Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические и практические предпосылки биоконверсии зерна овса и ячменя и применение биомодифицированньгх продуктов в пищевой промышленности 14
1.1 Биотехнологический и технологический потенциал овса и ячменя 14
1.1.1 Овес. Химический состав и морфологическое строение 16
1.1.2 Ячмень. Химический состав и морфологическое строение 22
1.2 Традиционные способы переработки овса и ячменя 28
1.3 Строение и свойства структурных полисахаридов злаковых культур 42
1.4 Ферменты как специфические биокатализаторы в технологии переработки зернового сырья 51
1.5 Применение продуктов зерноперерабатывающей промышленности в хлебопекарной и кондитерской отраслях 59
Заключение к обзору литературы 71
Глава 2 Постановка эксперимента, объекты и методы исследования 74
2.1 Объекты исследования 76
2.2 Методы исследования 77
Глава 3 Теоретическое и практическое обоснование применения целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов для совершенствования традиционньгх технологий переработки овса и ячменя 88
3.1 Обоснование использования овса и ячменя при создании биомодифицированных продуктов 89
3.2 Экспериментальное , обоснование выбора рациональных целлюлолитических ферментных препаратов и параметров ферментации на степень гидролиза овса и ячменя 95
3.3 Разработка рецептуры и технологии биомодифицированных продуктов овса и ячменя 123
3.4 Химический состав и показатели качества биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» 125
3.5 Экспериментальное обоснование сроков хранения биомодифицированных продуктов «Живица» и «Целебник» 130
3.6 Исследование влияния биомодификации на динамику технологического процесса производства биомодифицированных продуктов 136
3.7 Определение рациональных режимов ферментативного гидролиза зерна овса целлюлолитическим ферментным препаратом Целловиридин Г 20 X 139
3.8 Определение рациональных режимов ферментативного гидролиза зерна овса с применением амилолитических ферментных препаратов 145
3.9 Разработка рецептуры и технологии биомодифицированного сахарсодержащего гидролизата из овса 152
3.10 Химический состав и показатели качества сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» 158
3.11 Экспериментальное обоснование сроков хранения сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» 161
3.12 Расчет экономических параметров производства, биомодифицированных продуктов овса «Живица», «Сахарок» и ячменя «Целебник» 166
Глава 4 Научно-экспериментальное обоснование функционально-технологических свойств продуктов биомодификации овса «Живица», «Сахарок» и ячменя «Целебник» 183
4.1 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на желирующую способность пектина 183
4.2 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на пенообразующую способность и устойчивость меланжа и яичного белка 193
4.3 Влияние- биомодифицированных продуктов- овса «Живица» и ячменя «Целебник» на качественные показатели пшеничной муки 210"
4.4 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на технологические свойства масла какао 223
4.5 Влияние сахаросодержащего гидролизата овса «Сахарок» на физиологическое состояние хлебопекарных дрожжей и на процесс их активации 230
Глава 5 Разработка технологии и рецептуры пшеничного хлеба с использованием биомодифицированного сахаросодержащего гидролизата овса «Сахарок» 244
5.1. Теоретическое обоснование применения'биомодифицированного сахаросодержащего гидролизата- овса «Сахарок» в технологии пшеничного хлеба 244
5.2 Определение технологических параметров- производства пшеничного хлеба с биомодифицированным сахаросодержащим гидролизатом овса «Сахарок» 251
5.2.1 Влияние активированных дрожжей на интенсивность бродильных процессов в полуфабрикатах хлебопекарного производства 251
5.2.2 Влияние активированных дрожжей на показатели качества пшеничного хлеба 264
5.2.3 Исследование влияния нетрадиционного сырья- на динамику технологического процесса и выход пшеничного хлеба 270
5.2.4 Разработка рецептуры и технологии производства пшеничного хлеба с применением нетрадиционного сырья 275
5.2.5 Оценка пищевой ценности и качества хлеба пшеничного «Добрыня» 282
Глава 6 Разработка технологии и рецептур кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированного продукта овса «Живица» 290
6.1. Теоретическое обоснование применения биомодифицированного продукта овса «Живица» в кондитерских массах пралине 290
6.2 Определение технологических параметров производства кондитерских масс пралине с биомодифицированным продуктом овса «Живица» 294
6.2.1 Влияние биомодифицированного продукта овса «Живица» на структурно-механические свойства кондитерских массах пралине 294
6.2.2 Исследование влияния БМПО «Живица» на динамику технологического процесса конфет с пралиновыми корпусами 301
6.2.3 Разработка нового ассортимента и технологии производства конфет с пралиновыми корпусами 302
6.2.4 Оценка пищевой ценности и качества конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» 306
Глава 7 Разработка технологии и рецептур зефира с использованием биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» 311
7.1. Теоретическое обоснование применения биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» в технологии зефира 311
7.2 Определение технологических параметров производства зефира с биомодифицированным продуктом ячменя «Целебник» 317
7.2.1 Влияние биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» на структурно-механическиесвойства зефирной массы 318
7.2.2 Исследование влияния БМПЯ «Целебник» на физико-химические показатели качества готового зефира 324
7.2.3 Разработка рецептуры и технологии производства зефира с применением БМПЯ «Целебник» 330
7.2.4 Оценка влияния сроков хранения на показатели качества зефира «Новинка» 334
7.2.5 Оценка пищевой ценности и качества зефира «Новинка» 340
Выводы 343
Список литературы 347
Приложение
- Ячмень. Химический состав и морфологическое строение
- Разработка рецептуры и технологии биомодифицированного сахарсодержащего гидролизата из овса
- Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на технологические свойства масла какао
- Теоретическое обоснование применения биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» в технологии зефира
Введение к работе
Актуальность проблемы. Основами государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года (распоряжение Правительства РФ от 25 сентября 2010 № 1873-р) ставится задача модернизации и интенсификации перерабатывающей промышленности, ее ориентация на местные рынки сырья с целью обеспечения продовольственной безопасности страны за счет развития фундаментальных исследований в области современных биотехнологических и нанотехнологических способов получения новых источников пищи и оценки их качества и безопасности.
