Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ НА РАСТВОРИМОСТЬ КАЛЬЦИЯ ЯИЧНОЙ СКОРЛУПЫ

Грошева Л.В. 1 Родионова Н.С. 1 Кустов В.Ю. 1
1 Воронежский государственный университет инженерных технологий
Настоящая статья посвящена исследованию влияния механоактивации на растворимость кальция яичной скорлупы в молочной кислоте. В статье приведены результаты влияния обработки яичной скорлупы дезинтеграционно-волновым методом при слабо модулирующем воздействии СВЧ-КВЧ излучения на ее физические и химические свойства. Установлена зависимость изменения спектральных характеристик от кратности дезинтеграционно-волнового воздействия. Выявлен эффект механоактивации яичной скорлупы, выражающийся в повышении растворимости кальция в растворах молочной кислоты при различных значениях рН и температуры. Установлено наличие не менее двух форм растворимого кальция в растворах механоактивированной скорлупы. Доказано, что максимальный механоактивирующий эффект достигается при 2–3-кратном дезинтеграционно-волновом воздействии. Полученные авторами научные сведения могут быть применены при разработке технологий продуктов функционального назначения, обогащённых лактатом кальция.
яичная скорлупа
кальций
растворимость
центрифугирование
механоактивация
дезинтеграционно-волновой метод
молочная кислота
1. Болдырев В.В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. – 2006. – № 75 (3). – С. 203–216.
2. Инихов Г.С., Брио Н.П. Методы анализа молока и молочных продуктов // Пищевая промышленность. – М., 1971. – 230 с.
3. Пат. 2097990, Российская Федерация, МПК А23С. Диетическая биодобавка для молочных и мясных продуктов целевого назначения / Титов Е.И., Алексахина В.А., Нефедова Н.В., Черкасова Л.Г, Цветкова Н.Н, Семенихина В.Ф., Глазкова И.В.; заявитель и патентообладатель Московская государственная академия прикладной биотехнологии; заявл. 13.12.1995; опубл. 10.12.1997 – 3 с.
4. Пат. 2163814 Российская Федерация, МПК A61K 35/00. БАД для косметических, гигиенических и фармакологических средств и способ её получения / Груздева А.Е, Потемкин Е.В., Гришатова Н.В., Кульчицкая М.А.; заявитель и патентообладатель закрытое акционерное общество «Биофит» ЛТД; заявл. 05.06.1998, опубл. 10.03.2001, 3 с.
5. Пат. № 2311803 Российская Федерация, МПК A23L1/30. Способ получения минерального комплекса / Забозлаев А.А., Оганесян Э.Т., Погорелов В.И., Магонов М.М., Верещагина В.В.; заявитель и патентообладатель Пятигорская государственная фармацевтическая академия; заявл. 26.02.2006, опубл. 10.12.2007, 3 с.
6. Углов В.А, Мотовилов О.К., Бородай Е.В. Проблемы переработки яичной скорлупы // Продукты, технологии и здоровье. – 2013. – С. 156–158.
7. Чертов Е.Д., Кустов И.В., Кустов В.Ю., Пономарева Е.И. Информационное структурирование паракристаллических объектов при слабом электромагнитном СВЧ-КВЧ и электронном воздействии // Вестник ВГУИТ. – 2013. – № 2. – С. 95–99.

Яичная скорлупа является ценным источником кальция в легко усваиваемой форме и представляет собой натуральный побочный продукт, технологическое использование которого актуально не только с технической, но и с экологической позиции. В минеральном составе яичной скорлупы на долю углекислого кальция приходится около 97,6 %. Мука из яичной скорлупы содержит до 35 % кальция и 1 % фосфора [3]. В связи с этим в настоящее время применение скорлупы куриных яиц в качестве естественного природного источника кальция широко практикуется в различных отраслях пищевой, кормовой и фармацевтической промышленности. Актуальность введения минеральных комплексов на основе яичной скорлупы в качестве ингредиентов для пищевых систем обусловлена ее высокой терапевтической активностью. Она эффективна при лечении атеросклероза, сахарного диабета, болезней желудка, печени и поджелудочной железы, а также является общеукрепляющим средством [4]. Известны способы использования скорлупы в качестве диетической добавки с лечебно-профилактическими свойствами с добавлением меда, сока травы эхинацеи, в сочетании с криопорошками овощного, ягодного или фруктового сырья [5]. Интересным представляется направление повышения биологической ценности и усвояемости молочных и мясных продуктов путем внесения в них минеральных веществ, содержащихся в яичной скорлупе (Ca, Mg, S, Fe и др. – всего 27 микроэлементов) и молочнокислых бактерий, традиционно применяемых в производстве этой популярной и востребованной категории продуктов [6]. Препараты из минеральных веществ на основе яичной скорлупы по многочисленным данным стимулируют кроветворную функцию, оказывают антиаллергенное, антиоксидантное и радиопротекторное действие, используются в качестве источника ультранизкомолекулярных аминогликанов [1].

