Резюме

Ядливите филми с плодови и зеленчукови пюрета могат да служат като здравословни закуски, годни за консумация торбички за фурна, както и обвивки за суши или вместо палачинки, тортили или лаваш в диета без глутен. Филмообразуващият разтвор се приготвя чрез смесване на натриев алгинат, ябълково пюре и три вида растителни масла като рапично масло, кокосово масло и лешниково масло. Глицеролът се използва като пластификатор. Като контролни проби бяха използвани чист натриев алгинат и натриев алгинат-ябълкови филми. Всички филми имат дебелината и съдържанието на влага, характерни за този тип материали. Резултатите показаха, че добавянето на ябълково пюре и растителни масла има значителен ефект върху визуалния вид на годни за консумация филми. DSC кривите доказаха стабилността на изследваните ядливи филми. Условията на сушене, използвани за производството на филми, и формулировките изглеждаха подходящи за избягване на фазово разделяне.

Въведение

Полша и Франция са двама известни производители на ябълки в Европейския съюз с производството на приблизително 3,2 милиона тона (тона) и 1,4 милиона тона, съответно (данни от 2017 г.) [1]. В допълнение към вкусовите си свойства, ябълките се считат за полезни за човешкото здраве. Те притежават множество хранителни и биоактивни компоненти, включително диетични фибри, захари, киселини и витамини, напр. витамин С (приблизително 8 mg на плод), който е от съществено значение за подпомагане на имунната система и образуването на колаген. Ябълките също са богати на фенолни съединения, които допринасят за техния антиоксидантен капацитет и могат да помогнат за предотвратяване на рак и сърдечно-съдови заболявания [2,3,4,5].

Независимо от това, прилагането на годни за консумация филми за различни хранителни продукти все още е много ограничено поради техните ниски свойства на бариера срещу водна пара, които са причинени от тяхната хидрофилност. Следователно, липидите често се вграждат, за да подобрят свойствата на бариерната филмова вода. За съжаление, термодинамичната несъвместимост между такива съединения на композитни филми като протеини или полизахариди и липиди води до чупливост на филма и разделяне на фазите [21, 22]. За да се преодолее този проблем, някои автори предлагат използването на естествени смеси от протеини, полизахариди и липиди, директно получени от земеделски източници като бананово брашно [23], pinhão семена [24], ориз [25] или коренища на ахира [26], за да се възползвате от всеки компонент в оригиналната система. Пюретата от плодове и зеленчуци и брашното изглеждат нова възможност за композитни материали в областта на годни за консумация филми [21].

В това проучване са разработени ядливи филми от натриев алгинат-ябълково пюре, вградени с растителни масла като рапично масло, кокосово масло и лешниково масло. Определени са основни физични свойства на получените филми, включително дебелина, водно съдържание и оптични свойства като цвят и непрозрачност. Термичната стабилност на филмите беше оценена с използването на диференциална сканираща калориметрия (DSC) и модулирана диференциална сканираща калориметрия (MDSC). Възможността за затваряне на маслени капчици в полимерната матрица на базата на натриев алгинат и ябълково пюре беше оценена чрез сканираща електронна микроскопия. Записана е и фотодокументацията на филмоформиращите решения и финалните филми.

Материали и методи

Подготовка на филма

Натриевият алгинат е закупен от Sigma-Aldrich (Сейнт Луис, Мисури, САЩ). Безводен глицерол е получен от POCH S.A. (Gliwice, Полша). Ябълки (вар. Шампион) и растителни масла като кокосово масло (Limpol Sp. z oo, Краков, Полша), рапично масло (Mosso Kewpie Poland Sp. z oo, Raszyn, Полша) и лешниково масло (Monini, Spoleto, Италия) са закупени в местен магазин.

Дебелина

Дебелината на филма беше измерена с електронен манометър Ultrametr A400 (Metrison Sp. Z o.o., Mościska, Полша) с точност 1 μm. Дебелината на филма беше измерена при десет произволни положения и изразена като средна стойност ± стандартно отклонение [17].