Существующие традиционные технологии переработки зерна в продукты питания предусматривают обязательные технологические операции шелушения и шлифования, в результате чего удаляются биологически ценные анатомические части зерна: зародыш, алейроновый слой и оболочки, являющиеся источником пищевых волокон, витаминов, минеральных, белковых веществ, жиров, что приводит не только к снижению пищевой ценности, но и выхода готового продукта, а сами операции отличаются большой энергоемкостью. Вопросам интенсификации процессов зернопереработки посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых: Атаназевича В.И, Гинзбурга М.Е., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Куприц Я.Н., Трисвятского Л.А., Шевцова А.А., Baecker,H., Lestienne, I., Sowitt, R и других.
Одним из перспективных направлений совершенствования процессов переработки зерна является биоконверсия с использованием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, применение которых позволяет существенно повысить эффективность переработки зерна за счет частичной модификации плодовых и семенных оболочек, приводящей к размягчению его периферийных частей. Данные технологические решения обеспечивают использование нешелушеного зерна, увеличение выхода, повышение пищевой ценности готовой продукции, снижение энергозатрат и придают новым видам пищевых продуктов функционально-технологические свойства.
Обоснованию целесообразности применения ферментативного гидролиза при переработке зерновых культур посвятили свои работы Акопян Ю.Р., Андреев А.Н., Будаева В.В., Воронина Т.Ю., Головин А.В., Гулюк Н.Г., Данилина М.М., Донченко Л.В., Жушман А.И., Ладур Т.А., Логинова М.В., Пащенко Л.П., Попадич И.А., Фурманова И.Б., Lenko M., Pandolfini T. и другие. Результаты этих работ показали, что ферментативный гидролиз позволяет значительно повысить эффективность переработки зерна. Использование новых видов биомодифицированного сырья способно обеспечить формирование необходимых технологических, потребительских свойств создаваемых пищевых продуктов, повышать их пищевую ценность и экономичность технологического процесса.
Анализ литературных и производственных данных показывает, что применение промышленного биокатализа способствует интенсификации технологических процессов производства пищевых продуктов и их ингредиентов. Данной проблематике посвящены работы Антиповой Л.В., Войно Л.И. Гернет М.В., Ивановой Л.А., Кислухиной О.В., Рогова И.А., Lenko M., Pandolfini T., но они носят обобщающий характер.
Однако в научно-технической литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к использованию биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз при переработке целого зерна овса и ячменя для получения биомодифицировнных продуктов с заданными функционально - технологическими свойствами и их использование в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.
Исследованиям в области интенсификации технологического процесса хлебопекарного и кондитерского производства посвящены работы Аксеновой Л.М., Богатыревой Т.Г., Гинзбурга А.Г., Дерканосовой Н.М., Зубченко А.В., Корячкиной С.Я., Кузнецовой Е.А., Кузнецовой Л.И., Магомедова Г.О., Матвеевой И.В., Нечаева А.П., Николаевой В.А., Пащенко Л.П., Пучковой Л.И., Рослякова Ю.Ф., Савенковой Т.В., Цыгановой Т.Б., Черных В.Я., Lees, R. и других.
Создание новых видов сырья для пищевой промышленности, обладающих необходимыми функционально-технологическими свойствами, структурные компоненты которого позволят интенсифицировать ход технологических процессов хлебопекарного и кондитерского производств, разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий переработки зерна овса и ячменя посредством биокатализа, обоснование целесообразности использования биомодифицированных продуктов при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий позволяющих, получить готовую продукцию высокого качества и пищевой ценности, и обеспечивающих высокую экономическую эффективность, являются актуальными задачами.
Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи - разработку теоретических основ и экспериментального обоснования создания ресурсосберегающих технологий производства продуктов питания на основе ферментно-гидролитической модификации зерна овса и ячменя с целью повышения экономической эффективности его переработки и создания продуктов, обладающих функционально-технологическими свойствами в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий.
Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках научно- технических программ Минобрнауки России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по темам: «Теоретическое обоснование и разработка технологии и оборудования для производства зернового хлеба общего и специального назначения повышенного качества и пищевой ценности» и «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания» (2000 - 2004 г. г.), а также
Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».
Работа выполнена на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» в период с 2000 по 2010 гг.
Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий
биомодифицированных продуктов на основе ферментативной гидролитической модификации овса и ячменя с заданными функционально-технологическими свойствами и экспериментальное обоснование их применения в производстве хлебобулочных и кондитерских изделиях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
теоретическое обоснование целесообразности использования целого зерна овса и ячменя для производства биомодифицированных продуктов;
анализ химического состава различных сортов овса и ячменя для оценки функционально-технологического потенциала;
обоснование технологических параметров биомодификации овса и ячменя с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз, разработка ресурсосберегающих технологий продуктов их переработки с повышенным выходом и заданными функционально-технологическими свойствами:
выработка опытных партий, определение сроков хранения, исследование физико-химических, органолептических показателей качества и химического состава, разработанных биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;
определение экономической эффективности технологических решений производства биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;
исследование функционально-технологических свойств биомодифицированных продуктов овса и ячменя, предназначенных для производства хлебобулочных и кондитерских изделий;
разработка технологии пшеничного хлеба с применением биомодифицированного продукта овса «Сахарок», исследование его качества и пищевой ценности;
разработка технологии кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированного продукта овса «Живица», исследование их качества и пищевой ценности;
разработка технологии зефира с применением биомодифицированного продукта ячменя «Целебник», исследование его качества и пищевой ценности;
опытно-промышленная апробация, разработка, утверждение технической документации и внедрение основных результатов исследований в зерноперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской промышленности.