В настоящее время в научной литературе имеется значительный банк данных применения дезинтеграционно-волнового воздействия на пищевые объекты с целью повышения их функциональности [7]. Процессы, включающие химические превращения веществ под механическим воздействием, широко исследуются в последние десятилетия. Использование механической обработки в пищевой промышленности и сельском хозяйстве основывается на физико-химических эффектах, изучаемых в рамках прикладной механохимии: активации твердых веществ вследствие разупорядочения и образования дефектов; ускорения диффузионно-затрудненных стадий процессов в твердой фазе; осуществления твердофазных химических реакций непосредственно в ходе обработки. Известен эффект повышения реакционной способности микрокомпозитных продуктов, образующихся в процессе механических воздействий. В этой связи научный и практический интерес представляет исследование влияния дезинтеграционно-волнового воздействия на получение растворимых форм кальция биоорганического происхождения, перспективных к применению в пищевых технологиях.

Известно, что необходимым условием для переноса кальция через кишечную стенку является его растворенное состояние. Получение растворов кальция биоорганического происхождения с использованием в качестве растворителя молочной кислоты позволит обеспечить максимальное его усвоение, что может способствовать профилактике нарушений кальциевого обмена и поддержанию в норме многих физиологических процессов.

Материалы и методы исследования

Процесс производства пищевой добавки биоорганического кальция в механоактивированной форме включает: мойку, обеззараживание, высушивание скорлупы, измельчение с помощью дезинтеграционно-волнового воздействия.

Мойку скорлупы, полученной от сырых или вареных куриных яиц, предварительно обработанных в соответствии с СанПиН 2.3.6.1079-01, производили в 1–2 % растворе кальцинированной соды с последующим ополаскиванием в холодной воде. Одновременно удаляли и остатки жидкого зародыша. Затем скорлупу обрабатывали паром при температуре 90 °С в течение 30 минут, производили высушивание при 100 °С в течение 20 минут. Термическую обработку осуществляли с помощью пароконвектомата (Rational SSC102). Затем скорлупу измельчали дезинтеграционно-волновым методом при слабо модулирующем воздействии СВЧ-КВЧ излучения до получения частиц размером не более 3–5 мкм. В эксперименте исследовали пять образцов: 1–4 – яичная скорлупа, подвергнутая дезинтеграционно-волновому воздействию один, два, три и четыре раза соответственно, образец 5 – яичная скорлупа, измельчённая в размалывающем лабораторном устройстве (контроль).

Фазовый состав и структуру порошков исследовали методом рентгенофазового анализа и при помощи электронной микроскопии с системой рентгеновского энергодисперсионного микроанализа INGA Energy.

Средний размер частиц образцов определяли на электронном микроскопе 8–2500 (с увеличением 3,8х, зум 4х, кратность 22,8). Пробоподготовку и микроскопирование проводили в соответствии с инструкцией к прибору. Обработку полученных фотографий проводили с применением лицензионной программы Meta Vision.

Исследования микроструктуры образцов проводили при помощи сканирующего электронного микроскопа марки JSM-6380LV, в режиме вторичных электродов.

Процесс растворения кальция яичной скорлупы в молочной кислоте проводили при постоянном перемешивании в диапазоне температур 20–90 °С, рН 5,1–3,2, концентрация скорлупы в момент внесения в раствор кислоты составляла 10 %. В качестве контроля исследовали растворимость скорлупы в дистиллированной воде (рН 6,8). Концентрацию ионов кальция определяли комплексонометрическим методом (по А. Дуденкову) [7].

Результаты исследования и их обсуждение

В процессе экспериментальных исследований обнаружено наличие как минимум двух фракций кальция и изменение их соотношения в зависимости от количества дезинтеграционно-волновых воздействий (рис. 1).

