Спосіб визначення оптимальної концентрації крохмалю в клейстері

Спосіб визначення оптимальної концентрації крохмалю у розчині, який включає приготування водних розчинів крохмалю різних концентрацій, заварювання крохмальних клейстерів, вимірювання фізичних характеристик отриманих суспензій, побудову кривих за результатами вимірювання, який відрізняється тим, що в кожному з отриманих клейстерів визначають концентрацію крохмалю за допомогою методу вільних крутильних коливань маятника та діелектричного методу, а потім за отриманими даними механічних та діелектричних кривих визначають оптимальну концентрацію крохмалю у розчині. Корисна модель відноситься до харчової промисловості і може бути використана в харчоконцентратному та кондитерському виробництві, Відомий спосіб визначення вмісту крохмалю [Лурье И. С. Руководительство по технохимическому контролю. - М.: Пищевая промышленность.- 1978, -с. 133-135]. Недоліком даного способу є отримання дещо завищених результатів, а також визначення оптимальної концентрації крохмалю можливе лише після проведення великої кількості повторюваних експериментів. Найбільш близьким до заявленого способу є визначення поглинання розчинів високих концентрацій диференціальним спектрофотометричним методом [Практическое руководство по физикохимическим методам анализа: (Учеб. пособие для хим. спец. Вузов / Ю.А. Барабалат и др.). Под ред. И.П. Алимарина, В.М. Иванова. - М.: Издательство МГУ.-1987.-с.68-71]. Недоліком даного способу є довготривалість визначення концентрацій, трудомісткість, а також можливість визначення відносно великих кількостей речовини обмежена вузьким інтервалом значень оптичних площин, виміряних з достатньою точністю. В основу корисної моделі поставлено задачу створення нового методу визначення оптимальної концентрації крохмалю в клейстері, вивчення молекулярного механізму набухання, представлення фізичних характеристик даного процесу. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення оптимальної концентрації крохмалю в розчині, який включає приготування водних розчинів крохмалю різних концентрацій, заварювання крохмальних клейстерів, вимірювання фізичних характеристик отриманих суспензій, побудову кінетичних кривих за результатами вимірювання, згідно винаходу, проводили дослідження двома методами: методом вільних крутильних коливань маятника та діелектричним методом, а за даними механічних та діелектричних кривих визначали оптимальну концентрацію крохмалю у розчині. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованим методом та очікуваними результатами полягає у наступному. Досліджували два види крохмалю; картопляний і кукурудзяний, які були модифіковані різними способами і отримані відповідно ацетильований дикрохмал адипат восковидної кукурудзи та кислотно-модафікований картопляний крохмаль ОПВ-1. Для дослідження крохмальних клейстерів не всі методи є ефективними та чутливими; для одних це непрозора система, інші зондують лише поверхню, а ще інші діють лише на окремі підсистеми. Тому для досягнення мети ми обрали механічне поле, яке буде діяти на всі підсистеми крохмалю та розчинника і дозволить нам зафіксувати інтегральну характеристику затухаючих коливань, і на концентраційних залежностях визначити оптимальну концентрацію. СО (О CD О) 6673 Метод вільних крутильних коливань маятника базується на визначенні параметрів затухаючих коливань, які здійснює маятник під дією сили пружності і сили тертя, які виникають між маятниковою рухомою системою, що занурена в пробірку з розчином крохмалю, і самим крохмальним клейстером Функціональна схема крутильного маятника зображена на Фіг 1 Дослідження процесів набухання картопляного крохмалю зображені на Фіг 2, З Виходячи з сучасних уявлень про процес набухання крохмалю у воді, концентраційну криву можна поділити натри зони (Фіг 1, 2) У І області зерна крохмалю стають кулеподібними мішечками Вони знаходяться далеко одне від одного і практично не взаємодіють між собою, оскільки розділені шаром води У III зоні зерна крохмалю не набухають повністю за відсутності достатньої КІЛЬКОСТІ розчинника Вони щільно дотикаються одне до одного, хоча не виключено, що поверхні їх розмежовані і дуже неоднорідні Дана система стає дуже в'язкою, і коливання маятника стають аперіодичними, що і відповідатиме кінцевій максимальній концентрації крохмалю На нашу думку оптимальну концентрацію слід визначати в II області В даній області зерна крохмалю повністю набухлі, і тільки тангенціальне доторкаються одне до одного Цей стан і буде характеризувати область оптимальної концентрації За допомогою діелектричного методу ми визначали діелектричні властивості середовища, в нашому випадку крохмального клейстеру Відомо, ЩО ЄМНІСТЬ конденсатора залежить від діелектричних властивостей середовища, що заповнює простір між обкладинками конденсатора Таким середовищем є набухлий крохмаль Якщо