Водопоглотительная и водоудерживающая способность концентрированных дисперсий из вторичных продуктов переработки пшеницы и овса

 Потребители в последнее время особое внимание уделяют «правильному питанию». Популярность здорового образа жизни повышает спрос на продукты питания с низкой калорийностью и повышенной функциональностью. Специалисты в области диетологии единогласно высказывают мнение о том, что функциональные продукты питания способствуют сохранению и укреплению здоровья за счет регулирующего и нормализующего воздействия на организм человека и снижения риска многих заболеваний. В связи с этим на рынке можно выделить тренд к увеличению спроса на полезные органические ингредиенты с функциональными свойствами.

Для перехода к модели инновационного развития приоритетными направлениями долгосрочного периода являются: биотехнологии, позволяющие расширить выработку продуктов нового поколения с заданными технологическими свойствами. В производстве пищевых продуктов все более широко применяются функциональные ингредиенты, являющиеся одновременно технологическими добавками, изменяющими свойства продукта. Важное место среди них занимают пищевые волокна (ПВ). Однако развитие российского рынка пищевых ингредиентов тормозит импортозависимость, в том числе, на рынке исходного сырья для производства пищевых ингредиентов и основным источником ПВ, производимым в РФ и используемым для обогащения хлебобулочных изделий, остаются пшеничные отруби.

В современных пищевых продуктах ПВ играют важную роль, придавая им необходимую текстуру, стабильность, повышая качество и выход продукта. Водосвязывающие свойства ПВ находят применение в производстве многих пищевых продуктов. Так, наиболее распространенным путем улучшения и стабилизации качества продукции в мясной промышленности стало применение пищевой клетчатки, позволяющей направленно изменять функционально-технологические характеристики пищевых систем. Клетчатки используют в рецептурах всех видов колбас, паштетов, ветчин, рубленых полуфабрикатов. Хорошие результаты достигаются при использовании Цитри-Фай производства американского завода Fiberstar Inc. в таких полуфабрикатах, как пельмени, чебуреки, манты, вареники и другие. Волокна добавляют как в фарш, начинку, так и в тесто. При добавлении клетчатки в тесто наблюдается повышение водопоглотительной способности теста, улучшение органолептических и структурно-механических свойств теста, улучшение слипаемости швов, сохранение формы и хорошей наполненности пельменей после варки [5].

Становится актуальным применение ПВ с целью улучшения и сохранения реологических характеристик (структуры и консистенции), внешнего вида и вкуса мучных кондитерских изделий. Благодаря высокой водопоглотительной и водоудерживаюшей способности ПВ замедляют черствение и продлевают срок годности продукта [5].

В ФГБНУ «ВНИИЗ» разрабатывается биотехнология получения из вторичных ресурсов мукомольного и крупяного производства пищевых концентрированных дисперсий, содержащих нерастворимые пищевые волокна (нПВ).

Обеспечение качества продукции с новыми пищевыми ингредиентами возможно, если разработка новых технологий получения ингредиентов ведется параллельно с изучением их технологических свойств.
На начальных этапах исследований были проведены лабораторные выпечки хлеба с внесенными дисперсиями, при которых, в одном случае, количество воды добавлялось по методике ГОСТ 27669 «Мука пшеничная. Метод пробной лабораторной выпечки хлеба», в другом - с учетом ВПС дисперсий. Было показано, что недостаток воды при замесе негативно отражается на объемном выходе хлеба, структуре и эластичности мякиша. При наличии в тесте достаточного для осуществления коллоидных и биохимических процессов количества воды (т.е. с учетом ВПС дисперсий) применение дисперсий, содержащих нерастворимые ПВ, не оказывает негативное влияние на объемный выход хлеба и состояние мякиша. [1,2].

Ряд исследователей связывает благотворное действие ПВ на некоторые заболевания кишечника с их высокой ВУС. Однако значение ВУС, определенное in vitro, не всегда коррелируется с данными физиологических исследований. Видимо, не вся вода, впитываемая волокнами, является эффективной, т.е. водой, удерживаемой ПВ в реальных условиях. Степень прочности ассоциации воды волокнами не может служить критерием их ВУС в кишечнике, поскольку водорастворимые ПВ, с которыми вода связывается наиболее прочно, полностью разрушаются микрофлорой толстого кишечника в отличие от ПВ отрубей, лигнофицированных и в связи с этим устойчивых к действию кишечной микрофлоры. Наши исследования состава пищевых волокон потоков с различных систем технологического процесса, поступающих в отруби, показали, что доля лигнина в отдельных потоках составляет 20-25% [4]

Для определения ВПС и ВУС применяли метод, в котором для отделения избытка свободной воды используют центрифугирование (метод 1)(таблица 1).

