Вплив водного екстракту стевії на кінетику набрякання агару

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

За останні роки кількість людей, які страждають на ожиріння та цукровий діабет значно збільшилась. Існує тенденція до збільшення хворих не лише серед дорослого населення, а й серед дітей різного віку. Причиною цьому є сучасні умови життя: недостатня фізична активність, високі психологічні навантаження, зниження якості харчових продуктів. У зв'язку з цим установлено доцільність розробки продуктів зі зниженою енергетичною цінністю шляхом заміни цукру на натуральні підсолоджувачі.

Перспективним є використання підсолоджувачів природного походження, зокрема продуктів переробки стевії, які нетоксичні, низькоенергетичні, стійкі до нагрівання, дії лугів і кислот, не зброджуються [1].

Основою для створення продуктів із заміною цукру на підсолоджувачі в кондитерській промисловості можуть бути пастильні вироби. Вони належать до групи збивних кондитерських виробів і виготовляються на основі цукру, пюре яблучного, агару та яєчного білка, де масова частка цукру в традиційних видах сягає більше 50%, тобто мають великий вміст легкозасвоюваних вуглеводів. Але відмінною властивістю є те, що майже відсутні жири. Саме тому пастильні вироби викликають інтерес у впровадженні натурального підсолоджувача екстракту стевії шляхом заміни частини цукру.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Вагомий внесок у створення науково-практичних розробок продуктів зі зниженою масовою часткою цукру зробили такі вчені: Л.Ю. Арсєньева, В.В. Дорохович, Г.Б. Рудавська, М.І. Пересічний, В.А. Тутеляна, А.П. Нечаєва, Н.П. Шаповал, Касай Р., Нісізава К., Танака О.

Ученими впроваджувались прийоми використання підсолоджувачів, проте проблема розширення асортименту таких продуктів з урахуванням покращення органолептичних показників та вимог до харчування різних груп населення є все ще невирішеною.

Мета статті. Метою даної наукової роботи було визначення можливості використання водного екстракту стевії (ВЕС) як розчинник агару та вплив його на кінетику набрякання лінійного полімеру.

Предметом дослідження були ВЕС та агар. Вимірювання кінетики набрякання лінійного полімеру проводилось за допомогою методу порівняння маси до та після набрякання, за відносно мінливих температур розчинника та тривалості процесу протягом однієї години.

Початковим етапом формування якості пастильних виробів у процесі виробництва є набрякання агару. Це перша стадія розчинення полімерів - збільшення маси та об'єму за рахунок поглинання розчинника, яке проходить на поверхні розділу фаз. Цей етап необхідний для подальшого розчинення драглеутворювача в процесі нагрівання.

Набрякання лінійного полімеру залежить від молекул розчинника та хімічної будови полімерних ланцюгів і є першою стадією розчинення. Це пояснюється тим, що ланки молекул розчинника й ланцюгів полімеру близькі за полярністю і енергія взаємодії між однорідними молекулами приблизно однакова. Механізм набрякання агару починається із сольватації полімеру, а саме відбувається процес зв'язування молекул розчинника з визначеними групами макромолекул. Наступним етапом є процес дифузії - проникнення молекул розчинника між ланцюгами полімеру та заповнення порожнечі, у результаті цього збільшується об'єм і маса агару.

Найбільш важливою характеристикою агару, що визначає фізико-хімічні та структуро-механічні властивості агарових драглів є величина заряду високомолекулярних аніонів, яка обґрунтована кількістю сульфатних груп в одиниці маси драглеутворювача та природою катіона. Тобто, уводячи в молекулу агару той чи інший катіон, можна завчасно змінити величину заряду високомолекулярного аніона, це також дає можливість змінити і фізико-хімічні і структурно-механічні властивості драглів агару [2].

Агар є високомолекулярним з'єднанням (ВМЗ) і відноситься до типу лінійних полімерів необмеженого набрякання, яке закінчується розчиненням і утворенням молекулярних розчинів. Тому від ступеня набрякання залежить розчинність його молекул, що підвищує загальну концентрацію й зумовлює формування більш міцних драглів. У традиційних рецептурах як розчинник використовують питну воду, а в рецептурі, яка була запропонована нами, у його ролі виступає ВЕС, у складі якого наявні дитерпенові глікозиди. У літературних даних відсутні відомості стосовно впливу цих глікозидів на агарові драглі, що викликає науковий інтерес до перебігу набрякання лінійного полімеру в запропонованому розчиннику.

