ЭлБиб

ПИВО

НАПИТКИ

•

2008

ТЕХНОЛОГИЯ

Исследовать состояние воды в твер-

дофазных пищевых продуктах мож-

но методом спектроскопии протонов

(ЯМР

Н), который наиболее чув-

ствителен как по силе индуцируемых

сигналов, так и по величинам измене-

ния ЯМР-параметров в зависимости

от окружения молекул воды в образце.

Спектр ЯМР

Н органических моле-

кул твердофазных образцов пищевых

продуктов представляет собой широ-

кую линию с шириной на полувысоте

∆ν

1/2

= 20000–50000 Гц из-за уширя-

ющих эффектов диполь-дипольного

взаимодействия

Н–

Н неподвижных

(в шкале времени ЯМР) протонов

(

Н) органической матрицы продукта

и анизотропии магнитного экрани-

рования [1]. В случае наличия моле-

кул воды в структуре твердофазных

продуктов на фоне широкой линии

в центре расположена узкая линия с

∆ν

1/2

= 500–3000 Гц. Узкие линии под-

вижных протонов продукта обуслов-

лены усредненным диполь-дипольным

взаимодействием

Н–

Н молекул воды

за счет быстрых ориентационных дви-

жений молекул воды и трансляцион-

ными прыжками молекул воды в не-

подвижной биоорганической матри-

це. Помимо движений молекул воды

как целого накладывается протонный

обмен между Н

О молекулами и кон-

цевыми ОН- и NH

-группами органи-

ческих молекул [2]. Положение этих

линий и их параметры обусловлены

различием в состоянии воды в твер-

дофазных образцах пищевых продук-

тов.

Цель настоящей работы — исполь-

зование спектроскопии ЯМР

Н для

идентификации различных состояний

воды в зерновках ячменя, предназна-

ченного для выращивания на солод.

В работе приведены ЯМР

Н-спек-

тральные параметры (величина хими-

ческого сдвига

, ширина линий на по-

лувысоте

∆ν

1/2

, относительные инте-

гральные интенсивности линий —

)

зерновок ячменя сорта «Скарлет»,

а также образцов крахмала и клейко-

вины, взятых в качестве модельных

систем. Спектры ЯМР записывали

на спектрометре Bruker АС-200 при

рабочей частоте 200,13 МГц по обыч-

ной одноимпульсной программе с по-

следующим фурье-преобразованием

сигнала спада свободной индукции.

Спектры ЯМР

Н зерновок ячменя,

снятые при комнатной температуре,

состоят из широкой линии с шириной

на полувысоте

∆ν

1/2

= 61160 Гц и из

центральной узкой линии с

∆ν

1/2

= 1647 Гц. Широкая линия обуслов-

лена неподвижными протонами (

Н),

соответствующими биоорганической

матрице зерен ячменя, а центральная

узкая линия обусловлена подвижны-

ми протонами молекул воды. Отно-

сительная интегральная интенсив-

ность узкой центральной линии дает

процент (

,%) подвижных протонов

в данном образце.

Поскольку основными компонента-

ми, удерживающими влагу в зернов-

ках, являются белки и полисахариды,

то для определения характера распре-

деления влаги в объеме зерновок были

получены ЯМР

Н-спектры модельных

систем — клейковины, которая со-

стоит в основном из белков (глиадина

и глютенина), и крахмала (картофель-

ного и кукурузного). Исследования

ЯМР модельных образцов клейковины

и крахмала различной влажности по-

казали, что

прямо пропорциональна

влажности образцов (

, мас.%), из-

меренной весовым методом (рис. 1, 2).

Таким образом, величину

можно

считать ЯМР-измеренной влажностью

образца.

Центральная узкая линия ЯМР-

спектров исследованных продуктов

разлагается на гауссовые и лоренце-

вые линии по итеративной процедуре.

ЯМР-параметры этих линий приведе-

ны в табл. 1. Для ЯМР-спектров ячме-

ня характерно наличие двух лоренце-

вых линий. Линия

имеет химический

сдвиг

= 4,67 м. д. Такая величина

характерна для молекул воды в раство-

рах, когда протонный обмен осущест-

вляется между ОН-группами и прото-

нами молекул свободной воды. Линия

с химическим сдвигом

= 1,21 м. д.

(т. е. с большим экранированием, чем

линия

), скорее всего, соответствует

протонам связанной воды, когда про-

тоны молекул воды и концевые груп-

пы NH

и ОН биоматрицы образуют

водородные связи, в рамках которых

осуществляется протонный обмен. Та-

ким образом, ЯМР

Н-спектроскопия

позволяет сделать вывод о наличии

двух форм влаги в зерновках ячменя:

вода, которую условно можно назвать

«свободной», и вода, удерживаемая

биополимерами, т.е. «связанная».

Пивоваренный ячмень содержит

по массе около 60% крахмала и 9–11%

белка, и можно было предположить,

что состояние воды в зерновках яч-

меня определяется химической при-

родой и структурными особенностями

крахмала. Тем не менее сравнение

ЯМР-параметров ячменя с таковыми

для модельных образцов показывает,

что по форме линий и соотношению

интегральных интенсивностей этих

линий ЯМР-спектры зерновок ячменя

близки к ЯМР-спектрам клейковины

(см. табл. 1).

Если учесть, что в растворах и сте-

клах разбавленные спиновые систе-

мы дают, как правило, лоренцевую

форму линий, то можно предполо-

жить, что лоренцевые формы линий

в спектрах клейковины и ячменя об-

Состояние воды

в зерновках ячменя

Т.Н. Данильчук

Московский государственный университет прикладной биотехнологии

В.И. Привалов

Институт общей и неорганической химии РАН (Москва)

, мас.%

Рис. 1.

Зависимость интегральной

интенсивности подвижных

протонов от влажности

образцов клейковины

Рис. 2.

Зависимость интегральной

интенсивности подвижных

протонов от влажности

образцов крахмала

, мас.%

, %

Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека