Новые научные направления в области хранения и переработки зерна в мире и в России
Мировое сообщество ученых в области хранения и переработки зерна объединилось в Международную организацию по науке и технологии зерна (ICC) в 1955 г В 2012 г в Пекине (китай) состоялся 14 й конгресс ICC (14th ICC Cereal and Bread Congress and Forum on Fats and Oils), в котором приняло участие более 250 человек из 35 стран мира.
Делегация от России была представлена учеными ВНИИЗа, вступившего в ICC в 2006 г.
В состав российской делегации входили: директор института доктор техн. наук Л.И. Мачихина; заведующая центром микробиологии и микотоксикологии зерна и зернопродуктов, канд. биол. наук Л.С. Львова; заведующий мукомольной лабораторией канд. техн. наук С.О. Смирнов и научный сотрудник элеваторной лаборатории В.К. Миланич.
На Конгрессе ICC по зерну и хлебу работали сессии, посвященные химии зерновых и их переработке, зерновым продуктам питания и здоровью, хранению зерна, глобальной продовольственной безопасности, безопасности пищевых продуктов и законодательному регулированию, обсуждались последние достижения науки в области хранения и переработки зерна различных научных школ мира.
На сессии «Переработка зернoвых» впервые были широко рассмотрены возможности полноценного использования в пищу всех структурных компонентов зерна, в частности, отрубей, которые ранее относились к кормовым продуктам. Современные исследования показали, что значительная часть биологически ценных компонентов зерна сосредоточена именно в отрубях. Так, наружные и внутренние слои перикарпа богаты нерастворимыми диетическими волокнами (ксиланы, целлюлоза, лигнин), гидрофобный слой семенной оболочки обогащен липоидными компонентамии алкилрезорцинолом ;
Алейроновый слой является настоящим кладом биоактивных соединений (витамины группы В, минеральные вещества, антиоксиданты), арабиноксиланов и βглюканов (растворимые диетические волокна).
Однако многие ценные компоненты обладают слабой биологической доступностью ввиду защитной функции клеточных стенок алейронового слоя. Для повышения доступности французские ученые (J. A becassis, C. Barron и др.) предложили новую технологию сухого фракционирования пшеничных отрубей, состоящую из криогенного (при –46°С) измельчения на частицы размером 50 мкм, разрушающего большую часть клеточных структур, и последующего электростатического фракционирования.
Ультратонкие частицы отрубей распределялись в электрическом поле в соответствии со своим зарядом, который зависел от их состава. Таким образом, удалось разделить фракции перикарпа, богатые арабиноксиланами, от фракции, обогащенной βглюканом, феруловой и паракумаровой кислотами (клеточные стенки алейронового слоя), и от фракции, содержащей семенную оболочку и внутриклеточное вещество алейронового слоя. В хлебе, выпеченном с добавлением полученных фракций, биодоступность антиоксидантов (паракумаровой, синаповой и феруловой кислот), определенная с помощью компьютерной гастроинтестинальной модели, оказалась намного выше, чем в обычном белом хлебе, причем она возрастала параллельно степени измельчения отрубей по мере уменьшения размеров их частиц.