змінювати концентрацію крохмалю, то буде змінюватися його діелектрична проникність є, а також буде змінюватися і ємність с, яка пропорційна до є г* % \J IHWfc^nC*"**^ 1 За результатами проведеного експерименту буди отримані концентраційні криві, які носять яскраво виражений екстремальний характер Якщо співставити діелектричні і механічні криві ВІДПОВІДНИХ крохмалів, то результати визначення діелектричної проникності практично співпадають з даними по визначенню оптимальної концентрації Якщо механічне поле зондує всі підсистеми складної набухлої макромолекули бюполімеру, яким є крохмаль, то електричне поле зондує диполі і їх перебудову Тому нелінійні криві і максимуми на них свідчать про дипольні зміни в процесі набухання Максимально поляризованих молекул в клейстері стає найбільше при концентрації крохмалю, що відповідає оптимуму Дана концентрація крохмалю відноситься до II області В третій області спостерігається часткове зниження концентрації с, що свідчить про втрату частини дипольних моментів в результаті їх компенсації Максимуми на механічних та діелектричних кривих (Фіг 2, 3) дають можливість визначити оптимальну концентрацію крохмалю у клейстері, яка для наших крохмалів ВІДПОВІДНО становить ацетильований дикрохмал адипат восковидної кукурудзи 4,0% кислотно-модифікований картопляний крохмаль ОПВ-1 8,0% Діапазон значень оптимальних концентрацій, при яких утворюються перкуляційні містки між набухлими зернами (перкуляційні містки - точки, в яких відбувається дотикання однієї крохмальної молекули до іншої), є тими межами, за якими різко змінюються механічні властивості та в'язкість, визначення якої є особливо цінним в технології виготовлення харчоконцентратних продуктів Даний метод може бути використаний для визначення оптимальної концентрації крохмалю у клейстері, вивчення механізму набухання на молекулярному рівні, а також для представлення моделі даного процесу ІьІ S 1 2, 3. 4, 5 низької частот. ФІГ.1 •а. 6673 здипзіу восхшидші ядордазд 2 - залежйсть дофоленг/ звпукант »щ канц£нграцІ іфішшпьнош итейсщг/. Фіг. 2 *, X IS І 1 - залежність ємносте конденсатора с ВІД го«це«траай 2 - ввяежтсть декременти Э«Т^Й«НЯ &щ концентрвції к Фіг. З Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601 УКРАЇНА UA (11)6673 (із) U (51)7 С08В30/08, A23L1/40 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНОЇ КОНЦЕНТРАЦІЇ КРОХМАЛЮ В КЛЕЙСТЕРІ 1 (21)20041008759 (22)26.10.2004 (24)16.05.2005 (46) 16.05.2005, Бюл. № 5, 2005 р. (72) Ковбаса Володимир Миколайович, Назаренко Михайло Васильович, Мельник Оксана Юріївна (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ (57) Спосіб визначення оптимальної концентрації крохмалю у розчині, який включає приготування водних розчинів крохмалю різних концентрацій, Корисна модель відноситься до харчової промисловості і може бути використана в харчоконцентратному та кондитерському виробництві, Відомий спосіб визначення вмісту крохмалю [Лурье И. С. Руководительство по технохимическому контролю. - М.: Пищевая промышленность.- 1978, -с. 133-135]. Недоліком даного способу є отримання дещо завищених результатів, а також визначення оптимальної концентрації крохмалю можливе лише після проведення великої кількості повторюваних експериментів. Найбільш близьким до заявленого способу є визначення поглинання розчинів високих концентрацій диференціальним спектрофотометричним методом [Практическое руководство по физикохимическим методам анализа: (Учеб. пособие для хим. спец. Вузов / Ю.А. Барабалат и др.). Под ред. И.П. Алимарина, В.М. Иванова. - М.: Издательство МГУ.-1987.-с.68-71]. Недоліком даного способу є довготривалість визначення концентрацій, трудомісткість, а також можливість визначення відносно великих кількостей речовини обмежена вузьким інтервалом значень оптичних площин, виміряних з достатньою точністю. В основу корисної моделі поставлено задачу створення нового методу визначення оптимальної концентрації крохмалю в клейстері, вивчення молекулярного механізму набухання, представлення фізичних характеристик даного процесу. заварювання крохмальних клейстерів, вимірювання фізичних характеристик отриманих суспензій, побудову кривих за результатами вимірювання, який відрізняється тим, що в кожному з отриманих клейстерів визначають концентрацію крохмалю за допомогою методу вільних крутильних коливань маятника та діелектричного методу, а потім за отриманими даними механічних та діелектричних кривих визначають оптимальну концентрацію крохмалю у розчині. