A növényi olajok hozzáadásának hatása az alma-nátrium-alginát ehető filmek kiválasztott fizikai tulajdonságaira

Absztrakt

A gyümölcs- és zöldségpürével ellátott ehető filmek egészséges harapnivalókként, ehető sütőzsákokként, valamint sushi csomagolásként vagy palacsinta, tortilla vagy lavash helyett gluténmentes étrendben szolgálhatnak fel. A filmképző oldatot nátrium-alginát, almapüré és háromféle növényi olaj, például repceolaj, kókuszolaj és mogyoróolaj keverésével készítettük. Glicerint használtak lágyítószerként. Tiszta nátrium-alginátot és nátrium-alginát – alma filmet használtunk kontroll mintaként. Az összes film vastagsága és nedvességtartalma jellemző volt az ilyen típusú anyagokra. Az eredmények azt mutatták, hogy az almapüré és a növényi olajok hozzáadása jelentős hatással volt az ehető filmek vizuális megjelenésére. A DSC görbék igazolták a kutatott ehető filmek stabilitását. A filmgyártáshoz használt szárítási körülmények és a készítmények alkalmasnak tűntek a fáziselválasztás elkerülésére.

Bevezetés

Lengyelország és Franciaország két kiemelkedő almatermelő az Európai Unióban, körülbelül 3,2 millió t (tonna) és 1,4 millió t termeléssel (2017-es adatok) [1]. Az alma ízesítő tulajdonságai mellett előnyösnek tekinthető az emberi egészség szempontjából. Számos táplálkozási és bioaktív komponenssel rendelkeznek, beleértve az élelmi rostokat, cukrokat, savakat és vitaminokat, pl. C-vitamin (gyümölcsönként kb. 8 mg), amely elengedhetetlen az immunrendszer támogatásához és a kollagén képződéséhez. Az alma gazdag fenolos vegyületekben is, amelyek hozzájárulnak antioxidáns képességükhöz, és segíthetnek a rák és a szív- és érrendszeri betegségek megelőzésében [2,3,4,5].

Ennek ellenére az ehető fóliák felhasználása a különféle élelmiszer-ipari termékeknél még mindig nagyon korlátozott, mivel alacsony a vízgőzzáró tulajdonsága, amelyet hidrofilitása okoz. Ezért a lipidek gyakran beépülnek a film vízzáró tulajdonságainak javítása érdekében. Sajnos a kompozit filmek olyan vegyületeinek termodinamikai inkompatibilitása, mint a fehérjék vagy poliszacharidok és lipidek, a film ridegségét és fáziselválasztását eredményezi [21, 22]. Ennek a problémának a kiküszöbölésére egyes szerzők fehérjék, poliszacharidok és lipidek természetes keverékeinek alkalmazását javasolták közvetlenül mezőgazdasági eredetű forrásokból, például banánlisztből [23]., pinhão magvak [24], rizs [25] vagy achira rizómák [26] az eredeti rendszer egyes komponenseinek kihasználása. A gyümölcs- és zöldségpürék és a lisztek új lehetőségnek tűnnek az összetett anyagok számára az ehető filmek területén [21].

Ebben a tanulmányban nátrium-alginát – alma püré ehető filmeket fejlesztettek ki olyan növényi olajokkal, mint a repceolaj, a kókuszolaj és a mogyoróolaj. Meghatároztuk a kapott filmek alapvető fizikai tulajdonságait, beleértve a vastagságot, a víztartalmat és az optikai tulajdonságokat, például a színt és az opacitást. A filmek hőstabilitását differenciális pásztázó kalorimetria (DSC) és modulált differenciális pásztázó kalorimetria (MDSC) alkalmazásával értékeltük. Nátrium-alginát és alma püré alapján a polimer mátrixban lévő olajcseppek bezárásának lehetőségét pásztázó elektronmikroszkóppal értékeltük. A filmképző megoldások és a végső filmek fényképes dokumentációját is rögzítették.

Anyagok és metódusok

Film előkészítése

A nátrium-alginátot a Sigma-Aldrich-től (St Louis, MO, USA) szereztük be. Vízmentes glicerint a POCH S.A.-tól (Gliwice, Lengyelország) szereztünk be. Alma (var. Bajnok) és növényi olajokat, például kókuszolajat (Limpol Sp. z oo, Krakkó, Lengyelország), repceolajat (Mosso Kewpie Poland Sp. z oo, Raszyn, Lengyelország) és mogyoróolajat (Monini, Spoleto, Olaszország) vásároltak egy helyi üzlet.

Vastagság

A filmvastagságot 1 μm pontosságú Ultrametr A400 (Metrison Sp. Z o.o., Mościska, Lengyelország) elektronikus mérőeszközzel mértük. A film vastagságát tíz véletlenszerű helyzetben mértük, és átlagértékként ± szórásként fejeztük ki [17].

