гелеобразующие свойства играют ключевую роль.

Заключение

Настоящее исследование позволило детально изучить влияние температуры и длительности хранения на реологические характеристики водных растворов семян чиа, а также оценить различия в поведении дроблёных и недроблёных семян. Полученные результаты свидетельствуют о сложной зависимости вязкости растворов от концентрации семян, их степени измельчения и времени выдержки, что обусловлено формированием и последующим разрушением гелеобразных структур.

На основании проведённого эксперимента было установлено, что вязкость растворов с низким содержанием семян чиа уменьшается при повышении температуры, что объясняется слабой устойчивостью межмолекулярных взаимодействий в таких системах. В то же время растворы с высокой концентрацией семян демонстрировали как снижение, так и увеличение вязкости в зависимости от времени выдержки и степени измельчения. В течение двух недель хранения растворы претерпели изменения, связанные с процессами гидратации и структурирования полисахаридов. В образцах с недроблёными семенами наблюдалась тенденция к стабилизации вязкости, что может свидетельствовать

выраженно при нагреве, что указывает на повышенную структурную целостность. В растворах с дроблёными семенами, напротив, отмечалось более значительное изменение вязкости, особенно при повышенных температурах, что свидетельствует о частичном разложении сформированных гелеобразных структур.

Данные, полученные в ходе эксперимента, подтверждают, что гидратация семян чиа и последующее их структурирование являются сложными процессами, зависящими от множества факторов. Длительное хранение растворов приводит к изменению их реологических характеристик, что необходимо учитывать при разработке пищевых продуктов, содержащих семена чиа в качестве загустителей или стабилизаторов. Важно отметить, что дробление семян ускоряет процессы гидратации, но может снижать термическую устойчивость гелеобразной структуры. Таким образом, оптимальный способ подготовки и хранения водных растворов семян чиа должен учитывать их концентрацию, степень измельчения и температурные условия эксплуатации, что открывает возможности для дальнейших исследований в данной области.