Ученые ВНИИЗа (Л.И. Мачихина, С.О. Смирнов, В.А. Скрябин) представили на Конгрессе результаты разработки новых технологий переработки пшеничных отрубей и семян амаранта. В частности, при переработке пшеничных отрубей сухим способом, в Сибирском филиале ВНИИЗа был получен новый ценный продукт – белковая мука из отрубей с повышенным содержанием белков алейронового слоя, лизина и витаминов. Выход этой муки достиг 12% от перерабатываемых отрубей, выход которых составляет 25% от зерна. Новый продукт, по сравнению с традиционными отрубями, содержит на 23% больше белков, на 133% – лизина, на 53% – метионина, на 17–69% – витаминов Е, В1, В2, В3, В5. Белки зародыша и алейронового слоя, входящие в состав продукта, являются более полноценными и сбалансированными по аминокислотному составу, чем белки обычной муки. Белковую муку с высоким содержанием белка (38%), жира (20%), витаминов В2 и Е целесообразно использовать в качестве белковой добавки, повышающей пищевую и биологическую ценность диетических и лечебных продуктов. Технология, разработанная российскими учеными, стабильна в производстве, малозатратна и эффективна. Во ВНИИЗе запатентована технология переработки семян амаранта, позволяющая сухим способом разделить зерновку амаранта на анатомические части – зародыш, эндосперм, оболочки и на их основе сформировать 4 новых продукта:
белковую муку, белковые отруби, эндоспермовую муку и эндоспермовые отруби, содержащие в 2–5 раз больше белка, крахмала, минеральных веществ, витаминов и клетчатки. Ввиду наличия активной αамилазы добавка амарантовой эндоспермовой муки улучшает процесс брожения теста и хлебопекарные свойства готовых изделий. Отсутствие клейковинных белков делает ее незаменимой при разработке продуктов лечебного питания для больных целиакией. Сегодня это особенно актуально в мире.
Специалисты венгерской компании Gyermely Co (S. Tomoskozi, S. Szendi и др.) модифицировали процесс сепарирования при помоле зерна, что позволило получить новый продукт, отличный по составу от обычной и цельнозерновой муки. Продукт содержит около 20% белка, 3% липидов, 3% золы, 15% диетических волокон и существенно меньше крахмала.
Необычный состав нового продукта повлиял на его реологические свой ства (длительное время формирования теста, укрепление его структуры, повышение стабильности при замесе и др.), что должно учитываться при производстве хлебобулочных изделий. Пониженное содержание крахмала и специфический состав пищевых волокон обеспечивает более благоприятный гликемический индекс нового продукта и создание на его основе изделий функционального и лечебного назначений.
В современном мире все большее внимание исследователей и переработчиков зерна привлекают продукты из цельного зерна или обогащенные поверхностными слоями зерновки (оболочками, алейроновым слоем, зародышем). Цельнозерновые пищевые продукты оказывают разнообразный оздоровительный эффект: снижают риск инсульта на 30–36%, заболевания диабетом 2го типа – на 21–30%, болезни сердца – на 25–28%, способствуют нормализации веса (Zheng Moli и др., Китай).
Для более полного использования биологического потенциала зерна и усиления профилактических и лечебных свойств зерновых продуктов проводятся целевые исследования, разрабатывается рецептура, технологии и аппаратура, необходимые для практического внедрения такой продукции. Известно, что большая часть минеральных веществ, наиболее ценные из которых Mg, Fe, Cu и Zn, находятся в наружных слоях зерновки в виде солей фитиновой кислоты.
В форме фитатов они слабо доступны для организма человека. При сортовом помоле количество фитатов снижается, но, как недавно установлено, последние также необходимы, так как обладают противораковой и противоопухолевой активностью.
Для решения этого противоречия австралийские ученые (O. Buddrick и др.) предлагают при изготовлении цельнозернового хлеба использовать закваски и удлиненный срок брожения (5–7 ч), поскольку повышенная кислотность обеспечивает деградацию фитатов и увеличивает биодоступность минеральных веществ и фосфора.
На сессии «Зерновые продукты питания и здоровье» обсуждалось диетическое и лечебное значение продуктов из цельного зерна и мультизерновых продуктов. Особое внимание было уделено диетическим волокнам, их влиянию на обмен веществ, гликолитический индекс, антиканцерогенные и имуннодефицитные свойства (J. Van der Kamp, Нидерланды), а также введению в хлеб арабиноксиланов (H. Weili и др.).