Научная концепция работы. В основу теоретического обоснования технологии биомодифицированных продуктов переработки зерна овса и ячменя положена научная гипотеза направленного биокатализа с применением целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов с целью модификации структурных и запасных полисахаридов зерновки для получения продуктов гидролиза, придающих им заданные функционально-технологические свойства (студне- и пенообразования, эмульгирования, жиросвязывания, водопоглощения, сахаро-, газообразования и т.д.) и способствующих интенсификации технологических процессов при использовании биомодифицированных продуктов в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
научно-методологический подход к выбору ферментных препаратов и мониторингу эффективности их действия при биомодификации целого зерна овса и ячменя;
-
научно обоснованные ресурсосберегающие технологии биомодифицированных продуктов из овса и ячменя, обеспечивающие их экономическую эффективность и расширение области применения продуктов зернопереработки;
-
совокупность экспериментальных данных по характеристике функционально-технологических свойств и химического состава биомодифицированых продуктов овса и ячменя;
-
научное обоснование целесообразности применения биомодифицированных продуктов из овса и ячменя в хлебопекарной и кондитерской отраслях для интенсификации технологического процесса, создания нового ассортимента кондитерских и хлебобулочных изделий, показатели их качества и пищевой ценности.
Научная новизна работы. Научно обоснована перспективность биомодификации структурных и запасных полисахаридов зерна овса и ячменя с помощью целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов и получения новых продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами и обоснования выбора наиболее ценных сортов овса и ячменя, по содержанию природных гидроколлоидов, белков альбуминовой, глобулиновой фракций и крахмала.
Получены математические зависимости, характеризующие динамику ферментативного гидролиза структурных полисахаридов оболочек и запасных полисахаридов эндосперма зерна овса и ячменя, позволившие установить рациональные параметры процесса. Что позволило снизить прочность зерновки, энергозатраты на измельчение, увеличить выход готового продукта и при этом максимально сохранить природные гидроколлоиды: Р-глюкан и пектин; пищевые волокна: целлюлозу и гемицеллюлозу; белки альбуминовой и глобулиновой фракций, накопить легкоусвояемые сахара и аминный азот.
Установлено изменение морфологического строения зерна овса и ячменя в процессе ферментативного гидролиза под действием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов.
Определен химический состав разработанных продуктов биомодификации овса и ячменя, доказывающий их технологический потенциал.
Установлена кинетика и динамика технологических процессов производства биомодифицированных продуктов овса и ячменя.
Показано, что разработанные продукты биомодификации зерна овса и ячменя за счет содержания Р-глюкана, пектина, пищевых волокон, целлюлозы, гемицеллюлозы, легкоусвояемых сахаров, аминного азота, белков альбуминовой и глобулиновой фракций обладают жиросвязывающей способностью, улучшают хлебопекарные свойства пшеничной муки, бродильную активность хлебопекарных дрожжей, студнеобразующую способность пектиновых студней, пенообразующую способность яичного белка и меланжа, физические свойства масла какао.
Научно обоснованы технологии высококачественных хлебобулочных, пастильных и пралиновых кондитерских изделий с применением биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя.
Практическая значимость работы.
Экспериментально обоснован выбор овса сорта «Скакун» и «Юбиляр», ячменя сорта «Якобинец», ориентированными на получение биомодифицированных продуктов с заданными функционально- технологическими свойствами.
Экспериментально обосновано практическое применение ферментных препаратов на основе целлюлаз и амилаз в технологии переработки зерна овса и ячменя на стадии гидротермической обработки, позволяющее существенно повысить ее экономическую эффективность за счет снижения полной себестоимости товарной продукции.
Разработаны и предложены новые ресурсосберегающие технологические схемы переработки овса и ячменя на основе принципов биокатализа, обеспечивающие интенсификацию технологии переработки целого зерна, получение биомодифицированных продуктов овса и ячменя высокой пищевой ценности и обладающих заданными функционально-технологическими свойствами.
Установлены сроки и условия хранения биомодифицированных продуктов овса и ячменя.
Разработаны и утверждены пакеты нормативно-технической документации на производство биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя: гидролизата овса «Живица» (ТУ 9295-208-02069036-2006, ТИ 02069036-128, РЦ 02069036-238 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000223.08.07); гидролизата ячменя «Целебник» (ТУ 9295-211-02069036-2006, ТИ 02069036133, РЦ 02069*036-240, СЭЗ 57.01.01.000.Т.000226.08.07); гидролизата овса «Сахарок» (ТУ 9295-213-02069036-2006, ТИ 02069036-129, РЦ 02069036-239 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000224.08.07). Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных биомодифицированных продуктов на ОАО «Нива- Плодоовощ» и ОАО «Этанол» г. Ливны.
Использование гидролизата овса «Сахарок» при производстве пшеничного хлеба привело к увеличению выхода готового хлеба, повышению показателей его качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на хлеб пшеничный «Добрыня» с гидролизатом овса «Сахарок» ТУ 9114-22602069036-2008, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000079.02.08. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного хлеба пшеничного «Добрыня» на ООО «Нива-Хлеб», хлебокомбинат «Юность» г. Орел и ЗАО «Железногорский хлебозавод».
Показана целесообразность применения гидролизата ячменя «Целебник» при производстве зефира. Установлено, что использование гидролизата ячменя «Целебник» приводит к снижению рецептурного количества пектина и яичного белка, повышению показателей качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на зефир «Новинка» ТУ 9128-209-02069036-2006, ТИ 02069036132, РЦ 02069036-242, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000222.08.07. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного зефира «Новинка» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.
Установлена эффективность замены сахара песка гидролизатом овса «Живица» при производстве конфет с пралиновыми корпусами, что приводит к интенсификации производства, снижению энергетической и повышению пищевой ценности. Разработана ТД на конфеты с пралиновыми корпусами «Русское поле». Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.
Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» при изучении дисциплин: «Технология хранения зерна», «Биокаталитические процессы в пищевых технологиях», «Экологические основы производства и хранения зерна», «Технология круп», «Физиолого-биохимические основы хранения и переработки зерна», «Технология хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий».
Новизна научно-практических концепций ряда технических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретение.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: «Продукты питания, пищевые добавки, упаковка» (Москва - 1998, 1999), «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел - 1998, 1999, 2000, 2003, 2008), «Использование новых технологий и местных источников сырья для получения товаров народного потребления» (Белгород, 1999), «Пища. Экология. Человек». - (Москва: 1999, 2001), «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» (Москва: 2002, 2004) «Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию» (Краснодар - 2000), «Пищевые продукты двадцать первого века» (Москва - 2001), «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел - 2001, 2002, 2004, 2007, 2009), «Наука - образование - производство в решении экологических проблем» (Уфа - 2002), «Здоровье - питание - биологические ресурсы» (Киров - 2002), «Современные аспекты и проблемы региональной экономики» (Орел - 2005, 2006), «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул - 2006), «Инновационные технологии ресторанного бизнеса» (Новосибирск - 2007). «Техника и технология пищевых производств» (Могилев - 2007, 2008, 2009, 2010 Белорусь), «Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка» (Святогірськ - Донецьк - 2007, 2008, 2009 Украина), «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса - 2007, 2008, 2009 Украина), «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск - 2007), «Food science, engineering and technologies 2007» (Пловдив - 2007, Болгария), «Питание и здоровье населения РФ и стран СНГ» (Смоленск - 2008), «Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации» (Воронеж - 2008), «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Пятигорск - 2008), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово- 2008), «Инновационные и ресурсосберегающие технологии и оборудование в хлебопекарной, кондитерской, макаронной, пищеконцентратной и зерноперерабатывающей промышленности» (Киев - 2008, Украина), «Хлебопродукты-2008», «Хлебопродукты-2009» (Одесса - 2008, 2009), «George Baritiu» University of Brasov, Romania. Control, Development and Applied Informatics in Business and Economics» (Brasov, Romania - 2008), «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва - 2008), «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва - 2008), «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж - 2009), «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар - 2009), «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск - 2009), «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность», (Кубань - 2009)», «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития» (Екатеринбург - 2010), «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань - 2010), «Новое в технике и технологии пищевых производств» (Воронеж - 2010), а также Всероссийских Конгрессах зернопереработчиков и хлебопеков «Нивы России» (Барнаул - 2001, 2003). Всеросийских научно-практичеких конференциях: «Современные проблемы экологии» (Москва - Тула - 2006) и «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа - 2006). Разработанные изделия были представлены на XIII Международной специализированной торгово-промышленной выставке «Пекарня - Макароны - Интерсладости - 2008» (Москва, ВВЦ, 8-11 апреля 2008 г. г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 152 печатные работы, включая 4 монографии, 8 патентов РФ на изобретение, 19 статей в реферируемых ВАК журналах, 22 статьи в сборниках научных трудов. В список публикаций, приведенный в конце автореферата, тезисы докладов, опубликованные в сборниках трудов конференций и конгрессов, не включены.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, главы, посвященной материалам и методам исследования, семи глав, в которых приведены результаты и их обсуждение, выводов и списка использованной литературы (436 наименования). Объем диссертации составляет 390 страниц, в том числе 103 рисунка и 78 таблицы. В приложениях приведены акты производственных испытаний, техническая документация и другие материалы, подтверждающие практическое использование результатов исследований.
Личное участие автора. Личный вклад соискателя заключается в постановке задач, проведении экспериментов и теоретического анализа, в статистической обработке экспериментальных данных, интерпретации и публикации полученных результатов, формулировке новых закономерностей.
Диссертационная работа является обобщением научных исследований, выполненных лично автором, а так же в качестве научного руководителя кандидатской диссертации аспиранта Новиковой Т.Н., защищенной в 2009г.
Ячмень. Химический состав и морфологическое строение
Плод ячменя - зерновка, пленчатая (с пленками, приросшими к плодовой оболочке) или голая, удлиненной ромбической или эллиптической формы. Зерновка довольно крупная, длина достигает 10 мм и больше, ширина и толщина - 4 мм. Масса 1000 зерен изменяется от 20 до 65 г (наиболее часто 30-45 г). С брюшной стороны зерновки проходит бороздка, в нижней части которой находится так называемая основная щетинка зерна, являющаяся по характеру опушения одним из сортовых признаков зерна. Поверхность зерновки ребристая, цветковые пленки окрашены в соломенно-желтый, реже - в черный цвет. Цветковые пленки состоят из крупных толстостенных одревесневших клеток и составляют 8-17 % (чаще 9-12 %) массы зерна. Пленки срастаются с поверхностью зерна, и для их отделения требуются значительные усилия.
Пленчатость зависит от сорта, района и условий произрастания. Плодовые и семенные оболочки у пленчатого ячменя относительно тонкие и составляют около 6 % массы зерен. Они окрашены в светло-желтый или зеленоватый цвет. Как сырье для выработки муки и крупы лучшим считается зерно со светлыми оболочками.
По химическому составу зерновка ячменя относится к группе крахмалистого растительного сырья, так как в ней количественно преобладает крахмал, являющийся важнейшим энергетическим источником. Соотношение анатомических частей зерновки ячменя (в %) таково: цветковые пленки 8-15%, плодовые оболочки 3,5-4,0%, семенные 2,0-2,5%; алейронового слоя 4,0-5,5%, крахмалистой части 72-78%; зародыш со щитком 2,5-3,0% [16, 217].
При рассмотрении общего химического состава зерна следует учесть, что он колеблется в широких пределах в зависимости от внешних и внутренних факторов. Большое влияние на процесс накопления белка оказывают почвенно-климатические условия в широком смысле этого понятия, агротехника, количество осадков, выпадающих в период налива зерна. Наряду с факторами внешней среды немаловажное значение имеют и генетические особенности сорта [16, 330].