Съдържание на влага

Съдържанието на влага (MC) във филма се определя чрез сушене в лабораторна сушилня SUP65W/G (WAMED Wytwórnia Aparatury Medycznej S.S.P, Варшава, Полша) при 105 ± 1 ° C за 24 часа. Малки проби се нарязват и се поставят в стъклени бутилки за претегляне и теглото им се записва преди (1 ± 0,0001 g) и след сушене във фурната. MC се изчислява като процент на загуба на тегло въз основа на първоначалното тегло, като се използва следното уравнение [27]:

където Мi теглото на стъклената бутилка и образец на филм преди изсушаване (g), Мстр - теглото на стъклената бутилка (g) и Мд теглото на стъклената бутилка и образец на филм след изсушаване (g).

Бяха направени три повтарящи се анализа на всеки филм и резултатите бяха изразени като средна стойност ± стандартно отклонение.

Цвят

Цветовият анализ на филмите (въздушна повърхност) е направен с помощта на Minolta CR-A70 (Konica Minolta Co., Ltd, Токио, Япония). Резултатите бяха представени с помощта на директно измерени параметри: \ (L ^ \) (тъмнина/лекота), \ (a ^ \) (зелено/червено) и \ (b ^ \) (синьо/жълто). Измерванията бяха направени в 10 повторения за всеки филм. Отчетени са средните стойности. Цветът на филмите се изразява като обща цветова разлика (∆Е.) съгласно следното уравнение [17]:

където ΔЕ. обща цветова разлика (-); \ (\ Delta L ^ \), \ (\ Delta a ^ \), \ (\ Delta b ^ \) диференциалите между примерния цветен параметър и цветния параметър на стандарт, използван като фон на филма (-).

Непрозрачност

Индексът на непрозрачност на филмите се изчислява при десет повторения, като стойността на абсорбция при 600 nm се дели на дебелината на филма съгласно следните формули [28]:

където О индекс на непрозрачност (1 mm -1), A600 абсорбция при 600 nm (-) и \ (\ bar \) средна дебелина на пробата (mm).

Абсорбцията е измерена с помощта на UV/Vis Helios спектрофотометър тестова клетка (Thermo Electron Corporation, Waltham, USA) с празна тестова клетка като еталон.

Диференциална сканираща калориметрия

Ядливите филми са изследвани от DSC TA Instrument Q200 диференциален сканиращ калориметър (TA Instruments, New Castle, USA). Използвана е DSC техника за получаване на топлинен поток (W g -1) спрямо температурни криви. Клетката се продухва с 50 ml · min -1 сух азот и се калибрира за изходно ниво на празна фурна и за температура, използвайки стандартен чист индий. Специфичен топлинен капацитет (° Сстр) е калибриран с помощта на сапфир. Пробите бяха охладени чрез механична хладилна система за охлаждане. Ядливите филми (7–8 mg) бяха херметически затворени в алуминиеви тигани (обем 30 µL). Празен херметически затворен алуминиев съд беше използван като еталон при всяко изпитване. Пробите се нагряват от - 60 до 300 ° C със скорост на нагряване 10 ° C мин -1. Всички анализи бяха завършени в три екземпляра [29, 30].

Температура на стъклен преход (тж)

Използвана е модулирана диференциална сканираща калориметрия (MDSC) за определяне на температурата на преход на стъклото на годни за консумация филми. Експериментите за термичен преход в комплекси бяха проведени с диференциален сканиращ калориметър DSC Q200 (TA Instruments, New Castle, USA). Клетката се продухва с 50 ml · min -1 сух азот и се калибрира с използване на стандартен чист индий. Като еталон беше използван празен херметически запечатан алуминиев съд. Пробите (7–8 mg) бяха херметически затворени в алуминиеви тигани и охладени от стайна температура до - 90 ° C при 5 ° C на минута и уравновесени за 5 минути. При анализа на MDSC пробите бяха сканирани от - 90 до 200 ° C при постоянна скорост на нагряване от 2 ° C на минута с амплитуда 1 ° C и период на модулация от 60 s. Диаграмите бяха анализирани по отношение на общия, обратим и необратим топлинен поток. Температура на стъклен преход (тж) се определя като средна точка на вертикално отместване в кривата на обръщане на прехода. Всички анализи бяха завършени в три екземпляра [29].

