ВОЗМОЖНОСТИ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА В ИССЛЕДОВАНИИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БИОПОЛИМЕРОВ

Наталья Сергеевна Думская, Валерий Яковлевич Черных

Аннотация


В работе представлены результаты исследований по расширению возможностей калориметрии (метод ДСК) для определения теплофизических характеристик растительных порошков как биополимеров. Максимальный диапазон температур калориметрического сканирования для биополимеров с естественной влажностью выбран в пределах их температур стеклования, для гидратированных биополимеров 20 % влажностью выбран в пределах температур
дегидратации температуры разложения полимера или до формирования сети полимера, которая подавляет его гидрофильность. Определено, что окончательная температура сканирования калориметром для информативного эксперимента линейно зависит от уровня влажности.
Установлена зависимость температур фазовых переходов от размера частиц, молекулярной массы и активной влажности биополимеров. Обнаружено, что температура замерзания аморфного порошка с активной влажностью ниже 0,926 смещается ниже нуля. Определено, что у аморфных растительных порошков с размером частиц 80–139 мкм и с низкой молекулярной массой температурные параметры стеклования (136–172 °C) и замерзания этих порошков с 20 % влажностью снижены (–8...–15 °C); а у аморфных растительных порошков с размером частиц 150–200 мкм и с высокой молекулярной массой температурные параметры стеклования выше (153–180 °C) и температура их замерзания при влажности 20 % на 0 °C.
Для сухих порошков с низкой температурой стеклования ниже 150 °C после гидратации характерны температуры замерзания ниже 0 °С, для порошков с высокой температурой стеклования выше 153 °С после гидратации характерна температура замерзания на 0 °С. В результате данной работы определено, что максимальные температуры дегидратации 120°С и 153 °С характерны для аморфных порошков с естественной влажностью и с температурами стеклования не сильно превышающие эти температуры дегидратации, что может характеризовать эти температуры не только как температуры дегидратации, но и как температуры, отвечающие за сохранность гидрофильной структуры.


Ключевые слова


дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК); теплофизические характеристики (ТФХ); активность воды (Ав); температура стеклования (Тс); температура замерзания (Tз); фазовые переходы; воспроизводимость термограмм; биополимеры – растительные порошки.

Полный текст:

PDF

Литература


Rahman M.S. State diagram of foods: Its potential use in food processing and product stability// Trends in Food Science technology. – 2006. – V. 17, № 3. – P. 129–141. DOI: 10.1016/j.tifs.2005.09.009

Любарев А.Е., Курганов Б.И. Изучение необратимой тепловой денатурации белков методом дифференциальной сканирующей калориметрии // Успехи биологической химии.

– 2000. – Т. 40. – 43 c.

Zhang M., Li C.L., Ding X.L. Technical note thermal denaturation of some dried vegetables // Dryinq technology. – 2002. – V. 20(3). – P. 711–717. DOI: 10.1081/DRT-120002826

Бойко Б.Н. и др. Способ раздельного определения содержания свободной и связанной воды в сухом растительном порошке банана с применением дифференциального сканирующего калориметра. Патент на изобретение RU 2686104, 24.04.2019. Заявка № 2017109195 от 21.03.2017.

Кулагин В.Н. Изменение активности воды как показателя качества продуктов при термообработке // Мясная индустрия. – СССР. – 1982. – № 3. – 13 c.

Rouilly A., Jorda J., Rigal L. Thermomechanical processing of sugar beet pulp. II. Thermal and rheological properties of thermoplastic SBP // Carbohydrate Polymers. 2006. – V. 6. – P. 117–125. DOI: 10.1016/j.carbpol. 2006.02.031

Emily J. Mayhew, Cheyenne H. Neal, Soo-Yeun Lee, Shelly J. Schmidt. Glass transition prediction strategies based on the couchmankarasz equation in model confectionary systems //

Journal of Food Engineering. – 2017. – P. 1–16. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2017.07.007

Douglass I., Harrowell P. Kinetics of Dissolution of an Amorphous Solid // J. Phys Chem B. – 2018. 1;122(8). – P.2425-2433. DOI:

1021/acs.jpcb.7b12243

Drake A.C. et al. Effect of water content on the glass transition temperature of mixtures of sugars, polymers, and penetrating cryoprotectants in physiological buffer // PLoS One. – 2018. –

1. DOI: 10.1371/journal.pone.0190713

Roos Y.H. Water activity and physical state effects on amorphous food stability // J Food Process Preserv. – 1993. – V. 16. – P. 433– 447. DOI: 10.1111/j.1745-4549.1993.tb00221.x

Sablani S.S., Kasapis S., Rahman M.S. Evaluating water activity and glass transition concepts for food stability // Journal of Food Engineering. – 2007. V. 78. – P. 266–271. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2005.09.025

Ibrahim M.M., El-Zawawy W.K., Juttke Y., Koschella A., Heinz T. Cellulose and microcrystalline cellulose from rice straw and

banana plant waste: preparation and characterization // Cellulose. – 2013. DOI: 10.1007/s10570-013-9992-5

Rouilly A., Jorda J., Rigal L. Thermo-mechanical processing of sugar beet pulp. II. Thermal and rheological properties of ther-moplastic SBP // Carbohydrate Polymers. – 2006. – V. 6. – P. 117–125. DOI: 10.1016/j.carbpol. 2006.02.031

Martı́nez-Navarrete N., Moraga G., Talens & Amparo Chiralt. Water sorption and the plasticization effect in wafers // International Journal of Food Science and Technolo-gy. – 2004. – V. 39. – P. 555–562. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2004.00815.x

Sablani S.S., Kasapis S., Rahman M.S. Evaluating water activity and glass transition concepts for food stability // Journal of Food Engineering. – 2007. – V. 78. – P. 266–271. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2005.09.025.


Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.