THE USE OF PECTIN AS A COMPONENT FOR COMBINED EDIBLE FILMS

Bykov Dmitriy E; Makarova Nadezhda; Demidova Anna V; Eremeeva Natalia B

doi:doi:

THE USE OF PECTIN AS A COMPONENT FOR COMBINED EDIBLE FILMS

Submit manuscript Download PDF
Text

To cite

Citations:

THE USE OF PECTIN AS A COMPONENT FOR COMBINED EDIBLE FILMS

Journal: FOOD PROCESSING: TECHNIQUES AND TECHNOLOGY Volume 46 № 3 , 2017

Rubrics: FOOD PRODUCTION TECHNOLOGY

Bykov Dmitriy E ¹

Makarova Nadezhda ²

Demidova Anna V ³

Eremeeva Natalia B ⁴

Author and publication information

Authors:

1. Samara State Technical University

2. Samara State Technical University (Head of the Department of Technology and Organization of Public Catering)

Samara, Samara, Russian Federation

3. Samara State Technical University

4. Samara State Technical University

Type:

Article

Pages:

from 23 to 28

Status:

Published

Received:

23.10.2017

Accepted:

23.10.2017

Published:

23.10.2017

Subject area:

UDK 664.8.035.6:547.458.8
UDK 66 Химическая технология. Химическая промышленность. Родственные отрасли
UDK 60 Прикладные науки. Общие вопросы

Language:

Russian, English

Keywords:

Double-ply edible films, pectin, apple puree, plasticizer

Abstract and keywords

Abstract (English):
Currently, an urgent task is the development of biodegradable formulations for production of edible, non-polluting, coating and packaging materials for food raw materials and food products. Edible films and coatings derived from polysaccharides, proteins and lipids have several advantages such as biodegradability, edibility, biocompatibility, esthetic appearance, and barrier properties against oxygen. Pectin is widely used as a component of edible films since it has a number of positive properties: availability, easy processing, low cost. The aim of this work is to assess the organoleptic properties, structure, water absorption, mechanical characteristics of edible double-ply films obtained on the basis of apple puree. The first layer contains pectin as the plasticizer. Six samples with different film types and content of plasticizers have been prepared. All films have a dark golden hue, characteristic for apple puree. The texture of all film samples is homogeneous and spongy. All the films have a flavor of the apple puree. Edible films with added fiber in the second layer have the densest texture with the smallest number of bubbles. A similar texture is observed for edible film based on apple puree with added pectin in the first and second layers. High rates of water absorption of the films with xanthan gum and gelatin in the second layer provide the ability for their chewing. Films containing pectin, agar-agar and carrageenan have sufficiently high values of tensile strength (6.48, 6.07 and 6.87 MPa). Based on the results of the conducted research it can be stated that double-ply edible films are a promising direction for the development of technology of edible films production.

