Сравнение эффективности иммобилизации катионов на поверхности биополимерного носителя с целью использования полученной композиции в технологии хлебобулочных изделий

Сбалансированное питание является одним из важнейших принципов здорового образа жизни. Однако, региональные особенности территории производства продуктов питания, а также влияние антропогенного фактора на окружающую среду способны воздействовать на итоговый нутриентный состав готовой продукции. При этом, длительный и регулярный дисбаланс потребляемых компонентов пищи может привести к развитию ряда осложнений, в том числе авитаминозов и микроэлементозов. В результате выявленного у человека острого дисбаланса эссенциальных элементов необходима коррекция рациона питания. Стоит помнить, что любой компонент пищи, употребляемый в избыточном количестве, оказывает на организм

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License токсическое воздействие. Поэтому необходимость в подобной коррекции питания может возникнуть только после установленной этиологии связанной с гипо- или гиперэлементозами и витаминозами [1–3].

Широкая общественность в меньшей мере проинформирована о том, что дефицит питательных микроэлементов является признанной проблемой глобального общественного здравоохранения, наряду с дефицитом витаминов. Хорошо известно, что малообеспеченные слои населения с нарушенным питанием подвержены более высокому риску инфицирования из-за дефицита макро- и микронутриентов. Недостаточное поступление эссенциальных микроэлементов с пищевыми продуктами и питьевой водой, может способствовать снижению рождаемости и увеличению смертности от заболеваний, связанных с нарушением питания, что становится актуальной проблемой человечества [4–7].

Среди способов решения проблемы мик-роэлементозов можно отметить обогащение пищевых продуктов необходимыми нутриентами. В настоящее время наиболее часто обогащение производится путем внесения раствора необходимого компонента в блюдо на этапе приготовления. Помимо этого, применяется так же обогащение на этапе производства компонентов пищи. Применение метода иммобилизации необходимых микроэлементов на поверхности биополимерного носителя может позволить увеличить сохраняемость вносимой фазы [8–10].

В связи с этим актуальным в современной пищевой промышленности представляется научнопрактическое направление, связанное с разработкой и оптимизацией рецептур мучных изделий, подходящих для использования в рамках корректирующей диеты.

Цель работы – проведение иммобилизации эссенциальных микроэлементов на биополимерном носителе и количественное определение сохраняемого на поверхности носителя компонента.

Материалы и методы

В качестве вносимой фазы были выбраны макроэлемент магний и микроэлемент цинк. Впоследствии, с целью сравнения также был использован неэссенциальный никель. Для наглядности протекания процесса сорбции использовались растворы с высокой концентрацией вносимого вещества. Были приготовлен 0,05 моль/дм3 растворы сульфата магния, сульфата цинка и хлорида никеля.

Производился физический метод иммобилизации. В качестве носителей выступали хитозан и целлюлоза. Предполагался механизм поверхностной адсобрционной иммобилизации соединения вносимых элементов [11].

Процесс иммобилизации представлял собой приготовление растворов вносимого элемента, перемешивание с носителем в следующем соотношении: на 100 мл раствора элемента брался 2,000 ± 0,001 грамма сорбента. После чего производится 30 минутное перемешивание на лабораторном шейкере ПЭ-6410. Готовая проба закрывается пробкой и остается настаиваться 24 часа в условиях комнатной температуры, без доступа прямых лучей света.

Полученный продукт через 24 часа отфильтровывался через беззольный фильтр. Далее производилось высушивание в сушильном шкафу ES-4610 на протяжении 1 часа при температуре в 100–150 °C до постоянной массы. В случае необходимости сушка продолжалась. Подразумевается внедрение готового носителя с элементами в рецептуры хлебобулочных изделий на этапе замеса теста. Хранить готовую композицию необходимо в сухом, защищенном от света, недоступном для детей месте при температуре не выше 25 °С.