Ученими було доведено [3], що на процес набрякання агару суттєвий вплив має температура розчинника, тривалість набрякання та кількість розчинника, тому експеримент проводили протягом 60x60 с, в умовах двох температурних режимів: 14...16° С (І), 24...26° С (ІІ).

Ступінь набрякання розрахували за допомогою формули (1):

а= (m - m0)/m0, (1)

де, а - ступінь набрякання полімеру; mo - маса полімеру до набрякання; m - маса полімеру після набрякання.

Гранична похибка визначення ступеня набрякання ± 3%, результати наведено в табл. 1.

пастильний агар кондитерський

Таблиця 1. Ступінь набрякання агару, %

Отримані дані ступеня набрякання агару підтверджують залежність її зростання за умов підвищення температури. Така тенденція прослідковується в усіх дослідних зразках. Ця закономірність пояснюється природою полімеру: розчинення молекули ВМЗ прийнято розглядати як процес змішування двох рідин, поведінка яких зумовлена енергетичною взаємодією між молекулами розчиненої речовини й розчинником, та дією ентропійного фактора, який характеризує розподіл молекул розчиненої речовини у розчиннику. При підвищенні температури розчинника значення ентропійного фактора стає більшим і просліджується процес їх змішування [4]. Таким чином температурний режим набрякання агару у ВЕС повинен дорівнювати температурі 24.. .26° С.

Набрякання агару визначається швидкістю дифузії макромолекул у розчиннику. Цей процес викликає досягнення системою вирівнювання концентрацій і хімічних потенціалів компонентів. Тому швидкість набрякання визначається швидкістю дифузії молекул розчинника в лінійному полімері і процес перебігає як реакція першого порядку. Тому кінетика набрякання агару описується наступним диференціальним рівнянням (2):

da / dx =k (a max - а), (2)

де, k - константа швидкості набрякання,

«шах - максимальна кількість розчинника, яка була поглинена полімером.

На рис. 1 подано залежність набрякання агару з різною концентрацією ВЕС за температурного режиму 24.26° С.

Аналізуючи отримані дані досліджень, можна відмітити наступне: по-перше, ступінь набрякання агару суттєво збільшується в перші 18.2260 с, потім цей процес стає більш повільним та плавним, подальша витримка агару в розчинниках майже не змінює показники набрякання. По-друге, розглядаючи вплив ВЕС у досліджуваних концентраціях на набрякання полімеру в перші 18.2260 с, спостерігаються наступні значення: для контрольного зразка - 144%, для агару з ВЕС у концентрації 1; 1,5; 2% - 174; 179; 183% відповідно. По-третє, у проміжку часу 60x60 с значення а в обраних концентраціях ВЕС мають майже однакові показники, які перевищують значення контрольного зразка на 25.30%.

Рис. 1 - Кінетика набрякання агару у присутності ВЕС

Наведені результати були підтверджені за допомогою методу дисперсійного аналізу, а саме за допомогою мікроскопа визначався розмір набряклих часток агару протягом години, які розділялись на фракції. На рис. 2 відображено відсотковий склад фракцій, отриманих в результаті дослідження, що дає наочну уяву про дисперсійний склад агару в різних розчинниках.

Аналізуючи отримані результати можемо констатувати, що дисперсійний склад агару замоченого в 2,0% ВЕС суттєво відрізняється від контрольного зразка, у якому найбільша фракція знаходиться в діапазоні розміру часток від 17000...31000 мкм, тоді як у 2,0% ВЕС цей діапазон сягає 22000.47000 мкм, у 1,5% ВЕС - 20000.3 8000 мкм і в 1,0 % ВЕС - 17500.3 8000 мкм.

