Калориметрические методы исследования показателей состояния биополимеров растительных порошков

Калориметрические методы исследования показателей состояния биополимеров растительных порошков

Автор: Кононенко Владимир Васильевич, Черных Валерий Яковлевич, Годунов Олег Александрович, Гербел Даниэль

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии @vestnik-susu-food

Рубрика: Проектирование и моделирование новых продуктов питания

Статья в выпуске: 4 т.7, 2019 года.

Бесплатный доступ

Критерием сохранения молекулярного состава нужного полезного вещества в растительном порошке считается сохранение воды. Активная влажность и температура стеклования отражают содержание воды, связанной в этих молекулах. Для оценки характеристик растительных порошков установили зависимость температур фазовых переходов, регидратационных свойств от размера частиц, молекулярной массы и активной влажности. Для достижения данной цели проведено калориметрическое исследование. Обнаружено, что температура замерзания влажного порошка с активной влажностью ниже 0,926 смещается ниже нуля при колебании температур и в результате перекристаллизации. Определено, что характеристики порошков зависят от их размера частиц. У растительных порошков с более мелкими частицами и с низкой молекулярной массой температуры стеклования и замерзания ниже, регидратация ниже. Определено, что для растительных порошков с температурой стеклования не выше 153-170 °C температура 120 °C это предельная температура нагрева, отвечающая за влагосвязывание при регидратации. Для оценки связи свободной и связанной фракций воды и активной влажности разработан калориметрический метод раздельного определения фракций воды. Для оценки изменения микроструктуры овощных порошков при их тепловой обработке, которой они будут подвергаться, например, при выпечке хлебобулочных изделий, были получены кривые энтальпии. На термограммах наблюдается два эндотермических пика: первый, в диапазоне от 50 до 140 °C, отражающий процесс испарения воды; второй, на уровне 150 °C (для порошков моркови и свеклы) и 172 °C (для порошка тыквы), отражающий переход первоначальной волокнистой или кристаллической структуры в пластическое или расплавленное состояние. Это говорит о том, что при выпечке хлеба, в рецептуру которого входят порошки, не будет происходить их термического разложения, так как мякиш хлеба прогревается максимум до 96-98 °C, т. е. при производстве хлебобулочных изделий нативные физиологические свойства порошков сохранятся.

Еще

Дифференциальный сканирующий калориметр (дск), теплофизические характеристики (тфх), активность воды или активная влажность (ав), температура стеклования (тс), температура замерзания (tз), воспроизводимость термограмм, структура биополимеров, freezing temperature (tз)

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/147233290

IDR: 147233290

Список литературы Калориметрические методы исследования показателей состояния биополимеров растительных порошков