Козьмина Н.П. [159] указывает следующий химический состав ячменя с пленками (в %): белки 9,5%; углеводы (кроме клетчатки) 67%; клетчатка 4,0%; жиры 2,1%; зола 2,5%.
Другие авторы [16, 28, 67, 159] отмечают несколько иное соотношение химического состава ячменя (в %): белок 10,5-14,5%; крахмал 58-68%); клетчатка 4,5-7,2%; жиры 1,9-2,6%% зольность 2,7-3,1%.
В отличие от зерна пшеницы и ржи алейроновый слой у ячменя состоит из двух-четырех (чаще трех) рядов толстостенных клеток и составляет около 12-13% массы зерна. Эндосперм состоит из тонкостенных клеток и составляет 63-69% массы зерна. По консистенции он может быть мучнистым, полустекловидным и стекловидным. Стекловидность зерна ячменя не всегда связана с большим содержанием белка. У каждого сорта ячменя стекловидность зависит от условий произрастания и поэтому колеблется в значительных пределах.
Зерно пленчатого ячменя по химическому составу отличается от пшеницы более высоким содержанием клетчатки и минеральных веществ и меньшим содержанием крахмала и белков, так как пленки содержат большое количество клетчатки и зольных веществ. Зерно, освобожденное от цветковых пленок, близко по химическому составу к зерну пшеницы [74].
Белковые вещества ячменя состоят в основном из альбуминов, глобулинов, гордеина, глютенина и небольшого количества сложных белков. Гордеин и глютенин способны образовывать клейковину, но для ее формирования требуется большая выдержка теста при повышенной влажности и температуре. Выход клейковины колеблется в пределах 2-26% [187,217].
Из углеводов в зерне ячменя, как и других злаковых, преобладает крахмал (56-66 %). Ячменный крахмал представляет собой смесь крупных и очень мелких зерен. Они имеют форму круга или эллипса, размер крупных зерен колеблется от 25 до 30 микрон, мелких - от 2 до 6 микрон. Трещины и бороздки неразличимы даже в крупных зернах [67, 217].
В ячмене в значительном количестве содержатся пентозаны (9-12 %). Особенно много их в цветковых пленках. Из минеральных веществ ячменя большой процент приходится на долю кремния, которым богаты цветковые пленки [277].
Высоким содержанием белка характеризуется яровой ячмень южных районов. В западных и северных районах преобладают сорта с большим количеством крахмала и пониженным содержанием белков [310, 318, 391]. Химический состав зерна ячменя представлен в таблице 2.
Белковые вещества ячменя изучены значительно менее подробно, чем пшеницы и кукурузы. Количественное соотношение различных белковых фракций имеет значительные колебания. У ячменя преобладают запасные белки - проламины, обычно называемый гордеином, и глютелин - гордеин; количество их в сумме составляет около 75 % суммарного белка [67].
Другими авторами [67, 342, 432] указывается, что сумма спирторастворимых и щелочерастворимых белковых фракций находится в пределах 60%. Так как гордеин и горденин способны образовывать клейковину, представляет интерес аминокислотный состав гордеина [375].
Белок различных групп и сортов ячменя качественно неодинаков. Наибольшие колебания обнаружены в содержании основных аминокислот (лизина, аргинина), наименьшие - кислых (аспарагиновая и глютаминовая кислоты).
По сумме незаменимых аминокислот белок ячменя хотя и незначительно, незначительно отличается по биологической ценности, чем белок зерна пшеницы. В белке зерна пшеницы содержание незаменимых аминокислот составляет 28,2, а в белке ячменя - 30,56 г/100 г белка.
Наиболее отличается белок зерна ячменя по лизину (2,6 и 3,2 г/100 г белка) и валину(4,6 и 5,4 г/100 г белка) [187, 200, 211].
Высоколизиновые сорта зерна ячменя по содержанию лизина значительно (на 62 %) превосходит обычный сорт и приближается к эталону ФАО (соответственно): 5,5 и 5,0 г на 100 г белка. Белок голозерного ячменя имеет низкое качество, уступая пленчатому ячменю по содержанию большинства незаменимых аминокислот, особенно по лизину.
Из муки, полученной из зерна многих сортов ячменя, можно отмыть клейковину, применяя теплую воду.
По своему качеству клейковина зерна ячменя схожа . с слабой клейковиной зерна пшеницы. Растяжимость ее мала, цвет серый, гидратационная способность ниже, чем у клейковины зерна пшеницы, колеблется от 90 до 160 %. Под влиянием молочной кислоты набухаемость клейковины зерна ячменя практически не повышается. Поваренная соль, ускоряя формирование клейковины, снижает ее выход и качество. Протеолитические ферменты (папаин) несколько ослабляют клейковину [70].
По данным Скурихина И.М. в 100 г зерна ячменя содержится липидов 2,41 г, триацилглицеридов 1,04 г, фосфолипидов 0,48 г, Р- ситостерина 0,12 г, жирных кислот 1,74 г [315].
Разработка рецептуры и технологии биомодифицированного сахарсодержащего гидролизата из овса
На основании научно-обоснованных экспериментальных данных были определены оптимальные условия ферментативного гидролиза целого зерна овса, разработана технологическая схема и рассчитана рецептура на-сахаросодержащий гидролизат, в дальнейшем получивший торговое название «Сахарок». Рецептура представлена в таблице 27, технологическая схема производства на рисунке 33.