При введении скорлупы в раствор кислоты наблюдалось ее частичное осаждение, происходящее интенсивно в течение 7–8 мин. После прекращения видимого осаждения частиц надосадочную жидкость отделяли, определяли в ней концентрацию кальция, затем подвергали центрифугированию (при скорости 1200 об/с) и определяли концентрацию кальция в центрифугате. После центрифугирования отмечалось снижение содержания кальция в среднем на 15–20 % (рис. 2).

Снижение содержания кальция свидетельствует о наличии коллоиднорастворимой формы кальция в скорлупе, подвергнутой дезинтеграционно-волновому воздействию, причем выявлена ее количественная зависимость от кратности воздействия.

Наименьшая растворимость механоактивированной яичной скорлупы отмечена в дистиллированной воде (12–19 мг %). Увеличение содержания кальция в ионной форме во всех образцах наблюдалось при повышении температуры растворов в исследуемом диапазоне от 75 до 370 мг % (рис. 3)

pic_9.tif

а

pic_10.tif

б

pic_11.tif

в

Рис. 1. Спектры измельчённой яичной скорлупы: а – образец № 1; б – образец № 3; в – образец № 5

Понижение рН-среды от 5,5 до 1,7 также увеличивает растворимость скорлупы, и при этом просматривается явное влияние механоактивации. Например, при указанном понижении рН, при растворении образца № 1 при 60 °С в молочной кислоте концентрация кальция возрастала от 14 до 170 мг %, а для образца № 2 эта разница составила от 30 до 271 мг % (рис. 4).

Исследование влияния кратности дезинтеграционно-волнового воздействия, сопровождаемого механоактивацией на растворимость яичной скорлупы показало, что наибольший эффект достигается при двукратном и сохраняется при трехкратном прогоне через дезинтегратор за счёт повышения внутреннего энергетического потенциала тонко диспергированного вещества. Дальнейшее увеличение количества прогонов не способствует повышению растворимости кальция. Например, растворение при 90 °С дало следующие показатели: содержание кальция при растворении образца № 1 – 160 мг %, № 2 – 300 мг %, № 3 – 280 мг %, № 4 – 2400 мг %, № 5 – 83 мг % (рис. 5).

pic_12.wmf

Рис. 2. Графическая зависимость разности концентрации Са+ в растворе до и после центрифугирования: 1 – при 60 °С, рН = 3,2; 2 – при 90 °С, рн = 3,2

pic_13.wmf

Рис. 3. Графическая зависимость влияния температуры на растворимость яичной скорлупы в молочной кислоте при рН = 3,2: 1 – образец № 1; 2 – образец № 2; 3 – образец № 3; 4 – образец № 4; 5 – образец № 5

pic_14.wmf

Рис. 4. Графическая зависимость влияния рН-среды на растворимость яичной скорлупы в молочной кислоте при 60 °С (центрифугаты): 1 – образец № 1; 2 – образец № 2; 3 – образец № 3; 4 – образец № 4; 5 – образец № 5

pic_15.wmf

Рис. 5. Графическая зависимость влияния количества прогонов на растворимость яичной скорлупы в молочной кислоте при рН = 3,2: 1 – при 60 °С; 2 – при 90 °С

Заключение

Таким образом, результаты экспериментальных исследований показывают влияние дезинтеграционно-волнового воздействия на спектральные, микроструктурные и химические свойства яичной скорлупы. Спектрально выявлено образование различных форм кальция в результате дезинтеграционно-волнового воздействия. Данный способ обработки скорлупы куриных яиц обеспечивает интенсификацию процессов растворения в широком диапазоне температур и рН. Установлено, что максимальный эффект механоактивации свойств кальция яичной скорлупы достигается при двукратном и сохраняется при трехкратном воздействии. При увеличении актов воздействия происходит снижение реакционной способности кальция. Выявленный эффект имеет важное значение и открывает перспективы для повышения усвоения и эффективности действия кальция в фармакологических и функциональных пищевых субстанциях.


Библиографическая ссылка

Грошева Л.В., Родионова Н.С., Кустов В.Ю. ВЛИЯНИЕ МЕХАНОАКТИВАЦИИ НА РАСТВОРИМОСТЬ КАЛЬЦИЯ ЯИЧНОЙ СКОРЛУПЫ // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 10. – С. 26-30;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36147 (дата обращения: 12.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074