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення оптимальної концентрації крохмалю в розчині, який включає приготування водних розчинів крохмалю різних концентрацій, заварювання крохмальних клейстерів, вимірювання фізичних характеристик отриманих суспензій, побудову кінетичних кривих за результатами вимірювання, згідно винаходу, проводили дослідження двома методами: методом вільних крутильних коливань маятника та діелектричним методом, а за даними механічних та діелектричних кривих визначали оптимальну концентрацію крохмалю у розчині. Причинно-наслідковий зв'язок між запропонованим методом та очікуваними результатами полягає у наступному. Досліджували два види крохмалю; картопляний і кукурудзяний, які були модифіковані різними способами і отримані відповідно ацетильований дикрохмал адипат восковидної кукурудзи та кислотно-модафікований картопляний крохмаль ОПВ-1. Для дослідження крохмальних клейстерів не всі методи є ефективними та чутливими; для одних це непрозора система, інші зондують лише поверхню, а ще інші діють лише на окремі підсистеми. Тому для досягнення мети ми обрали механічне поле, яке буде діяти на всі підсистеми крохмалю та розчинника і дозволить нам зафіксувати інтегральну характеристику затухаючих коливань, і на концентраційних залежностях визначити оптимальну концентрацію. СО CD CO < 6Г 6673 Метод вільних крутильних коливань маятника базується на визначенні параметрів затухаючих коливань, які здійснює маятник під дією сили пружності і сили тертя, які виникають між маятниковою рухомою системою, що занурена в пробірку з розчином крохмалю, і самим крохмальним клейстером Функціональна схема крутильного маятника зображена на Фіг 1 Дослідження процесів набухання картопляного крохмалю зображені на Фіг 2, З Виходячи з сучасних уявлень про процес набухання крохмалю у воді, концентраційну криву можна поділити натри зони (Фіг 1, 2) У І області зерна крохмалю стають кулеподібними мішечками Вони знаходяться далеко одне від одного і практично не взаємодіють між собою, оскільки розділені шаром води У III зоні зерна крохмалю не набухають повністю за відсутності достатньої КІЛЬКОСТІ розчинника Вони щільно дотикаються одне до одного, хоча не виключено що поверхні їх розмежовані і дуже неоднорідні Дана система стає дуже в'язкою, і коливання маятника стають аперіодичними, що і відповідатиме кінцевій максимальній концентрації крохмалю На нашу думку оптимальну концентрацію слід визначати в II області В даній області зерна крохмалю повністю набухлі, і тільки тангенціальне доторкаються одне до одного Цей стан і буде характеризувати область оптимальної концентрації За допомогою діелектричного методу ми визначали діелектричні властивості середовища, в нашому випадку крохмального клейстеру Відомо, ЩО ЄМНІСТЬ конденсатора залежить від діелектричних властивостей середовища, що заповнює простір між обкладинками конденсатора Таким середовищем є набухлий крохмаль Якщо змінювати концентрацію крохмалю, то буде змінюватися його діелектрична проникність є, а також буде змінюватися і ємність с, яка пропорційна до є За результатами проведеного експерименту буди отримані концентраційні криві, які носять яскраво виражений екстремальний характер Якщо співставити діелектричні і механічні криві ВІДПОВІДНИХ крохмалів, то результати визначення діелектричної проникності практично співпадають з даними по визначенню оптимальної концентрації Якщо механічне поле зондує всі підсистеми складної набухлої макромолекули бюполімеру, яким є крохмаль, то електричне поле зондує диполі і їх перебудову Тому нелінійні криві і максимуми на них свідчать про дипольні зміни в процесі набухання Максимально поляризованих молекул в клейстері стає найбільше при концентрації крохмалю, що відповідає оптимуму Дана концентрація крохмалю відноситься до II області В третій області спостерігається часткове зниження концентрації с, що свідчить про втрату частини дипольних моментів в результаті їх компенсації Максимуми на механічних та діелектричних кривих (Фіг 2, 3) дають можливість визначити оптимальну концентрацію крохмалю у клейстері, яка для наших крохмалів ВІДПОВІДНО становить ацетильований дикрохмал адипат восковидної кукурудзи 4,0% кислотно-модифікований картопляний крохмаль ОПВ-1 8,0% Діапазон значень оптимальних концентрацій, при яких утворюються перкуляційні містки між набухлими зернами (перкуляційні містки - точки в яких відбувається дотикання однієї крохмальної молекули до іншої), є тими межами, за якими різко змінюються механічні властивості та в'язкість, визначення якої є особливо цінним в технології виготовлення харчоконцентратних продуктів Даний метод може бути використаний для визначення оптимальної концентрації крохмалю у клейстері, вивчення механізму набухання на молекулярному рівні, а також для представлення моделі даного процесу 4, Сшлоіздседь ідау JCCT-4, 2 3. 5 Генератор низької частот. ФІГ.1 6673 SJ2 OJK. од» OP* еда Концвнтрація.% 2 - задтеиаісгь дгэфемекг? эаг^хэмт ад *онц£нграц6 «рсв№»пьнош хпейстг^. Фіг. 2 f * М х t - З8лежи!стьемноет} коиденсатера с вщ концентрами клейстеру *ис-й07не -**одмфіков»нога картопля й о т ирсэшзя», 2 - Э8л«жн5сть декремента зйтудання ьщ концентрації к Фіг. З Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601 4,