Технологический процесс производства сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» включает следующие операции:
- подготовка сырья к производству;
- замачивание зерна овса; -проведение ферментативного гидролиза препаратом Целловиридин Г 20 X;
- диспергирование;
- проведение ферментативного гидролиза препаратом Ban 480 L;
- инактивация препарата ферментного Ban 480 L;
- проведение ферментативного гидролиза препаратом San Extra L;
- сушка;
- просеивание;
- маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. 1 Подготовка сырья к производству
1.1 Зерно овса 3-го класса очищается от посторонних примесей, подвергается магнитной очистке, взвешивается и промывается в питьевой воде при температуре 18-20 С до тех пор, пока вода не станет прозрачной.
1.2 Кислота лимонная пищевая просеивается через сито с размером ячеек 1,5 мм. Растворяется в воде для получения 0,08 М (рН 3,0) раствора.
1.3 Цитрат натрия пищевой просеивается через сито с размером ячеек 1,5 мм. Растворяется в воде для получения 0,1 М раствора.
1.4 Буфер цитратный рН 4,5-5,0 и рН 5,0-6,0 готовят путем смешивания 0,1 М раствора лимонной кислоты и 0,1 М раствора цитрата натрия в соотношениях, указанных в рецептуре.
1.5 Препарат ферментный Целловиридин Г 20 X просеивается через сито с размером ячеек не более 2 мм, растворяется в буфере цитратном рН 4,5-5,0.
1.6 Препарат ферментный Ban 480 L процеживагтся через сито с размером ячеек не более 2 мм, растворяется в буфере нитратном рН 5,0-6,0.
1.7 Препарат ферментный San, Extra L процеживается через сито- с размером ячеек не более 2 мм.
2 Замачивание зерна овса
Подготовленное зерно овса замачивают в 0,08 М растворе лимонной кислоты (рН 3,0) при температуре 40 С, гидромодуле 1:3 в течение 60 минут. По истечении времени зерно промывают в питьевой воде при температуре 40 С в течение 10-15 минут.
3 Проведение ферментативного гидролиза препаратом Целловиридин Г20Х
Зерно овса заливают раствором препарата ферментного Целловиридин Г 20 X при соблюдении гидромодуля 1:3 (влажность суспензии 75 %), температуре 50 С и рН 4,5-5,0 и выдерживают в течение 60 мин до достижения влажности зерна 38-40 %. По окончании ферментативного гидролиза зерно промывают в питьевой воде в течение 10-15 минут.
4 Диспергирование
Зерновой гидролизат с влажностью 38-40% измельчается до размеров 280-420 мкм при поддержании температуры на уровне 40-45 С, которая позволяет максимально избежать физико-химических и биохимических процессов, приводящих к снижению пищевой ценности при измельчении.
5 Проведение ферментативного гидролиза-препаратом Ban 480 L.
Измельченный гидролизат заливают раствором препарата ферментного Ban 480 L при соблюдении гидромодуля 1:3 (влажность суспензии 75 %), рН 5,0-6,0. Суспензию нагревают при перемешивании до 85-90 С в течение 60 минут.
6 Инактивация препарата ферментного Ban 480 L.
По истечении времени фермент инактивируют нагреванием разжиженной массы до 110-115 С и выдерживают при этой температуре в течение 10 минут. Далее массу охлаждают до 55-60 С.
7 Проведение ферментативного гидролиза препаратом San Extra L.
8 разжиженную массу вносят рецептурное количество препарата ферментного San Extra L в виде водного раствора. Необходимое количество воды определяют из расчета поддержания влажности суспензии 75 %.
Суспензию выдерживают при температуре 55-60 С в течение 180 минут до достижения массовой доли восстанавливающих Сахаров не менее 38,0 % в пересчете на сухое вещество.
8 Сушка
Полученный гидролизат овса высушивают до достижения конечной влажности 13 %. Высушивание гидролизата овса осуществляют в вакуумных кондуктивных сушилках при температуре не выше 60 С и давлении не более 19,92 кПа.
9 Просеивание
Высушенный гидролизат овса просеивают через сито с размером ячеек 1,5 мм.
Выход гидролизата овса «Сахарок» не ниже 76 %.
Сахаросодержащий гидролизат «Сахарок» хранят не более 6 месяцев со дня выработки при температуре не выше 20 С и относительной влажности воздуха не более 70 %.
По органолептическим показателям сахаросодержащий гидролизат «Сахарок» должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 28.
Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на технологические свойства масла какао
Жиры как пищевой ингредиент имеют огромное значение для, специалистов, . разрабатывающих новые продукты, поскольку они обеспечивают продукту требуемые консистенцию, вкусовые качества и устойчивость [205].
Большое практическое значение при производстве кондитерских изделий имеют процессы структурирования жиров. Масло какао, его» заменители и кондитерский жир, применяемые в качестве основных структурообразователей, представляют собой многокомпонентную гетерогенную систему, температуры плавления и застывания которых не совпадают. Формирование кристаллической структуры этих жиров связано со сложным процессом образования, выделения твердой фазы и их полиморфными-; превращениями. Образование кристаллов происходит, при переходе- жира из термодинамически менее устойчивого состояния более устойчивое и стабильное кристаллическое [327, 331].
Масло какао — это сложная1 смесь, состоящая- из триглицеридов с различной длиной: углеродной цепи жирных кислот. Во время охлаждения этой смеси происходит ряд явлений: переохлаждение системы, и образование метастабильного состояния; зарождение центров кристаллизации и рост кристаллов; полиморфные превращения.
Характер ассоциаций молекул триглицеридов приводит к переохлаждению расплава. Существенное значение в характере и степени переохлаждения имеют состав жировой смеси и режим охлаждения. В свою очередь, степень переохлаждения оказывает влияние на структуру жира [314].
Кристаллизация может начаться лишь при наличии достаточного переохлаждения, не меньше порогового значения. Для образования мелких кристаллов требуется большая степень переохлаждения, чем для крупных [127].
В связи с выше сказанным считали целесообразным исследовать влияние БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» на процесс переохлаждение масла какао при температуре +6С.