Согласно данным Исследовательского института питания и здоровья, принятая в Китае система питания населения дефицитна по витаминам А, В1, В2, кальцию и цинку; поступление белка и углеводов близки к суточной потребности. Для ликвидации дефицита институт предлагает частично заменить сортовую пшеничную муку на обойную и цельнозерновую, а рисовую крупу – на шелушенный рис. При замене 50% высокосортной муки и шлифованного риса на 50% возрастет потребление диетических волокон и витамина В1, на 10–12% – витамина В2, кальция и цинка. У лучшению аминокислотного состава и оздоровлению питания населения должно способствовать введение мультизерновых продуктов и различных бобовых (W. Chunling и др.). Ферментативная обработка зерна и зернопродуктов, как способ повышения доступности биоактивных соединений, была рассмотрена на примере пророщенного обрушенного риса, включение которого в диету снижало содержание холестерина и сахара в крови (H.C. Lung). Р азрушение солей фитиновой кислоты при брожении теста с закваской обеспечивало обогащение хлеба дефицитными минеральными веществами – Mg, Fe, Cu, Zn в усвояемой форме. Для увеличения содержания минеральных веществ в муку предлагали вносить отруби (O. Buddrick и др.).
Ферментирование зерновых в Китае и в ряде других азиатских стран имеет вековые традиции. Ферментируются продукты из сырого или вареного риса, например, рисовая лапша, рисовый хлеб и порридж, рисовое молоко, вино и уксус, красный дрожжевой рис (Monascus). В природной ферментации принимают участие разнообразные группы микроорганизмов – сапрофиты (дрожжи, молочнокислые бактерии и плесневые грибы). В результате меняется вкус, запах, текстура продуктов. Улучшается их пищевая ценность, усвояемость и функциональность, они приобретают антибактериальную, антиоксидантную, а в случае красного риса и антиканцерогенную активность, ряд терапевтических эффектов (Lu Zhanhui, Yu Yanxia и др.).
Впервые канадские ученые (B.X. Fu, D.W. Hutcher и др.) представили результаты исследования влияния степени прорастания зерна твердой канадской пшеницы (CWAD) на мукомольные свойства и качество макарон. В помольных смесях с ЧП 152 с при содержании стекловидных зерен свыше 80% ухудшения натуры не выявлено. Общий выход продуктов помола не изменялся даже при ЧП 101 с, при этом лишь незначительно снижался выход семолины(макаронных крупок). Большинство показателей качества крупок, в том числе упругость клейковины, не менялось при снижении ЧП в исходном зерне до 101 с, однако рост потемневших включений в крупках наблюдался уже при ЧП 208 с. Ухудшение белизны макарон начиналось при ЧП 204 с и становилось очевидным при ЧП 123 с. В зерне твердой пшеницы с ЧП > 150 с заметного ухудшения мукомольных и макаронных свойств также не наблюдалось. Макаронные изделия, полученные из зерна пшеницы с ЧП < 150 с, были в целом более темными и содержали больше темных вкраплений. Влияние степени прорастания на крепость клейковины и структуру вареных макарон было минимальным.
На сессии «Современные технологии безопасного хранения» большой интерес представляли исследования американских ученых (D.E. Maier, L.H. Channaiah), посвященные разработке компьютеризованной системы контроля зерновой массы с использованием новых чувствительных датчиков диоксида углерода, обеспечивающих постоянный мониторинг условий хранения зерна в реальном времени.
Эксперименты, проведенные в течение трех лет в 20 различных зернохранилищах, показали, что датчики СО2 на 34 недели раньше, чем визуальный осмотр, констатируют процессы порчи, вызванные развитием насекомых и плесневых грибов, обнаруживают запах и наличие насекомых, а также обеспечивают контроль температуры. Исследованиями установлено, что условия безопасного хранения зерна соответствуют концентрации СО2 в межзерновом пространстве, не превышающие 300–600 мг/кг. Концентрации свыше 600 мг/кг свидетельствуют о начале микробиологических процессов порчи и/или развития насекомых. При концентрации СО2 1500–4000мг/кг наблюдается резкое усиление биоповреждений зерна. По мере увеличения содержания СО2 поражение зерна грибами нарастало от 2·102 до 6,5·107 КОЕ/г. На портящемся зерне были обнаружены грибы родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium. Пробы, отобранные из силосов с высоким содержанием СО2, были загрязнены микотоксинами – афлатоксинами и фумонизинами. Интенсивное поражение зерна вредителями хлебных запасов (Cryptolestes pusillus, Sitophillus zeamаis) отмечалось при значениях СО2 свыше 1200 мг/кг.