Определение количества сохраняемого на носителе элемента производилось путем исследования фильтрата, остающегося после 24 часовой выдержки сорбента. На основании разницы в концентрации между исходным раствором и раствором фильтрата был сделан вывод об эффективности иммобилизации.

За основу определения взят комплексометрический метод определения содержания основного вещества. В качестве установочного вещества использовался приготовленный из фик-санала раствор ЭДТА, 0,05 моль/дм3. Исходные растворы солей прошли стандартизацию по данному раствору ЭДТА. Далее, в колбу коническую отбирали 25 мл пробы фильтрата, титрование проводили в присутствии аммиачного буфера и индикатора эриохрома черного или мурексида, в зависимости от определяемого элемента. Расчет итоговой концентрации производился согласно закону эквивалентов [12–20].

Результаты и обсуждение

По результатам трех титрований для каждого элемента определялось среднее значение, исходя из которого и производился расчет концентрации. Концентрация исходных растворов составляла: 0,05 моль/дм3 для сульфата магния, 0,048 моль/дм3 для сульфата цинка и 0,05 моль/дм3 для хлорида никеля.

Таблица 1.

Объем ЭДТА ушедший на титрование фильтратов сорбентов

Table 1.

The volume of EDTA spent on titration of sorbent filtrates

Носители | Саrriеr	Объем, ушедший на титрование, мл | Volume spent on titration, ml
	МgSО 4	ZnSО 4	NiCl
Хитозан | Chitosan	25,0	10,8	16,2
Целлюлоза | Cellulose	25,0	25,0	24,9

Анализ результатов демонстрирует практически полное отсутствие сохранения соединения элементов на поверхности целлюлозы. Данное явление, вероятно, обусловлено не специфичностью, а также низкой механической прочностью целлюлозы в выбранных условиях. Полученные значения позволяют сделать вывод о неэффективности дальнейшего использования целлюлозы в качестве носителя выбранных элементов.

Согласно зафиксированным результатам, хитозан успешно справился с сорбцией соединений цинка и никеля, при этом полностью не адсорбировав соединение магния. Предположением причины эффективности закрепления катионов, расположенных в электрохимическом ряду напряжения после Mg, может быть увеличение окислительной способности данных элементов. Потенциально – молекулы, образованные из элементов от Mg и левее, менее реакционноспособны. Однако, данное заключение объективно только, в случае фиксации протекания реакции. Первоначально, в выбранных условиях не подразумевалось протекания реакции, несмотря на высокую активность хитозана, имеющего в своем строении мономерного звена аминогруппы. Данный вопрос требует дальнейшего изучения, с целью определения точного механизма протекания сорбции.

С учетом изначальной концентрации раствора цинка, предполагаемая разница в концентрации ZnSО 4 , после сорбции на поверхности хитозана, должна составлять ~ 0,027 моль/дм³.

Согласно описанным выше результатам, приблизительное процентное соотношение сохраняемого сульфата цинка на хитозане должно составлять порядка 56% от исходного раствора.

С учетом изначальной концентрации раствора никеля, предполагаемая разница в концентрации NiCl, после сорбции на поверхности хитозана, должна составлять ~ 0,032 моль/дм 3. Согласно описанным выше результатам, приблизительное процентное соотношение сохраняемого сульфата цинка на хитозане должно составлять порядка 36% от исходного раствора (таблица 1).

Заключение

Установлено успешное закрепление на поверхности хитозана, соединения таких элементов, как Zn, Ni. Иммобилизация соединения Mg не дала удовлетворительных результатов на обоих носителях. Необходимо удостовериться в механизме протекания сорбции. Поэтому, в дальнейшем необходимо построение изотермы сорбции хитозана, для получения достоверного результата механизмов иммобилизации и определения рабочего диапазона концентрации элемента.

Полученные результаты показывают перспективность использования хитозана в качестве носителя эссенциальных элементов. Готовая композиция будет использована в оптимизации рецептур и расширении ассортимента хлебобулочных изделий за счет увеличения их пищевой ценности.