Аннотация

Введение. Создание композиционных полимерных материалов, содержащих природные соединения, для ускорения процессов биоразлагаемости упаковочных материалов является актуальной задачей. Целью работы стала сравнительная оценка физико-механических характеристик термопластичного крахмала, приготовленного с ферментативно-модифицированным пористым кукурузным крахмалом, очищенным и неочищенным от редуцирующих веществ, для применения в технологии пленочных биоразлагаемых изделий.
Объекты и методы исследования. Пористый крахмал, гибридные композиции с термопластичным пористым крахмалом (ТПК) и пленки на основе полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Использованы методы определения биохимических и структурных особенностей (электронная микроскопия) крахмала и физико-механических свойств композиций и пленок.
Результаты и их обсуждение. У пористого крахмала, по сравнению с нативным, в 1,6 раза повышалась водосвязывающая способность, в 4 раза – растворимость, на 24 % – атакуемость ферментами, в 1,7 раза понижалась динамическая вязкость. Образцы пленок, изготовленные при соотношениях ПЭНП:ТПК 60:40 и 40:60 с пористым крахмалом, имели высокие показатели разрушающего напряжения при растяжении, чем образцы с нативным крахмалом. При соотношении ПЭНП:ТПК 70:30 разница составила 14 %, при соотношении 60:40 – 23 %. Аналогичная закономерность наблюдалась и для относительного удлинения при разрыве: при соотношении 70:30 показатель увеличился на 74 %, при соотношении 60:40 и 40:60 – на 65 % и 21 %. Увеличение напряжения при растяжении указывало на высокие прочностные свойства изделий, а относительное удлинение при разрыве – на способность пленок подвергаться биоразлагаемости в большей степени, чем изделия с нативным крахмалом.
Выводы. Модифицированный крахмал, неочищенный от редуцирующих веществ, целесообразно использовать для изготовления ТПК и пленочных изделий с ПЭНП, по сравнению с очищенным крахмалом, для улучшения их физико-механических показателей и сокращения срока биоразлагаемости. Перспективно исследование свойств пищевых изделий и пленочных упаковочных изделий при хранении различными способами для конкретизации срока биоразлагаемости.

Ключевые слова

Полисахариды, крахмал, гидролиз, полимерная пленка, биоразложение, гибридная композиция, физико- механические свойства