Экспериментальные данные показали, что с увеличением дозировок БМПО «Живица» скорость охлаждения масла какао увеличивается в среднем на 5 %, в результате чего увеличивается скорость переохлаждения жира и, как следствие, зарождение центров кристаллизации.
В процессе переохлаждения жир находится в неустойчивом состоянии, после чего он переходит в более стабильное кристаллическое. Характеристика метастабильных систем переохлажденной жидкости или пересыщенного раствора основана на теории Гиббса и Фольмера. Изменение параметров этих систем, таких, как давление, температура и концентрация приводит к появлению кристаллических зародышей. Жировая основа, представляющая собой гетерогенную дисперсную систему, состоящую в основном из триглицеридов, в начале процесса охлаждения становится пересыщенным раствором по отношению к тугоплавким триглицеридам; ъ. затем и по отношению к легкоплавким [127, 196, 220].
Характер кристаллизации жира зависит от режима охлаждения. При быстром и глубоком охлаждении, когда скорость охлаждения жира превосходит скорость зарождения кристаллов и их рост, в зону кристаллизации помимо тугоплавких глицеридов вовлекаются значительное количество легкоплавкой фракции. Что позволяет не только ускорить процесс кристаллизации, но и получить кристаллы минимального размера [220].
Большое значение в процессе образования зародышей кристаллов жира придается коллоидным частицам (белкам и полисахаридам), способным адсорбировать молекулы растворенных веществ, т.е. обладающим жиросвязывающей способностью [122]. Нерастворимые примеси (белково и полисахаридной природы) оказывают на процесс роста кристаллов меньшее влияние, чем на процесс зарождения. Наличие мелкодисперсных частиц примеси в расплаве несколько повышает свободную энергию окружающих слоев в результате воздействия раздела поверхности твердое тело - расплав, это может в некоторой степени увеличить скорость роста кристаллов [73, 171, 236, 231].
На следующем этапе исследовали жиросвязывающую способность (ЖСС) БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник», а также различных продуктов переработки овса и ячменя. За контроль была выбрана соевая обезжиренная мука, как продукт растительного происхождения, обладающий наибольшей ЖСС [134, 364]. Результаты исследований представлены на рисунке 72.
Как видно из представленных данных, наибольшая ЖСС у соевой обезжиренной муки, что объясняется высоким содержанием в ней белков альбуминовой и глобулиновой фракций [71, 92]. В отличие от обезжиренной соевой муки в продуктах БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник», содержание белков альбуминовой и глобулиновой фракций ниже. Но в них содержатся пищевые волокна, которые, наряду с белками, также образуют комплекс с липидами, тем самым повышают жиросвязываюшую способность и, как следствие, скорость зарождения центровкристаллизации жира [81].
После зарождения центров кристаллизации в жировой основе происходит рост и формирование самого кристалла, форма и размер которого. зависят от режима охлаждения, характерных особенностей триглицеридов. При медленном охлаждении без перемешивания формируются крупные кристаллы, а быстрое охлаждение при перемешивании приводит к образованию множества мелких кристаллов, что увеличивает пластическую прочность жировой системы [100].
Кристаллическая структура жировой основы и ее твердость зависят от содержания тех или иных полиморфных форм триглицеридов и их соотношения, преобладание которых зависит от температуры и скорости охлаждения при кристаллизации и т. д.
В связи с выше сказанным представляет интерес исследование-влияния 5, 10 и 15 %-БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник», внесенных по сухому веществу на пластическую прочность масла какао. Пластическая прочность определялась в течение 10 минут через 2 минуты с момента охлаждения при температуре 6-8 С исследуемых образцов на приборе «Структурометр СТ-1» [225]. Полученные в результате эксперимента данные1 приведены на рисунках 73 и 74.
Экспериментальные данные влияния дозировки БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» и- времени выстойки на изменение- пластической прочности масла какао описывали- полиномиальными уравнениями- 2-ой степени.
Пластическая прочность z = 10,071ху + 5,745у2 - 107,489у - 198,92 + 42,553х - 1,348х2; х - время охлаждения, мин, у - дозировка БМПО «Живица»; (F=l,118, Fkp=2,075).
Пластическая прочность z = 2,756xy-6,579y2+ 110,523у-877,271 + 134,815х-3,604х2; x - время охлаждения, мин, у - дозировка БМПЯ «Целебник»; (F=l,138, Fkp=2,075).
Теоретическое обоснование применения биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» в технологии зефира
Зефирные массы, получающиеся путем интенсивного взбивания яичного белка с сахаром, носят выраженный характер пенообразной массы. Пены представляют собой дисперсные системы, состоящие из дисперсной фазы - газа и непрерывной дисперсионной среды-жидкости. Жидкие пленки, разделяющие пузырьки газа, образуют в совокупности пленочный каркас, являющийся основой пены [128, 286, 317].
Структура пены определяется соотношением объемов газовой и жидкой фаз; в зависимости от этого соотношения» ячейки могут иметь сферическую или многогранную форму. При превышении объема газовой фазы объема жидкости не более, чем в 10-20 раз, наблюдается сферическая форма ячеек. В таких пенах пленки пузырьков имеют относительно большую толщину. Ячейки пен, для которых соотношение объемов газовой и жидкой фазы составляет несколько десятков и даже сотен, разделены очень тонкими пленками; их ячейки представляют собой многогранники [269, 270]. Процесс пенообразования сложен, из-за совместного влияния многочисленных факторов: физико-химических, технологических и др. Закономерности, которыми характеризуется пенообразование, существенно зависит от условий проведения технологического процесса, множества переменных параметров [127, 265].
Выделяют основные свойства, которые всесторонне характеризуют пенную систему:
— пенообразующая способность раствора (вспенивание)- количество пены, выражаемое ее объемом или высотой столба, которое образуется из постоянно готового объема раствора при соблюдении определенных условий в течение данного времени;
— кратность пены — отношение объема пены к объему раствора, пошедшего на ее образование;
— стабильность пены (устойчивость) — способность пены, сохранять общий объем, дисперсный состав и препятствовать истечению жидкости (синерезису);
— дисперсность пены, которая может быть задана средним размером пузырька, распределением пузырьков по размерам, поверхностью раздела раствор - газ в единице объема пены [22, 33, 125].