Микроструктура

Морфологията на повърхността и напречното сечение на филмите беше изследвана с помощта на сканираща електронна микроскопия TM-3000 HITACHI (Hitachi High-Technologies Corporation, Chiyoda, Tokyo, Japan). Пробите бяха покрити със злато под вакуум. Филм с размер 5 mm × 5 mm беше фиксиран върху опората, използвайки сребърна паста. Изследването използва ускоряващо напрежение от 15 kV, а увеличението е 500 × за повърхността на филмите и 500 × за напречното сечение на филмите.

Статистически анализ

За анализ на данните са използвани статистическият софтуер Statistica 13.3 (StatSoft Inc., Tulsa, USA) и Excel 2010 (Microsoft, Redmond, Washington, USA). Дисперсионният анализ (ANOVA) при ниво на значимост от 95% е извършен с post hoc тест на Tukey за откриване на значителни разлики в свойствата на филма. Ако тестът на Шапиро – Уилк за нормалност и тестът на Левен за хомосцедастичност на данните доведат до статистически значими (стр

Резултати и дискусия

Общата характеристика на годни за консумация филми

След смесване всички съединения и вакуумна дегазация на филмообразуващите разтвори са хомогенни и гладки, без симптоми на разделяне. Всички изследвани филми бяха гъвкави и лесни за отлепване и обработка, без пори и пукнатини. Чистият филм от натриев алгинат е прозрачен, а пюрето от натриев алгинат-ябълка е жълтеникаво. Добавянето на растителни масла доведе до млечен и непрозрачен вид на филмите на основата на натриев алгинат и ябълково пюре. Не се наблюдават видими загуби на липиди след отстраняването на филмите от плочите. Външният вид на двете страни на филмите беше различен, с изключение на филма на натриевия алгинат. За натриевия алгинат-ябълково пюре се наблюдава матова горна повърхност с издатини (малки частици от ябълково пюре) и хлъзгава, блестяща долна повърхност. Филмите, включени с растителни масла, бяха копринени на допир с блестяща горна и долна повърхност и издатини (фиг. 1).

добавянето

Визуален външен вид на филмообразуващите разтвори (горен ред) и филмите (долен ред) а натриев алгинат ядлив филм, б натриев алгинат – ябълково пюре филм и натриев алгинат – ябълково пюре филми с различни растителни масла: ° С рапично олио, д кокосово масло, д лешниково масло

Дебелината, съдържанието на влага, цветните параметри и непрозрачността са показани в Таблица 2. За образуване на самостоятелни конструкции годни за консумация филми трябва да имат подходящата дебелина (обикновено до 0,25 mm) [31, 32]. Резултатите от дебелината на филма показват някои значителни разлики между обработките. Чистите натриеви алгинатни ядливи филми са с най-голяма дебелина, докато включването на ябълково пюре води до най-ниските стойности на дебелината. Добавянето на растителни масла предизвика леко увеличение на стойностите на дебелината в сравнение с натриевите алгинат-ябълкови пюрета. Тези резултати показват, че добавянето на ябълково пюре и растителни масла променя дебелината и микроструктурата на филмите. Това обаче не беше потвърдено по-късно чрез микроскопски анализ и може да се обясни с много неравномерна структура на филмите, причинена от наличието на удебелени участъци в матрицата, както и от големи частици ябълково пюре.

Съдържанието на влага в изследваните филми варира от 15,49 ± 0,18 до 19,18 ± 1,21% за филмите съответно с кокосово масло и рапично масло. Независимо от това, само стойностите на съдържанието на влага за хранителни филми с натриев алгинат-ябълково пюре с кокосово масло се различават значително в сравнение с останалите проби.

Термичните свойства на ядливите филми

25 ° C), температурата, използвана във втория етап на сушене, при кондициониране, както и при цялото характеризиране. Според Chang et al. [45], пластификацията отслабва междумолекулните сили между полимерните вериги и следователно намалява общото сцепление, намалявайки тж. По-ниските стойности на температурата на стъклен преход са свързани с наличието на естествени пластификатори с ниско молекулно тегло в ябълково пюре като фруктоза, глюкоза и захароза, както и с пластифициращата активност на растителните масла. Толкова ниски стойности на тg са причинени и от наличието на вода. (Стойностите на водната активност на изследваните филми варираха около 0,5.) Явлението само с един тg, наблюдавано в смесени полимери при DSC сканиране, показва добра съвместимост на компонентните биополимери с чист, химически изолиран от суровини, натриев алгинат [34].