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильева, Н. Г. Биоразлагаемые полимеры / Н. Г. Васильева // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – Т. 16, № 22. – С. 156–157.
2. Razavi, S. M. A. Structural and physicochemical characteristics of a novel water-soluble gum from Lallemantia royleana seed / S. M. A. Razavi, S. W. Cui, Н. Ding // International Journal of Biological Macromolecules. – 2016. – Vol. 83. – P. 142–151. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.11.076.
3. Kwon, S. S. Physicochemical properties of pH-sensitive hydrogels based on hydroxyethyl cellulose-hyaluronic acid and for applications as transdermal delivery systems for skin lesions / S. S. Kwon, B. J. Kong, S. N. Park // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. – 2015. – Vol. 92. – P. 146–154. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2015.02.025.
4. Development of new active packaging film made from a soluble soybean polysaccharide incorporated Zataria multiflora Boiss and Mentha pulegium essential oils / D. Salarbashi, S. Tajik, S. Shojaee-Aliabadi [et al.] // Food Chemistry. – 2014. – Vol. 146. – P. 614–622. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2013.09.014.
5. Soluble soybean polysaccharide: A new carbohydrate to make a biodegradable film for sustainable green packaging / S. Tajik, Y. Maghsoudlou, F. Khodaiyan [et al.] // Carbohydrate Polymers. – 2013. – Vol. 97, № 2. – P. 817–824. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.05.037.
6. The study of rheological behavior and safety metrics of natural biopolymers / L. K. Asyakina, V. F. Dolganyuka, D. D. Belova [et al.] // Foods and Raw Materials. – 2015. – Vol. 4, № 1. – P. 70–78. DOI: https://doi.org/10.21179/2308-4057-2016-1-70-78.
7. Biodegradability and mechanical properties of starch films from Andean crops / F. G. Torres, O. P. Troncoso, C. Torres [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. – 2011. – Vol. 48, № 4. – P. 603–606. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2011.01.026.
8. Термопластичный крахмал в составе биоразлагаемой полимерной пленки / В. В. Колпакова, И. С. Усачев, А. С. Сарджвеладзе [и др.] // Кондитерское и хлебопекарное производство. – 2018. – Т. 174, № 1–2. – С. 21–25.
9. Application of thermoplastic starch and starch containing waste of food industry in biodegradable polymer compositions / D. Lukin, V. Kolpakova, V. Ananyev [et al.] // Рroceedings of the 12th international conference on polysaccharides-glycoscience. – Prague, 2016. – Р. 58–62.
10. Совершенствование технологии применения термопластичного крахмала для биоразлагаемой полимерной пленки / В. В. Колпакова, И. С. Усачев, А. С. Сарджвеладзе [и др.] // Пищевая промышленность. – 2017. – № 8. – С. 34–38.
11. Avérous, L. Biodegradable polymers / L. Avérous, E. Pollet // Environmental Silicate Nano-Biocomposites / L. Avérous, E. Pollet. – London : Springer, 2012. – P. 13–39. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4108-2_2.
12. Starch films reinforced with mineral clay / H. M. Wilhelm, M. R. Sierakowski, G. P. Souza [et al.] // Carbohydrate Polymers. – 2003. – Vol. 52, № 2. – P. 101–110. DOI: https://doi.org/10.1016/S0144-8617(02)00239-4.
13. Influence of fibers on the mechanical properties of cassava starch foams / L. G. Carr, D. F. Parra, P. Ponce [et al.] // Journal of Polymers and the Environment. – 2006. – Vol. 14, № 2. – P. 179–183. DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-006-0008-5.
14. Puccini, M. Polyethylene and hydrolyzed collagen blend films produced by blown extrusion / M. Puccini, M. Seggiani, S. Vitolo // Chemical Engineering Transactions. – 2015. – Vol. 43. – P. 1705–1710. DOI: https://doi.org/10.3303/CET1543285.
15. Bio-based polyethylene-lignin composites containing a pro-oxidant/pro-degradant additive: preparation and characterization / S. K. Samal, E. G. Fernandes, A. Corti [et al.] // Journal of Polymers and the Environment. – 2014. – Vol. 22, № 1. – P. 58–68. DOI: https://doi.org/10.1007/s10924-013-0620-0.
16. Preparation and characterization of TiO2/SPI composite film / S.-Y. Wang, B.-B. Zhu, D.-Z. Li [et al.] // Materials Letters. – 2012. – Vol. 83. – P. 42–45. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2012.05.104.
17. Dyshlyuk, L. S. Analysis of the structural and mechanical properties and micromorphological features of polymeric films based on hydrocolloids of vegetable origin used for the production of biodegradable polymers / L. S. Dyshlyuk // Foods and Raw Materials. – 2014. – Vol. 2, № 2. – P. 88–97. DOI: https://doi.org/10.12737/5465.
18. Отходы пищевой промышленности АПК – перспективное сырье для биоразлагаемых упаковочных композиций / В. В. Колпакова, Г. Н. Панкратов, А. А. Чевокин [и др.] // Пищевая промышленность. – 2008. – № 6. – С. 16–19.
19. Usage of thermoplastic starch and ultrasound in development of biodegradable polymer film / I. S. Usachev, A. A. Papahin, V. V. Kolpakova [et al.] // Proceedings of the 18th international multidisciplinary scientific geoconference SGEM. – Albena 2018. – Р. 1019–1025. DOI: https://doi.org/10.5593/sgem2018/5.2/S20.131.
20. Влияние модифицированных крахмалов на структуру аэрированных творожных муссов / К. А. Рязанцева, Е. Ю. Агаркова, А. Г. Кручинин [и др.] // Молочная промышленность. – 2017. – № 9. – С. 54–56.
21. Фруктовый полуфабрикат с модифицированным пористым крахмалом для производства кондитерских и хлебобулочных изделий / А. А. Папахин, В. В. Колпакова, З. М. Бородина [и др.] // Хлебопродукты. – 2020. – № 8. – С. 37–40.
22. Kolpakova, V. Thermoplastic composition with modified porous corn starch of biodegradability properties / V. Kolpakova, I. Usachev, A. Papakhin [et al.] // Proceedings of the GEOLINKS 2019 Multidisciplinary International Scientific Conference. – Athens 2019. – P. 33–41. DOI: https://doi.org/10.32008/geolinks2019/b2/v1/04.
23. Some physico-chemical and thermodynamic characteristics of maize starches hydrolyzed by glucoamylase / L. A. Wasserman, A. A. Papakhin, Z. M. Borodina [et al.] // Carbohydrate Polymers. – 2019. – Vol. 212. – P. 260–269. DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.096.
24. О ферментативной атакуемости различных видов крахмала / З. М. Бородина, Н. Д. Лукин, А. А. Папахин [и др.] // Пищевая промышленность. – 2019. – № 5. – С. 27–32. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10067.
25. Папахин, А. А. О свойствах ферментативно модифицированного пористого кукурузного крахмала / А. А. Папахин, З. М. Бородина // Пищевая промышленность. – 2019. – № 4. – С. 78–79. DOI: https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10039.