Nedvességtartalom

A film nedvességtartalmát (MC) SUP65W/G laboratóriumi szárítóban (WAMED Wytwórnia Aparatury Medycznej S.S.P, Varsó, Lengyelország) 24 órán át 105 ± 1 ° C-on szárítva határoztuk meg. A kis próbatesteket kivágtuk és üvegmérő palackokba helyeztük, és súlyukat feljegyeztük (1 ± 0,0001 g) előtt és kemencében történő szárítás után. Az MC-t a súlycsökkenés százalékában számítottuk az eredeti tömeg alapján, a következő egyenlet felhasználásával [27]:

hol Mén az üvegmérő palack és a filmminta súlya szárítás előtt (g), Mo - az üvegmérő palack súlya (g) és Md az üvegmérő palack és a filmminta tömege szárítás után (g).

Minden filmből három ismétlődő elemzést készítettünk, és az eredményeket átlagérték ± standard deviációval fejeztük ki.

Szín

A filmek (légfelület) színelemzését a Minolta CR-A70 (Konica Minolta Co., Ltd., Tokió, Japán) felhasználásával végeztük. Az eredményeket közvetlenül mért paraméterek segítségével mutattuk be: \ (L ^ \) (sötétség/világosság), \ (a ^ \) (zöld/piros) és \ (b ^ \) (kék/sárga). A méréseket 10 ismétléssel végeztük minden film esetében. Az átlagértékeket jelentették. A filmek színét a teljes színkülönbségként fejeztük ki (∆E) a következő egyenlet szerint [17]:

ahol ΔE teljes színkülönbség (-); \ (\ Delta L ^ \), \ (\ Delta a ^ \), \ (\ Delta b ^ \) a minta színparaméterének és a film háttérként használt szabvány színparaméterének különbségei (-).

Átlátszatlanság

A filmek átlátszatlansági indexét tíz ismétléssel számítottuk ki úgy, hogy az abszorbancia értékét 600 nm-en elosztottuk a film vastagságával a következő képletek szerint: [28]

hol O átlátszatlansági index (1 mm -1), A600 abszorbancia 600 nm-en (-) és \ (\ bar \) a minta átlagos vastagsága (mm).

Az abszorbanciát UV/Vis Helios spektrofotométer vizsgálati cellával (Thermo Electron Corporation, Waltham, USA) mértük, üres tesztcellával referenciaként.

Differenciál pásztázó kalorimetria

Az ehető filmeket a DSC TA Instrument Q200 differenciál pásztázó kaloriméterrel vizsgáltuk (TA Instruments, New Castle, USA). A DSC technikát alkalmaztuk a hőáram (W g –1) és a hőmérséklet görbék függvényében. A sejtet 50 ml/perc -1 száraz nitrogénnel öblítettük, és kalibráltuk a kiindulási értékre egy üres kemencében és a hőmérsékletet standard tiszta indium alkalmazásával. Fajlagos hőteljesítmény (Co) zafír segítségével kalibráltuk. A mintákat mechanikus hűtött hűtőrendszerrel hűtöttük. Az ehető filmeket (7–8 mg) hermetikusan lezártuk alumínium edényekben (30 µL térfogat). Minden tesztben üres, hermetikusan lezárt alumínium edényt használtunk referenciaként. A mintákat -60 ° C és 300 ° C közötti hőmérsékleten melegítettük 10 ° C min-1 fűtési sebességgel. Valamennyi elemzés három példányban készült el [29, 30].

Üvegesedési hőmérséklet (Tg)

Az ehető filmek üvegesedési hőmérsékletének meghatározásához modulált differenciális pásztázó kalorimetriát (MDSC) használtunk. A komplexek hőátmenetének kísérleteit DSC Q200 differenciál pásztázó kaloriméterrel (TA Instruments, New Castle, USA) végeztük. A sejtet 50 ml/perc -1 száraz nitrogénnel öblítettük, és standard tiszta indium alkalmazásával kalibráltuk. Egy üres hermetikusan lezárt alumínium edényt használtunk referenciaként. A mintákat (7–8 mg) hermetikusan lezártuk alumínium edényekben, szobahőmérsékletről -90 ° C-ra hűtöttük 5 ° C/perc sebességgel, és 5 percig egyensúlyoztuk. Az MDSC elemzése során a mintákat - 90 ° C és 200 ° C közötti hőmérsékleten, 2 ° C/perc állandó fűtési sebességgel, 1 ° C amplitúdóval és 60 másodperces modulációs periódussal vizsgáltuk. A diagramokat a teljes, reverzibilis és nem reverzibilis hőáramlás szempontjából elemeztük. Üvegesedési hőmérséklet (Tg) a fordított átmeneti görbe függőleges eltolódásának középpontjaként határoztuk meg. Az összes elemzés három példányban készült el [29].