  • Прошкин С.С. Методы и средства измерения теплофизических свойств пищевых продуктов, включая область фазовых превращений: автореф. дис. … канд. техн. наук. - СПб., 2001. - 16 с.
  • Rahman M.S. State diagram of foods: Its potential use in food processing and product stability // Trends in Food Science technology. - 2006. - V. 17, № 3. - P. 129-141. DOI: 10.1016/j.tifs.2005.09.009
  • Kissi E.O., Grohganz H., Lobmann K., Ruggiero M.T., Zeitler J.A., Rades T. Glass-Transition Temperature of the β-Relaxation as the Major Predictive Parameter for Recrystallization of Neat Amorphous Drugs // J. Phys Chem B. - 2018. - V. 122(10). - P. 2803-2808. DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b10105
  • Евтушенко А.М. Реология сырья, полуфабрикатов и заготовок изделий хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства: рабочая программа, методические указания и контрольные задания. - М., МГТУ, 2007. - 35 с.
  • Любарев А.Е., Курганов Б.И. Изучение необратимой тепловой денатурации белков методом дифференциальной сканирующей калориметрии // Успехи биологической химии. - 2000. - Т. 40. - 43 c.
  • Rosell C.M., De Barber C.B., Leon A. A differential scanning calorimetry study of wheat proteins. Eur Food Res Technol. - 2003. - V. 217, № 1. - P. 13-16.
  • Emily J. Mayhew, Cheyenne H. Neal, Soo-Yeun Lee, Shelly J. Schmidt. Glass transition prediction strategies based on the couchman-karasz equation in model confectionary systems // Journal of Food Engineering. - 2017. - P. 1-16.
  • DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2017.07.007
  • Douglass I., Harrowell P. Kinetics of Dissolution of an Amorphous Solid // J. Phys Chem B. - 2018. - V. 122(8). - P. 2425-2433.
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b12243
  • Drake A.C., Lee Y., Burgess E.M., Karlsson J.O.M., Eroglu A., Higgins A.Z. Effect of water content on the glass transition temperature of mixtures of sugars, polymers, and penetrating cryoprotectants in physiological buffer // PLoS One. - 2018. - V. 13.1.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0190713
  • Mazurin O.V., Gankin, Yu.V. Glass transition temperature: problems of measurement procedures. // Glass Technology - European Journal of Glass Science and Technology Part A. - 2008. - V. 49, № 5. - P. 229.
  • DOI: 10.1063/1.2965528
  • Godey F., Fleury A., Ghoufi A., Soldera A. The extent of the glass transition from molecular simulation revealing an overcrank effect. // J. Comput Chem. - 2018. - V. 39(5). P. 255-261.
  • DOI: 10.1002/jcc.25069
  • Luo X.J., Liu H., Liang H.B.., Xiong L., Rao X.Y., Xie Y., He Y. Glass transition of Chinese medicine extract powder and its application // Zhongguo Zhong Yao Za Zhi. - 2017. - 42(1). - P. 192-197. 10.19540/j.cnki.cjcmm. 20161222.043
  • DOI: 10.19540/j.cnki.cjcmm.20161222.043
  • Levine H., Slade L. Cryostabilization technology: thermoanalytical evaluation of food ingredients and systems // Thermal Analysis of Foods. - Elsevier Applied Science Publishers, London, 1990. - P. 221.
  • Martı́nez-Navarrete N., Moraga G., Talens & Amparo Chiralt. Water sorption and the plasticization effect in wafers // International Journal of Food Science and Technology. - 2004. - V. 39. - P. 555-562.
  • DOI: 10.1111/j.1365-2621.2004.00815.x
  • Sablani S.S., Kasapis S., Rahman M.S. Evaluating water activity and glass transition concepts for food stability // Journal of Food Engineering. - 2007. - V. 78. - P. 266-271.
  • DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.09.025
  • Nguyen H.T.L., Panyovai N., Paramita V.D., Mantri N., Kasapis S. Physicochemical and viscoelastic properties of honey from medicinal plants // Food Chem. - 2018. - V. 241. - P. 143-149.
  • DOI: 10.1016/j.foodchem.2017.08.070
  • Xu B., McKenna G.B. Evaluation of the dyre shoving model using dynamic data near the glass temperature // The Journal of chemical physics. - 2011. - V. 134. - P. 1249021-1249027.
  • DOI: 10.1063/1.3567092
  • Imamura K., Kagotani R., Nomura M., Tanaka K., Kinugawa K., Nakanishi K. Influence of compression on water sorption, glass transition, and enthalpy relaxation behavior of freeze-dried amorphous sugar matrices // International journal of pharmaceutics. - 2011. - V. 408, № 1-2. - P. 76-83.
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2011.01.052
  • Angell C.A., Ngai K.L., McKenna G.B., McMillan P.F., Martin S.W. Relaxation in glassforming liquids and amorphous solids // Journal of applied physics. - 2000. - V. 88, № 6. - P. 3113-3157.
  • DOI: 10.1063/1.1286035
  • Roos Y.H. Water activity and physical state effects on amorphous food stability // J Food Process Preserv. - 1993. - V. 16. - P. 433-447.
  • DOI: 10.1111/j.1745-4549.1993.tb00221.x
  • Toufeili I., Lambert I.A., Kokini J.L. Effect of glass transition and cross-linking on rheological properties of gluten: Development of a Preliminary State Diagram // Cereal Chem. - 2002. - V. 79(1). - P. 138-142.
  • Jaya S., Das H. Glass transition and sticky point temperatures and stability mobility diagram of fruit powders // Food Bioprocess Technol. - 2009. - V. 2. - P. 89. 10.1007/s 11947-007-0047-5
  • DOI: 10.1007/s11947-007-0047-5
  • Литвяк В.В., Лукин Н.Д., Михайленко А.А., Канарский А.В. Морфологические, структурные и дегидратационные свойства инулина "Raftilin GR" // Вестник Казанского технологического университета. - 2015. - Т. 18, № 11. - C. 94-99.
  • Kontogiorgos V., Goff H.D. Effect of aging and ice structuring proteins on the morphology of frozen hydrated gluten networks // Biomacromolecules. - 2007. - V. 8. - P. 1293-1299.
  • DOI: 10.1021/bm0610471