Рис. 2 - Дисперсійний склад набряклих часток агару в розчиннику

Визначивши середній розмір часток набряклого агару у різних розчинниках отримали результати наведені на рис. 3. У ВЕС із концентрацією 2,0% середній розмір часток сягає 26000 мкм, що на 33% більше за контроль, у концентрації 1,5% - 23000 мкм, більше за контроль на 18%, у концентрації 1,0% - 21000 мкм, більше на 8%.

Отримані дані можна пояснити наступним чином: молекули ВЕС, рухливість яких у багато разів більша за рухливість макромолекул, проникають у агар, заповнюючи вільні прошарки між макромолекулами, що призводить до більшого розгортання молекулярного ланцюга з підвищенням концентрації, у той час ланцюги замоченого агару у воді набувають компактної конформації, що пояснює зменшення ступеня набрякання.

Спираючись на вищевикладений матеріал, бачимо, що вводячи ВЕС на стадії набрякання, час цього процесу скорочується. На кондитерських підприємствах залежно від умов процесу виробництва, набрякання агару проводять протягом 60...720*60 с, але доцільно вважати тривалість цієї стадії протягом 90.120*60 с [5].

Ступінь набрякання агару після замочування у питній воді через 120*60 с сягає 173 %, а середній розмір його часток 21500 мкм. Ці величини брали в якості контролю. Треба відмітити, що в умовах експерименту вказані значення досягались через 90*60 с.

Рис. 3 - Порівняння середніх значень часток набряклого агару

Результати, які були отримані під час введеня ВЕС у концентраціях 1,0; 1,5; 2,0% свідчать про те, що в умовах температурного режиму 24.26° С ступінь їх набрякання досягає значення контрольного зразка вже на 18.22*60 с, а рівноважного значення на 65.68*60 с, що 25.23*60 с менше від контролю. Швидкість проникнення ВЕС у лінійний полімер вища відносно питної води, що відповідає відомому факту капілярного проникнення [6] і пов'язано з механізмом взаємодії полярних груп полімеру з розчинниками. Саме цей чинник є одним із головних, які впливають на набрякання агару.

Висновки. Таким чином, дослідження кінетики набрякання агару у ВЕС підтвердили вплив його на лінійний полімер, а саме ступінь набрякання агару у ВЕС збільшується від значення контрольного зразка, що пояснюється природою полімеру і розчинника та механізмом взаємодії. У наслідок цього процес набрякання скорочується. Отримані результати досліджень були підтверджені аналізом дисперсійного складу набряклого агару. Також було встановлено, що раціональний температурний режим набрякання агару 24.26° С, при якому його ступінь вища ніж у зразків при температурі в діапазоні 14.16° С, а в разі її підвищення просліджується процес змішування лінійного полімеру у розчиннику. Такий механізм пояснюється температурою плавлення та драглеутворення агару.

З обраних концентрацій ВЕС найбільший вплив має 2%-й екстракт стевії. Відомо, що від ступеня набрякання полімеру залежить розчинність його молекул, яка підвищує загальну їх концентрацію й зумовлює формування більш міцних драглів. Проте, доречно провести додаткові випробування впливу ВЕС на міцність агарового драглю для визначення раціональної концентрації.

Література

1. Дорохович В.В. Наукове обґрунтування і розроблення технологій борошняних кондитерських виробів спеціального дієтичного споживання: дис. ... д-ра техн. наук: 05.18.16. / Дорохович В.В. - К. 2010. - С. 18.

2. Freezing as a built macroporouse structures Superfast responsive polyacrylamide hidrogels / M.V. Dinu [ et al.] // Polymer - 2007. - Vol. 48. - P.195 - 204.

3. Григоренко А.М. Технологія желейних і взбивних напівфабрикатів на основі драглеутворювачів білково-полісахаридної природи та їх використання в кондитерських виробах: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.01 / Григоренко А.М. - Х. 2011. - С. 68.

4. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия / П.М. Кругляков, Т.Н. Хасков. - М.: Высшая школа, 2005. - 265 с.

5. Артамонова М.В. Разработка технологии желированой прoдукции с использованием микробных полисахаридов: дис. ... канд. техн. наук: 05.18.01 / Артамонова М.В. - Х. 2000. - С. 67.

6. Химическая энциклопедия. Изд.: Большая российская энциклопедия. 1982. Т8. с. 319.

Размещено на Allbest.ru