Keywords:
Double-ply edible films, pectin, apple puree, plasticizer

Text

Publication text (PDF): Read Download

В настоящее время актуальной научно- технической и народно-хозяйственной задачей яв- ляется разработка биодеградируемых составов с целью выработки из них съедобных, не загрязняю- щих окружающую среду, покрытий и упаковочных материалов для пищевого сырья и продуктов пита- ния [1]. Съедобные пленки и покрытия, полученные из полисахаридов, белков и липидов, имеют ряд преимуществ, таких как биоразлагаемость, съе- добность, биосовместимость, эстетичный внешний вид и барьерные свойства против кислорода [2]. Пектин широко используется как компонент съедобной пленки, так как он обладает рядом по- ложительных свойств: доступностью, простотой в переработке, низкой стоимостью и т.д. Пектинами (pektos в переводе с греческого - свернувшийся, замерзший) называется группа вы- сокомолекулярных гетерогликанов, входящих наряду с целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином в состав клеточных стенок и межклеточных обра- зований высших растений, а также присутствую- щих в растительных соках. Растворимость пекти- нов в воде повышается с увеличением степени эте- рификации их молекул и уменьшением молекуляр- ной массы. Главное свойство, на котором основано приме- нение пектинов в пищевых технологиях, это геле- образующая способность. Гелевая структура растворов пектинов образу- ется в результате взаимодействия пектиновых мо- лекул между собой и зависит от особенностей строения молекулы - молекулярной массы, степени этерификации, характера распределения кар- боксильных групп. Кроме того, на процесс гелеоб- разования влияют температура, рН среды и содер- жание дегидратирующих веществ. На целом ряде фруктов (яблок, черешни трех сортов, голубики, оливок) изучена [3] эффектив- ность нескольких видов съедобных покрытий (са- харозы, глицерина, глюкозы, этилцеллюлозы, низ- кометоксилированного пектина) при осмотическом обезвоживании. Именно пектин показывает наилучшие результаты. Для свеженарезанной дыни сорта Piel de Sapo применялось [4] съедобное покрытие из геллана, альгината, пектина. Дыню хранили 15 дней при 4 ºС. В образцах дыни контролировали пропуска- ние СО2, О2, этилена, химический состав (содержа- ние витамина С, фенолов, антирадикальную актив- ность по методу DPPH). Для сохранения витами- на С, фенолов, антирадикальной активности луч- шим было покрытие из геллана, а вот по измене- нию состава газовой атмосферы сложно выделить лидера. Для пищевых пленок из пектина, пшеничной клейковины, хитозана, пуллулана, белка мышечных волокон изучена [5] проницаемость О2 и СО2. Се- лективность проницаемости пищевых пленок срав- нены с синтетическими полимерными пленками. Итальянские ученые получили [6] трехмерную пленку на основе соевой муки, пектина, трансглю- таминазы. Структура пленки изучена методом электронной спектроскопии. Для диетического кек- са болгарские ученые предложили [7] использовать съедобную пленку на основе пектина. Пектиновая пленка позволяет сохранить влажность кекса и его качество. Проведены эксперименты по анализу цветовых характеристик, гомогенности, прозрач- ности, прочности на разрыв, растяжимости, прони- цаемости для водяного пара для пленки из альгината натрия, пектина или их смеси. Более эластичной и более прочной является пленка 50:50 % пектина и альгината, низкой водопроницаемостью обладает пленка из чистого альгината. Все эти данные показывают большой интерес к пектину как компоненту съедобных пленок. Среди направлений исследования съедобных пленок от- дельно можно выделить литературные ссылки по изучению их антиоксидантного действия. Испанские ученые предложили [8] для увели- чения срока годности сардин