  • Патент РФ № 2173055, 10.09.2001. Растворимый карамелизованный порошок из экстракта цикория, композиция, содержащая этот порошок, способ его получения и устройство для его осуществления / Лемар Карл (De); Гримм Руди (De).
  • Khatkar B.S., Barak S., Mudgil D.V. Effects of gliadin addition on the rheological, microscopic and thermal characteristics of wheat gluten // Int. J. Biol. Macromol. - 2013. - V. 53. - P. 38-41.
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2012.11.002
  • Chitrakar B., Zhang M., Adhikari B. Dehydrated Foods: Are they Microbiologically Safe? // Crit Rev Food Sci Nutr. - 2018. - V. 19, № 1. - P. 1-43. 10.1080/10408398. 2018.1466265
  • DOI: 10.1080/10408398.2018.1466265
  • Beuchat L.R., Komitopoulou E., Beckers H., Betts R.P., Bourdichon F., Fanning S., Jousten M.H., Ter-Kuile B.H. Low-water activity foods: increased concern as vehicles of foodborne pathogens // J Food Prot. - 2013. - V. 76. - P. 150-172.
  • DOI: 10.4315/0362-028X.JFP-12-211
  • Кулагин В.Н. Изменение активности воды как показателя качества продуктов при термообработке // Мясная индустрия СССР. - 1982. - № 3. 13 c.
  • Левченков С.И. Методические указания к лабораторным работам "Криометрическое определение молекулярной массы и степени диссоциации растворенного вещества" для студентов дневного и вечернего отделений химического факультета РГУ. - Ростов-на-Дону, 2004. - С. 18. - http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/Phys_lab/phys_lab_8.html
  • Boonyai P., Bhandari B., Howes T. Applications of thermal mechanical compression tests in food powder analysis // International Journal of Food Properties. - 2006. - V. 9. - P. 127-134.
  • DOI: 10.1080/10942910500473988
  • Di X., Peng X., McKenna G.B. Dynamics of a thermo-responsive microgel colloid near to the glass transition // J. Chem. Phys. - 2014. - V. 140(5):054903.
  • DOI: 10.1063/1.4863327
  • Jekle M., Becker T. Wheat dough microstructure: The relation between visual structure and mechanical behavior // Crit Rev Food Sci Nutr. - 2015. - V. 55(3). - P. 369.
  • DOI: 10.1080/10408398.2012.656476
  • Alamri M.S., Mohamed A.A., Xu J., Kalyanaraman P., Rayas-Duarte P. Enthalpic relaxation of vital and protease-treated wheat gluten // International Journal of Food Properties. - 2014. - V. 17. - P. 187-203.
  • DOI: 10.1080/10942912.2011.619026
  • Athamneh A.I., Griffin M., Meocha Whaley, Barone J.R. Conformational Changes and Molecular Mobility in Plasticized Proteins // Biomacromolecules. - 2008. - V. 9, № 11. - P. 3181-3187.
  • DOI: 10.1021/bm800759g
  • Smits G., Daenekindt L., Booten K. Fractionated polydisperse compositions, Patent DE69512071T2 // Google Patents -[Electronic resource]. - 2000. - access mode: http://google. com/patents/DE69512071T2?cl=tr
  • Nawirska-Olszanska A., Stepien B., Biesiada A., Kolniak-Ostek J., Oziemblowski M. Rheological, Chemical and physical characteristics of golden berry (physalis peruviana L.) after convective and microwave drying // Foods. - 2017. - V. 6(8). 60. - P. 1-11
  • DOI: 10.3390/foods6080060
  • Bhusari S.N., Muzaffar K., Kumar P. Effect of carrier agents on physical and microstructural properties of spray dried tamarind pulp powder // Powder Technology. - 2014. - P. 1-48.
  • DOI: 10.1016/j.powtec.2014.06.038
  • Nadia Djendoubi Mrad, Bonazzi C., Nourhène Boudhrioua, Nabil Kechaou, Courtois F. Influence of sugar composition on water sorption isotherms and on glass transition in apricots // Journal of Food Engineering. - 2012. - V. 111(2). - P. 403-411. 10.1016/j. jfoodeng.2012.02.001
  • DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2012.02.001
  • Минифей Б. Шоколад, конфеты, карамель и другие кондитерские изделия. - СПб.: Профессия, 2008. - 808 с.
  • Sablani S.S., Kasapis S., Rahman M.S. Evaluating water activity and glass transition concepts for food stability // Journal of Food Engineering. - 2007. - V. 78. - P. 266-271.
  • DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.09.025
  • Bchir B., Jean-Franc T., Rabetafika H.N., Blecker C. Effect of pear apple and date fibres incorporation on the physico-chemical, sensory, nutritional characteristics and the acceptability of cereal bars // Food Science and technology international. - 2017. - V. 24. - P. 198-208.
  • DOI: 10.1177/1082013217742752
  • Любимова Д.А., Пономарев С.В., Дивин А.Г. Измерение теплофизических свойств теплоизоляционных материалов методом регулярного режима третьего рода: монография / под науч. ред. С.В. Пономарева. - Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО "ТГТУ", 2014. - 80 с.
  • Zhang M., Li C.L., Ding X.L. Technical note thermal denaturation of some dried vegetables // Drying technology. - 2002. - V. 20(3). - P. 711-717.
  • Rouilly A., Jorda J., Rigal L. Thermo-mechanical processing of sugar beet pulp. II. Thermal and rheological properties of thermoplastic SBP // Carbohydrate Polymers. - 2006. - V. 6. - P. 117-125. 10.1016/j.carbpol. 2006.02.031
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2006.02.031
  • Ibrahim M.M., El-Zawawy W.K., Juttke Y., Koschella A., Heinz T. Cellulose and microcrystalline Cellulose from rice straw and banana plant waste: preparation and characterization // Cellulose. - 2013.
  • DOI: 10.1007/s10570-013-9992-5
  • Kadam D.M., Wilson R.A., Kaur S. and Manisha. Influence of foam mat drying on quality of tomato powder // Int J Food Prop. - 2012. - V. 15. - № 1. - P. 211-220.
  • Буданина Л.Н., Верещагин А.Л., Бычин Н.В. Исследование подлинности сухого молока методами термического анализа и электронной микроскопии // Food Processing: Techniques and Technology. - 2017. - Vol. 44, № 1. - С. 93-99.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp