Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время взоры ученых, инженеров и промышленников во всем мире обращены на создание и применение в качестве упаковки, в том числе и для пищевых продуктов, биоразлагаемых пленочных материалов. Наблюдается два основных направления в создании биоразлагаемых пленочных материалов. По одной из технологий предусматривается применение в качестве компонентов синтетических полимеров и биополимеров, по другой технологии предусматривается изготовление упаковочных материалов на основе только биополимеров. Последнее направление является наиболее предпочтительным при получении пленочных материалов для упаковки пищевых продуктов.
Биополимеры изготовляются из растительного сырья, которое является возобновляемым. Их производство менее энергоемко по сравнению с синтетическими полимерами. Биополимеры биологически безопасны для человека. Упаковочные материалы на основе биополимеров уменьшают антропогенную нагрузку на окружающую среду, являются биодеградируемыми в естественных условиях и, что очень важно, возможна их вторичная переработка с незначительными энергетическими затратами. Особенно следует отметить перспективность применения для получения пленочных материалов крахмала, как доступного по стоимости и возобновляемого биополимера.
В технологии получения биоразлагаемых полимерных материалов используют горячее формование, экструзию, литьевое и выдувное формование. Однако биополимеры получают из сырья растительного происхождения в водной среде и для их применения в данных технологиях необходимо высушивать, что приводит к необратимому изменению их физических и химических свойств, что отрицательно сказывается на потребительских свойствах пленочных материалов. Кроме того, предварительное высушивание биополимеров вызывает удорожание пленочных материалов. При этом альтернативные технологии по производству пленочных материалов на основе крахмала и в частности их формование из водной среды, в настоящее время отсутствуют. В ранее проведенных работах рассмотрены свойства пленочных материалов на основе синтетических гидрофильных полимеров (Felix H. Otey, Arthur M. Mark, Charles L. Mehltretter, Charles R. Russell, 1974 г.).
В этой связи, изучение влияния вида биополимеров и способов их обработки на свойства пленочных материалов, сформованных из водной среды, является актуальным и своевременным.
Цель работы – разработка технологии биомодифицированного крахмала для производства пленочных материалов.
Для достижения данной цели поставлены следующие задачи:
- исследование влияния ферментативного способа обработки амилопектина на физико-механические свойства пленочных материалов;
- обоснование применения ферментативного способа обработки крахмала картофельного, кукурузного и горохового в технологии производства пленочных материалов;
- определение влияния теплового способа обработки крахмала на физико-механические свойства пленочных материалов;
- изучение взаимосвязи физико-механических свойств пленочных материалов со свойствами биополимеров растительного происхождения;
- апробация технологии производства биомодифицированного крахмала;
- оценка органолептических и микробиологических свойств свежих ягод, покрытых биополимерной пленкой.
Научная новизна. Впервые показано, что биомодифицированный пуллуланазой крахмал картофельный, кукурузный, гороховый и амилопектин кукурузный приводит к увеличению прочностных характеристик пленочных материалов.
Показана возможность формования из водной среды пленочных материалов на основе растительных биополимеров: биомодифицированного крахмала, амилопектина, белка, альгината натрия, целлюлозы.
Установлено, возможность повышения механической прочности пленочных материалов обработкой электродиализом крахмала картофельного при температуре 60 – 70 С.
Практическая значимость. Биомодификацию кукурузного, картофельного и горохового крахмала, амилопектина пуллуланазой, целесообразно использовать в технологии производства пленочных материалов, формуемых из водной среды. Ферментативная обработка позволяет использовать крахмал в составе пленочных материалов взамен дорогостоящих биополимеров, в частности крахмала, полученного химическим методом модификации.
Для получения пленочных материалов с высокими механическими и заданными деформационными свойствами рекомендуется применение биомодифицированного крахмала и волокон целлюлозы.
В условиях предприятия ОАО «Полиграфкартон» (г. Балахна) апробирована технология биомодификации крахмала картофельного при изготовлении пленочных материалов, армированных целлюлозой. Получены пленочные материалы с высокими прочностными и деформационными свойствами.
Биопленки из кукурузного, картофельного крахмала и амилопектина рекомендуется использовать для покрытия свежих ягод.
Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе подготовки бакалавров по специальности 240700 «Биотехнология».
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2, 7 паспорта специальности 03.01.03 – Биотехнология (в том числе бионанотехнологии).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2010), XIX международной конференции по крахмалу, Москва-Краков (Москва), Научная сессия КНИТУ (Аннотация сообщений) (Казань, 2012), VII Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 10 статей в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, экспериментальных результатов и их обсуждения, выводов и библиографического списка, содержащего 154 источников. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста и включает в себя 28 таблиц, 59 рисунков.
Похожие диссертации на Разработка технологии биомодифицированного крахмала для производства пленочных материалов