Все дисперсии (1-3 из вторичных продуктов переработки пшеницы; 4- овса) имеют очень высокую ВПС: от 8,0г воды на 1г концентрированной дисперсии (дисперсия 1) до 4,3 г/г (дисперсия 4), что определяется, главным образом, высоким содержанием целлюлозы. Вода, удерживаемая в этих условиях, имеет различный характер связи с полимерами. Целлюлоза и нерастворимые гемицеллюлозы, составляющие комплекс высокомолекулярных углеводов нПВ, имеют различную способность удерживать воду. Целлюлоза обладает большим количеством гидроксильных групп и развитой системой субмикроскопических капилляров, что определяет ее способность поглощать и удерживать воду. Гемицеллюлозы относятся к гидрофильным коллоидам, гидратация которых обусловлена электростатическими силами.
ВУС всех дисперсий, которая определена методом 1, различается менее значительно. Это влага связанная, достаточно прочно удерживаемая за счет гидратации гидроксильных групп целлюлозы и гидрофильных коллоидов гемицеллюлоз. Для рассматриваемых дисперсий количество связанной воды, определенной с применением метода 1, составляет 1,4-2,2 г/г.
Способность волокон удерживать воду также определяли путем измерения скорости течения воды через слой различных дисперсий, содержащих нПВ, в хроматографической колонке (метод 2). Результаты исследования представлены на кинетических кривых водоудерживающей способности дисперсий (рисунок 1).

Как видно из кинетических кривых водоудерживающей способности, дисперсии 1 и 2, обладающие наибольшей ВПС - 8,0г/г (таблица 1), легко отдают часть удерживаемой влага соответственно до 3,5и 4,5 г/г уже в первые минуты. Можно предположить, что это свободная влага, которая не ассоциирована с волокнами, а находится в межклеточных пространствах. Дальнейшее снижение количества удерживаемой влаги очень незначительно. Напротив, снижение исходной поглощенной влага у дисперсий 3 и 4 с самого начала происходит более равномерно с постепенно снижающейся скоростью в течение 30-40 минут с 6,5 г/г до 4,5 г/г (дисперсия 3) и с 4г/г до 2,5 г/г (дисперсия 4).

Исследования реологических свойств теста на фаринографе, проведенные ранее [2], показали, что внесенные при замесе теста дисперсии оказывают значимое влияние на показатели, определяющие консистенцию теста. Основные тенденции: повышение ВПС и разнонаправленное изменение разжижения теста с дисперсиями разного состава.

Освобождаемую влагу, видимо, следует рассматривать как свободную, не ассоциированную волокнами, или как промежуточную, доступность которой зависит от размера пор матрикса, в котором она локализована. Эта вода может быть поглощена по мере ее выделения другими компонентами дисперсной системы пищевого продукта, например, теста при замесе. В противном случае она окажет влияние на повышение разжижения теста.

В случае использования данных дисперсий в качестве пищевых ингредиентов с технологическими свойствами в качестве водоудерживающих агентов важно знать ту критическую точку содержания влаги, выше которой в дисперсии появляется свободная недостаточно прочно удерживаемая влага. Для рассматриваемых дисперсий это соответственно:3,5г/г; 4,5г/г; 5,5г/г; 3,0г/г.

Литература:
1. Игорянова Н.А. Пищевые волокна из побочных продуктов переработки овса и их влияние на качество хлеба / Н.А. Игорянова, Е.П. Мелешкина, Е.Н. Сокол//Принципы пищевой комбинаторики- основа моделирования поликомпонентных пищевых продуктов: сб. материалов Всерос. научно-практич. конф.-Углич.- М.Россельхозакадемия, 2010.-С.108-109.
2. Игорянова Н.А. Пищевые волокна из побочных продуктов переработки зерна - инредиенты с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения [электронный ресурс] / Н.А. Игорянова, С.Н. Коломиец // Биотехнология и качество жизни: матер, межд.науч.-прак. конф. (Москва, 18-20 марта 2014 г.) -М.,2014.-С.369-370.
3. Игорянова Н.А. Пищевые ингредиенты, содержащие нерастворимые пищевые волокна из побочных продуктов переработки пшеницы и овса, с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения [электронный ресурс] // Биотехнология:состояние и перспективы развития: сб.матер, межд. конгресса (Москва, 17-20 марта 2015 г.)-М, 2015.-С.418-419.
4. Игорянова Н.А. Поиск новых источников пищевых волокон из побочных продуктов переработки пшеницы /Н.А. Игорянова, В.Г. Дулаев // Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов: сб. материалов Всерос. науч.-прак. конф.-Углич.- М.Россельхозакадемия,  2009.-С.83-85.
5. Пищевые ингредиенты XXI века: сб. докладов ХУ межд. форума (Москва, 18-21 марта 2014 г.) - М., 2014.
 

---