холодного копчения использовать покрытия на основе пленки из жела- тина с добавлением экстрактов из орегано или розмарина или с добавкой хитозана. Для сардин изучено изменение показателей окисления: пере- кисное число и тиобарбитуровые числа, содержа- ние свободных радикалов жирных кислот. Пленки проявляют антимикробные и антиокислительные свойства. Для пищевых продуктов с высоким содержани- ем липидов с включением в состав этих продуктов подсолнечного масла испанскими учеными пред- ложено [9] использовать съедобную пленку на ос- нове изолята сывороточного белка. Эти пленки предотвращают липидное окисление, что выража- ется в уменьшении перекисного числа. Португальские ученые разработали [10] техно- логию производства съедобной пленки с антиокси- дантным действием на основе хитозана с добавка- ми кофейной кислоты и генипина. Антиоксидант- ную активность изучали по методу ABTS. Именно кофейная кислота увеличивает антиокислительные свойства пленок, но прочностные характеристики и эластичность выше для пленок с использованием генипина. Целью данной работы является оценка органо- лептических свойств, структуры, влагопоглощения, механических характеристик для съедобных двух- слойных пленок, полученных на основе яблочного пюре, первый слой которых в качестве пластифика- тора содержит пектин. Объекты и методы исследования Для получения яблочного пюре яблоки подвер- гали подготовке, предусматривающей инспекцию, сортировку, калибровку и мойку, удаляли несъе- добные части (плодоножку, семенную камеру и кожуру), измельчали до пюреобразного состояния, пюре протирали, к полученной массе добавляли пластификатор (табл. 1) 0,1-5,0 % от массы яб- лочного пюре, равномерно распределяя по всему объему. Таким образом получают первый и второй слой. Слои совместно вальцуют. Двойную пленку сушат при температуре 55-70 °C в течение 1-3 часов, а затем охлаждают до комнатной температуры. Были изготовлены 6 образцов пленки с различ- ными видами и содержанием пластификаторов (табл. 1). Для полученных образцов пленки изуче- ны органолептические характеристики, структура, водопоглотительная способность и прочностные свойства. Состав двойных пленок Таблица 1 90 мин. Определяли степень водопоглощения как отношение массы пленки после эксперимента к массе пленки до эксперимента в процентах. Толщина пленки измерялась с помощью цифро- вого микрометра FIT 19909. Выполнялось пять из- мерений для каждой пленки: одно - в центре об- разца, четыре - на различных участках периметра пленки. Рассчитывалось среднее значение толщины пленки. Испытание на растяжение пленочных мате- риалов проводилось на лабораторном испытатель- ном комплексе, включающем разрывную машину INSTRON-5988 со скоростью приложения нагрузки в больших пределах от 0,001 мм/мин до 508 мм 0,001 мм/мин (Испытательная лаборатория по определению механических свойств и химического состава конструкционных материалов, научный Исследования органолептических показателей были проведены по ГОСТ 8756.1-79 [11]. Микроскопирование проводилось на лаборатор- ном микроскопе Celestron Laboratory с линзой сто- кратного увеличения по методу George J., Siddara- maiah [12]. Влагопоглотительная способность была опреде- лена для всех пленок по методу Gialamas H. с изме- нениями [13]. Образцы пленок помещали в дистил- лированную воду и выдерживали при 23 °С в тече- ние 30, 60, 90 мин. При 90 °С - в течение 30, 60, Код 1 слой 2 слой ЯП/П-ЯП/П Яблочное пюре - пектин Яблочное пюре - пектин ЯП/П-ЯП/А Яблочное пюре - агар-агар ЯП/П-ЯП/КК Яблочное пюре - ксантановая камедь ЯП/П-ЯП/КМЦ Яблочное пюре - КМЦ ЯП/П-ЯП/КЛ Яблочное пюре - клетчатка ЯП/П-ЯП/Ж Яблочное пюре - желатин ЯП/П-ЯП/К Яблочное пюре - каррагинан сотрудник Горбунов А.