«Чистые» жидкости не способны образовывать пены достаточно высокой стабильности. Однокомпонентная система с достаточно большой поверхностью быстро разрушается, независимо от значения, поверхностного натяжения. В таких системах не проявляются факторы стабилизации, характерные для пен, а процессы1, их разрушения протекают самопроизвольно, с очень высокой скоростью: Разрушение пены объясняется наличием избытка поверхностной энергии и происходит в результате истечения, межпленочной жидкости (синерезиса), диффузии газов между пузырьками, разрыва индивидуальных пленок, пены. В течение некоторого времени после образования, пена находится в гидростатическом равновесии. Эта стадия характеризуется перераспределением жидкости между отдельными элементами пены, после чего гидростатическая устойчивость нарушается, наступает истечение жидкости, что приводит к уменьшению поперечного сечения каналов, следствием чего является возникновение градиента капиллярного давления. Под действием разности давления в пленках пены происходят капиллярные явления: всасывание межпленочной жидкости, диффузия газов между пузырьками. Процесс всасывания представляет собой течение жидкости по каналам в сторону утолщенных участков, которые находятся под меньшим давлением. При этом происходит слияние мелких пузырьков в более крупные, образуется нестабильная система: происходит разрушение пены, характеризующееся уменьшением поверхности раздела фаз [153, 177, 269, 270].
Для придания устойчивости пене, необходимо присутствие в жидкости пенообразователя, к которым! относятся- поверхностно-активные вещества. Молекулы поверхностно - активных веществ состоят из гидрофобной, части и гидрофильной, способной гидратироваться. Вследствие такого строения молекулы, поверхностно-активные вещества при растворении или диспергировании в жидкости сорбируются на поверхности раздела фаз и образуют своеобразный поверхностный слой, в котором они располагаются определенным образом: гидрофильная часть молекул находится в водной фазе, а гидрофобная направлена в сторону газовой среды. Скорость формирования этого слоя определяется скоростью диффузии молекул поверхностно-активных веществ из глубины раствора- к поверхности включения [60, 94, 332].
Наиболее ярко выраженным свойством ПАВ обладают белковые вещества альбуминовой и глобулиновой фракций. Вследствие полиамфотерного характера белков существует область рН, в которой макромолекулы белка и кислого полисахарида обладают противоположными по знаку зарядами. В этой области может иметь место электростатическое взаимодействие между макрокатионом белка и макроанионом кислого полисахарида. Процесс завершается образованием- электронейтрального комплекса, в котором все противоположно заряженные группы белка и кислого полисахарида связаны в ионные пары.
Взаимодействие между противоположно заряженными полиэлектролитами во многом определяется конформационными особенностями полиэлектролитов и сопровождается значительными конформационными эффектами.
Большинство полисахаридов является поликислотами. Они, как правило, ионизированы во всем интервале рН (2-13). Это определяет особенности взаимодействия белков и полисахаридов. Очевидно, что в области рН ниже изоэлектрической точки белка белки и кислые полисахариды обладают разными зарядами. Этим обусловлено их электростатическое взаимодействие, которое приводит к образованию растворимых и нерастворимых комплексов.
На скорость и полноту белково-полисахаридных взаимодействий оказывают влияние рН среды, температура, ионная сила, концентрация и природа полиэлектролитов.
Устойчивость электростатического комплекса между белком и кислым полисахаридом является следствием их полимерной природы и объясняется множественностью контактов между макромолекулами, обусловленных большим числом противоположно заряженных ионогенных групп, входящих в их структуру.
В основном полисахариды зерновых культур представлены целлюлозой, гемицеллюлозой, пектинами и (3-глюканом. Их электролитические свойства обусловлены карбоксильными боковыми группами макромолекул. При взаимодействии пектиновых веществ в водной среде с аминокислотами белков образуются водорастворимые соли с хорошо выраженными поверхностно-активными свойствами. В связи с этим предполагается, что белково-полисахаридное взаимодействие аналогично влиянию поверхностно- активных веществ и основано на том же механизме.
С увеличением концентрации поверхностно-активных веществ пенообразующая способность растворов увеличивается до максимального значения, затем остается постоянной или снижается. Увеличение пенообразующей способности связывают с мицеллообразованием. При достижении критической концентрации мицеллообразования (ККМ), наблюдается максимальный объем пены, происходит завершение формирования адсорбционного слоя с максимальной механической прочностью. При дальнейшем увеличении концентрации поверхностно-активных веществ (выше ККМ) скорость диффузии молекул в поверхностный слой уменьшается, чем объясняется, по-видимому, некоторое снижение пенообразующей способности [22, 167, 268].
Стабильность пен зависит не только от концентрации поверхностно-активных веществ, но и от вида пенообразователя, его химического состава, в первую очередь, от углеводородного радикала [65, 254, 258].
Стабилизирующее действие на пенообразование оказывает возникновение адсорбционных слоев, обладающих желеобразным строением, что также зависит от вида поверхностно- активных веществ. Такие адсорбционные слои замедляют стекание жидкости в пленке, уменьшают скорость их утоныдения и предохраняют пузырьки от коалесценции. Кроме того, эти слои, придавая пленке высокую структурную вязкость, повышают механическую прочность, создают как бы упругий каркас, сообщая пене определенные физико-химические свойства твердого тела [125, 258, 269].
По характеру структуры зефирные массы относятся к неньютоновским жидкостям, т.е. к системам, вязкость которых при заданных параметрах зависит от напряжения сдвига или градиента скорости и описывается нелинейными кривыми течения (уравнением Гершеля-Балкли).