Рассмотренная технология мониторинга СО2 – великолепное дополнение к практике безопасного хранения, так как обеспечивает сохранение количества, качества и безопасности зерновых запасов, ежегодные потери которых достигают в США миллионы долларов. В Китае, помимо «зеленых» технологий, развивается и широко внедряется комплекс современных мероприятий, обеспечивающих качественное безопасное хранение зерна. С 2004 по 2006 гг. Китайская корпорация зерновых резервов разработала специальный высокотехнологичный (high tech) проект оптимизации технологии и оборудования в области хранения и транспортирования зерна, в частности, информационную технологию активного вентилирования (Fu Pengcheng и др.). Информационная система вентилирования включает в себя: механическую систему вентилирования; систему мониторинга состояния зерновой массы, в состав которой входят микрокомпьютер, отвечающий за измерение и контроль параметров, деконцентратор, датчики температуры, влажности, газового состава воздуха и учетные ловушки для насекомых вредителей; компьютерную систему сбора и обработки результатов анализов, наблюдений, обеспечивающую выбор оптимальных технологических приемов обработки зерновой массы в соответствии с действующими требованиями к качеству и безопасности; автоматическую контролирующую систему; автоматический механизм, обеспечивающий выполнение технологических решений, принятых компьютерной системой.
В настоящее время информационная система вентилирования широко используется в семи китайских провинциях. Эта система помогает выбрать оптимальные продолжительность и условия вентилирования, обеспечивает автоматический контроль процесса с помощью компьютера и сохранность зерна с минимальными энерго и трудозатратами.
Хранение зерна и зернопродуктов в контролируемой атмосфере рассматривается как экологически безопасный прием – так называемая «зеленая» технология. В Китае подробно исследовано (Zeng Ling и др.) ее применение для хранения риса – ведущей зерновой культуры, составляющей основу питания более 70% населения страны. Рисовая крупа (milled rice) – один из наименее стойких объектов при хранении, ввиду удаления поверхностных защитных слоев зерновки и легкой доступности для развития плесневых грибов, насекомых и окислительных изменений под действием кислорода воздуха. Эти процессы приводят к снижению набухаемости риса, изменению цвета и вкуса, окислению жирных кислот, старению крахмала, изменению ферментативной активности.
Сопоставление различных способов модификации атмосферы показало, что наилучший эффект оказывает хранение при повышенном содержании СО2. Такая атмосфера подавляла увеличение кислотного числа жира, снижение вязкости крахмала, способствовала лучшему сохранению свежести риса, чем при хранении в азоте, вакууме или при недостатке кислорода.
Атмосфера, обогащенная СО2 (> 40%), активнее подавляла жизнедеятельность насекомых вредителей, чем при том же содержании азота. Это объясняется токсическим действием СО2 на насекомых. При отсутствии в газовой среде О2 и при содержании в нем более 20% СО2 наблюдалось так же существенное снижение активности плесневых грибов, причем с повышением влажности риса крупы должна возрастать и защитная концентрация СО2. Хранение в контролируемой атмосфере широко распространено в Китае для фасованного риса, ведутся работы по ее внедрению для хранения крупных партий.