Е.). Испытывались образцы шириной 10 мм при расстоянии между зажимами 150 мм. Определение деформационных свойств материалов с получением графика зависимости «нагрузка-перемещение», «напряжение-перемеще- ние» и математическую обработку результатов про- водили по программному обеспечению Bluehill 3. Исследования прочностных характеристик и толщи- ны были проведены по ГОСТ Р 53226-2008 [14]. Результаты и их обсуждение А B C D E F Рис. 1. Общий вид съедобной пленки на основе яблочного пюре с добавлением пластификаторов: A - ЯП/П-ЯП/П, B - ЯП/П-ЯП/А, C - ЯП/П-ЯП/КК, D - ЯП/П-ЯП/КМЦ, E - ЯП/П-ЯП/КЛ, F - ЯП/П-ЯП/Ж, G - ЯП/П-ЯП/К G Из рис. 1 видно, что все пленки имеют темно- золотой оттенок, характерный для яблочного пюре. Различие в оттенках цвета пленки незначительное. Структура у всех образцов пленок однородная, губчатая. Все пленки обладают привкусом яблоч- ного пюре. Наиболее приемлемыми вкусовыми свойствами и пережевываемостью обладает пленка с добавлением пектина в первый и второй слой. Для съедобной пленки с добавлением клетчатки во второй слой зафиксирована наиболее плотная структура с наименьшим количеством пузырьков. Аналогичная структура наблюдается для съедобной пленки на основе яблочного пюре с добавлением пектина в первый и второй слой (рис. 2). А B C D E F Рис. 2. Образцы пленок на основе яблочного пюре с пектином в первом слое, микроскопированные при увеличении в 100 крат с добавлением пластификатора во второй слой: A - ЯП/П-ЯП/П, B - ЯП/П-ЯП/А, C - ЯП/П-ЯП/КК, D - ЯП/П-ЯП/КМЦ, E - ЯП/П-ЯП/КЛ, F - ЯП/П-ЯП/Ж, G - ЯП/П-ЯП/К G Таблица 2 Водопоглотительная способность двойных пленок, % гими пленочными материалами (табл. 2). Высокие показатели водопоглощения пленок с ксантановой камедью, желатином во втором слое обеспечивают их пережевываемость. Результаты физико-механических испытаний двухслойных пленок на основе яблочного пюре с разными пластификаторами представлены в табл. 3. Таблица 3 Код пленки Условия (t, τ) 23 °С, 30 мин 23 °С, 60 мин 23 °С, 90 мин 40 °С, 30 мин 40 °С, 60 мин 40 ºС, 90 мин ЯП/П- ЯП/П 456 891 -* 654 - - ЯП/П- ЯП/А 489 - - 885 - - ЯП/П- ЯП/КК 425 - - 800 - - ЯП/П- ЯП/ КМЦ 377 468 - 874 - - ЯП/П- ЯП/КЛ 781 1026 - 994 - - ЯП/П- ЯП/Ж 883 - - 1099 - - ЯП/П- ЯП/К 415 673 - 467 - - Влияние пектина в первом слое на физико-механические свойства пленочных материалов Код пленки Толщина пленки, мм Предел прочности, МПа Нагрузка при пределе прочности, Н ЯП/П-ЯП/П 0,71 6,48 45,50 ЯП/П-ЯП/А 0,53 6,07 32,09 ЯП/П-ЯП/КК 0,72 4,70 43,36 ЯП/П- ЯП/КМЦ 0,48 4,48 18,86 ЯП/П-ЯП/КЛ 0,52 5,48 30,27 ЯП/П-ЯП/Ж 0,40 5,06 22,32 ЯП/П-ЯП/К 0,43 6,87 29,75 * образец растворился Установлено, что значение показателя водопо- глощения выше у съедобной пленки, во второй слой которой входит желатин, по сравнению с дру- Три пленки имеют достаточно высокие значе- ния прочности - это пленки с добавлением пектина, агар-агара и каррагинана. Тогда как прочностные характеристики других пленок приблизительно одинаковы. Выводы Все разработанные съедобные пленки обладают приемлемыми органолептическими свойствами и могут быть использованы. Однако, наиболее при- влекательными товароведными характеристиками обладает пленка с пектином в обоих слоях двойной пленки. Также именно пленки с пектином можно выделить как выдерживающие воздействие воды в течение более длительного промежутка времени и при более высоких температурах. Прочностные характеристики пленок также зависят от природы и содержания пластификатора. Именно пленки с пектином и каррагинаном во втором слое являются более прочными На основании результатов прове- денных исследований можно констатировать, что двойные съедобные пленки являются перспектив- ным направлением развития технологии произ- водства съедобных пленок.