Mikrostruktúra

A filmek felületi és keresztmetszeti morfológiáját TM-3000 HITACHI (Hitachi High-Technologies Corporation, Chiyoda, Tokió, Japán) pásztázó elektronmikroszkóppal vizsgáltuk. A mintákat vákuum alatt arannyal vonjuk be. Ezüst pasztával 5 mm × 5 mm-es filmet rögzítettünk a hordozón. A vizsgálat során 15 kV gyorsítófeszültséget alkalmaztunk, a filmfelület nagysága 500 ×, a filmek keresztmetszete 500 ×.

Statisztikai analízis

Az adatelemzéshez a Statistica 13.3 (StatSoft Inc., Tulsa, USA) és az Excel 2010 (Microsoft, Redmond, Washington, USA) statisztikai szoftvert használtuk. A varianciaanalízist (ANOVA) 95% -os szignifikancia szinten post hoc Tukey teszttel végeztük a film tulajdonságaiban mutatkozó jelentős különbségek kimutatására. Ha a normalitás Shapiro – Wilk-tesztje és az adatok homoszedaszticitásának Levene-tesztje statisztikailag szignifikáns (o

Eredmények és vita

Az ehető filmek általános jellemzője

Keverés után az összes vegyület és a filmképző oldatok vákuumgáztalanítása homogén és sima volt, elválasztási tünetek nélkül. Az összes kutatott film rugalmas volt, könnyen lehúzható és kezelhető, pórusok és repedések nélkül. A tiszta nátrium-alginát film átlátszó volt, a nátrium-alginát – alma püré pedig sárgás. A növényi olajok hozzáadása tejszerű és átlátszatlan megjelenést eredményezett a nátrium-algináton és az almapürén alapuló filmeknél. A filmek lemezekről való eltávolítása után nem tapasztaltak látható lipidveszteséget. A filmek mindkét oldala más és más volt, a nátrium-alginát film kivételével. A nátrium-alginát – alma püré fólia matt felülete kiemelkedésekkel (az alma püré kis részecskéi) és sík, fényes alsó felülettel volt megfigyelhető. A növényi olajokkal beépített filmek tapintásúak selymesek voltak, fényes felső és alsó felülettel és kiemelkedésekkel (1. ábra).

A filmképző megoldások (felső sor) és a filmek (alsó sor) vizuális megjelenése a nátrium-alginát ehető film, b nátrium-alginát – alma püré fólia és nátrium-alginát – alma püré film különféle növényi olajokkal: c repceolaj, d kókuszolaj, e mogyoróolaj

A vastagságot, a nedvességtartalmat, a színparamétereket és az átlátszatlanságot a 2. táblázat mutatja. Az önálló szerkezetek kialakításához az ehető filmeknek megfelelő vastagsággal kell rendelkezniük (általában legfeljebb 0,25 mm) [31, 32]. A filmvastagsági eredmények néhány jelentős különbséget mutattak a kezelések között. A tiszta nátrium-alginát ehető filmek vastagsága a legnagyobb, míg az almapüré beépítése a legalacsonyabb vastagság értékeket eredményezte. Növényi olajok hozzáadása a vastagság értékének enyhe növekedését okozta a nátrium-alginát – alma püré filmekhez képest. Ezek az eredmények azt mutatták, hogy az almapüré és a növényi olajok hozzáadása megváltoztatta a film vastagságát és mikrostruktúráját. Ezt azonban később nem erősítette meg mikroszkópos elemzés, és a filmek nem egyenletes felépítésével magyarázható, amelyet a mátrixban megvastagodott területek és nagy almapüré részecskék okoznak.

A kutatott filmek nedvességtartalma 15,49 ± 0,18 és 19,18 ± 1,21% között mozgott a kókuszolajjal, illetve repceolajjal készült filmek esetében. Ennek ellenére csak a kókuszolajjal készült ehető nátrium-alginát – alma püré filmek nedvességtartalmának értékei különböztek jelentősen a többi mintához képest.

Az ehető filmek termikus tulajdonságai

25 ° C), a szárítás második lépésében, a kondicionálásban, valamint az összes jellemzésben alkalmazott hőmérséklet. Chang és mtsai. [45], a plasztikáció gyengíti a polimer láncok közötti intermolekuláris erőket, és következésképpen csökkenti az általános kohéziót, csökkentve Tg. Az üvegesedési hőmérséklet alacsonyabb értékei összefüggenek az almapürében alacsony molekulatömegű természetes lágyítók, például a fruktóz, a glükóz és a szacharóz jelenlétével, valamint a növényi olajok plasztifikáló aktivitásával. Olyan alacsony értékei Tg-t a víz jelenléte is okozta. (A kutatott filmek víztevékenységének értéke 0,5 körül ingadozott.) A jelenség csak egy TA DSC-vizsgálat során kevert polimerekben megfigyelt g azt jelezte, hogy az összetevő biopolimerek jól kompatibilisek a tiszta, alapanyagokból kémiailag izolált nátrium-algináttal [34].