Китай – одна из ведущих стран по производству и потреблению зернопродуктов, о чем свидетельствуют многочисленные сообщения на Конгрессе ICC. За последние годы существенно вырос урожай зерновых, валовой сбор зерна в 2011 г. составил 571 млн т. На Китай приходится 8,06% площади пахотных земель и 25% мирового сбора зерна. Страна занимает 1е место по производству риса и пшеницы, 2е место – по производству кукурузы. Ежегодно перерабатывается около 403 млн т зерна риса и пшеницы. На зерноперерабатывающий сектор приходится 41,2% всего пищевого производства. Однако индустриальная переработка охватывает лишь 25% общего производства пищевых продуктов, тогда как в развитых странах эта величина составляет 70–90%.
Очевидно, поэтому большая часть докладов, заслушанных на 14м Конгрессе ICC, была представлена учеными КНР и посвящена как общим вопросам хранения и переработки зерна и семян масличных культур, так и специфическим местным проблемам. В силу почвенноклиматических особенностей и недостаточной технической оснащенности зерновой отрасли зерно из Китая в 10–100 раз интенсивнее заражено микроорганизмами, чем зерно, импортируемое из США, Австралии, Франции, в том числе условнопатогенными (бациллами, плесневыми грибами, E. сoli), а также микотоксинами. Так, в провинции A nhui микотоксин стеригматоцистин был обнаружен во всех исследованных пробах пшеницы при среднем его содержании 161,3 мкг/кг. По данным зернового бюро S handong Jining (Lin Xiaoping, Wang Lu), 89,9% исследованных проб пшеницы было поражено токсикогенными грибами Aspergillus versicolor и содержало до 384 мкг/кг стеригматоцистина. Зерно часто загрязняется фумонизинами (в среднем – 27,5 мкг/кг). Разрабатываются национальные требования к экологически безопасным продуктам переработки зерна, в частности, к «стерильной муке» для использования ее при производстве продуктов: замороженных, ферментированных, не нуждающихся в высокотемпературной обработке. Микробиологические нормативы для «стерильной муки» следующие: общее количество бактерий ≤ 2000 КОЕ/г, бацилл ≤ 500 КОЕ/г, плесневых грибов ≤ 200 КОЕ/г, колиформ ≤ 50; остатки тяжелых металлов должны соответствовать стандартам ЕС.
В Китае для улучшения санитарного состояния зерна и зернопродуктов, их стабильного состояния при хранении предложено использовать микроволновую обработку на специальном оборудовании (Miao Wenjuan и др.; Wu Qing и др.). Особенно остро стоит вопрос хранения цельнозерновой пшеничной муки, широко используемой в китайской кухне. Были предложены 4 технологии для удлинения сроков безопасного хранения такой муки (Chen Hui и др.). Выделенные при помоле отруби рекомендуют подвергать стабилизирующей обработке трудирование, экспандирование), а затем возвращать в муку. Если обычная цельносмолотая мука сохраняет свои потребительские свойства не более месяца, то предложенные способы обработки значительно удлиняют этот период. Стабилизированные и обеззараженные отруби и зародыши рекомендуется вносить в национальные мучные продукты в количестве 10–30% для улучшения их пищевой ценности.
Международный мониторинг и контролирующая система безопасности продуктов питания, в особенности зерновых, являются одними из доминирующих направлений деятельности ICC (R. Poms, Австрия). Более 30 стран объединены в Систему быстрого оповещения по безопасности пищевых и кормовых продуктов (RAS FF), которая позволяет срочно обмениваться достоверной информацией о кризисных ситуациях и о безопасности продуктов. Эта информация основана на аналитических результатах сети аккредитованных по всему миру лабораторий (CRLS и NRLS ) и официальных контролирующих лабораторий, использующих общую базу данных и стандартизованные методы, позволяющие получать и обмениваться сопоставимыми результатами. Этот подход, особенно необходимый в условиях развития международных торговых связей, позволяет гарантировать безопасность материалов и продуктов, используемых потребителями во всем мире.