References

1. Savickaya, T.A. S'edobnye plenki - buduschee upakovki pischevyh produktov / T.A. Savickaya, L.A. Gotina // Pischevaya promyshlennost': nauka i tehnologii. - 2015. - № 4. - S. 87-94.

2. Properties of some edible carbohydrate polymer coatings for potential use in osmotic dehydration / W. Camirand, J.M. Krochta, A.E. Pavlath, D. Wong, M.E. Cole // Carbohydrate Polymers. - 1992. - Vol. 17. - No 1. - P. 39-49. DOIhttps://doi.org/10.1016/0144-8617(92)90021-H.

3. Oms-Oliu, G. Using polysaccharide-based edible coatings to enhance quality and antioxidant properties of fresh-cut melon / G. Oms-Oliu, R. Soliva-Fortuny, O. Martin-Belloso // LWT - Food Science and Technology. - 2008. - Vol. 41. - No 10. -P. 1862-1870. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.lwt.2008.01.007.

4. Gontard, N. Influence of relative humidity and film composition on oxygen and carbon dioxide permeailities of edible films / N. Gontard, R. Thibault, B. Cuq, S. Guilbert // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 1996. - Vol. 44. - No 4. - P. 1064-1069. DOIhttps://doi.org/10.1021/jf9504327.

5. Role of constituents on the network formation of hydrocolloid edible films / T. Giancone, E. Torrieri, P. Di Pierro, L. Mariniello, M. Moresi, R. Porta, P. Masi // Journal of Food Engineering. - 2008. - Vol. 89. - No 2. - P. 195-203. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.04.017.

6. Baeva, M. Investigation of the retaining effect of a pectin-containing edible films upon the crumb ageing of dietetic sucrose- free sponge cake / M. Baeva, I. Panchev // Food Chemistry. - 2005. - Vol. 92. - No 2. - P. 343-348. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.03.060.

7. Galus, S. Development and characterization of composite edible films based on sodium alginate end pectin / S. Galus, A. Lenart // Journal of Food Engineering. - 2013. - Vol. 115. - No 4. - P. 459-465. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.03.006.

8. Effect of functional edible films and high pressure processing on microbial and oxidative spoilage in cold-smoked sardine (Sardina pilchardus) / J. Gomez-Estaca, P. Montero, B. Gimenez, M.C. Gomez-Guillen // Food Chemistry. - 2007. - Vol. 105. - No 2. - P. 511-520. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.04.006.

9. Use of edible films based on whey protein isolate to protect foods rich in polyunsaturated fatty acid / J. Oses, I. Fernandez- Pan, K. Zaini, J.I. Mate // European Food Research and Technology. - 2008. - Vol. 227. - No 2. - P. 623-628. DOIhttps://doi.org/10.1007/s00217-007-0765-y.

10. Chitosan-caffeic acid-genipin films presenting enhanced antioxidant activity and stability in acidic media / C. Nunes, E. Maricato, A. Cuhna, A. Nunes, J.A. Lopes da Silva, M.A. Colimbra // Carbohydrate Polymers. - 2013. - Vol. 91. - No 1. - P. 236-243. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.08.033.

11. GOST 8756.1-79. Produkty pischevye konservirovannye. Metody opredeleniya organolepticheskih pokazateley, massy netto ili ob'ema i massovoy doli sostavnyh chastey (s Izmeneniyami № 1, 2). - M.: Standartinform, 2009. - 14 s.

12. Siddaramaiah, J.G. High performance edible nanocomposite films containing bacterial cellulose nanocrystals / J.G. Siddaramaiah // Carbohydrate Polymers. - 2012. - Vol. 87. - No 3. - P. 2031-2037. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.10.019

13. Development of a novel bioactive packaging based on the incorporation of Lactobacillus sakei into sodium-caseinate films for controlling Listeria monocytogenes in foods / H. Gialamas, K.G. Zinoviadou, C.G. Biliaderis, K.P. Koutsoumanis // Food Research International. - 2010. - Vol. 43. - No 10. - P. 2402-2408. DOIhttps://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.09.020.

14. GOST R 53226-2008. Polotna netkanye. Metody opredeleniya prochnosti. - M.: Standartinform, 2009. - 20 s.

This work is licensed under Creative Commons Attribution 4.0 International

Submit manuscript Download PDF
Text

To cite

Citations:

Confirmation

Регистрация