Еще одна сессия была посвящена микробиологическому загрязнению продуктов питания, в том числе контаминации зерна и зернопродуктов токсичными и канцерогенными метаболитами плесневых грибов – микотоксинами. Особое внимание было уделено прогрессивным разработкам быстрых иммуноферментных методов определения микотоксинов (Zhang Gaiping и др., Китай), количественных портативных быстрых тестеров (Zhang Qi и др., Китай) и биосенсоров на стеригматоцистин – предшественников афлатоксинов (Liu Daling и др., Китай). Д ля сверхточного определения микотоксинов предложена модификация сверхвысокоэффективной жидкостной хроматографии и массспектрометрии (R. Krska и др., Австрия).
Среди исследований этого направления представляет интерес разработанный учеными ВНИИЗа (Россия) приборный метод быстрого контроля заболевания хлеба, наиболее опасного для потребителей ввиду патогенности некоторых микробоввозбудителей, – вискозиметрический метод определения картофельной болезни хлеба (Л.С. Львова, Л.И. Мачихина, А.В. Яицких, О.И. Кизленко). Картофельная болезнь хлеба (КБХ) – это бактериальная порча, характеризующаяся специфическим неприятным запахом, сопровождающимся ферментным разрушением мякиша, который становится заминающимся, темным и липким вследствие гидролиза крахмала и белка и образования бактериальных внеклеточных слизистых полисахаридов. Основным возбудителем заболевания является Bacillus subtilis, а эпизодическими – Bacillus licheniformis, Bacilluspumilis и Bacillus cereus, обладающие активной αамилазой. Некоторые виды и штаммы считаются патогенными для человека. В России введен гигиенический норматив для пшеничной муки: мука не используется для хлебопекарных целей, если при пробной лабораторной выпечке хлеб из нее через 36 ч хранения во влажных условиях при 37°С имеет органолептические признаки КБХ. Однако органолептическая оценка признаков довольно субъективна и затруднительна , особенно на начальных этапах порчи, что часто приводит к конфликтным ситуациям.
Для решения этой проблемы во ВНИИЗе разработан объективный приборный метод, позволяющий точно определить время возникновения и интенсивность КБХ. Метод основан на вискозиметрическом измерении разжижающей активности бактериальной αамилазы, образуемой Bacillus subtilis при развитии в хлебе. Д ля вискозиметрического измерения ЧП в зерне и муке используют отечественный прибор ПЧП3 или его аналог. Субстратом в приборных пробирках служит картофельный крахмал, соответствующий определенным требованиям. В качестве источника фермента в пробирки вносят экстракт мякиша хлеба. По разнице значений числа падения в свежевыпеченном и хранившемся хлебе рассчитывают показатель разжижающей активности (РА) αамилазы в процентах. Значение Р А в здоровом хлебе колеблется в пределах 0–10%. При развитии КБХ разжижающая активность может нарастать до 96–97%.
Установлена тесная связь между РА, количеством споровых бактерий в хлебе (r = 0,934) и интенсивностью КБХ (r = 0,896). Динамика нарастания Р А зависит от скорости размножения популяции споровых бактерий и ее ферментативной активности.
Преимущества вискозиметрического метода определения КБХ:
Рассмотренные на 14м Конгрессе ICC работы различных научных школ мира в области хранения и переработки зерна представляют основные современные и перспективные направления в исследованиях на ближайшие 4 года, т.е. до следующего конгресса, который состоится в Турции. Сегодня российские исследования занимают одну из ведущих позиций в современной науке о зерне.
Делегация от России была представлена учеными ВНИИЗа, вступившего в ICC в 2006 г.
В состав российской делегации входили: директор института доктор техн. наук Л.И. Мачихина; заведующая центром микробиологии и микотоксикологии зерна и зернопродуктов, канд. биол. наук Л.С. Львова; заведующий мукомольной лабораторией канд. техн. наук С.О. Смирнов и научный сотрудник элеваторной лаборатории В.К. Миланич.
На Конгрессе ICC по зерну и хлебу работали сессии, посвященные химии зерновых и их переработке, зерновым продуктам питания и здоровью, хранению зерна, глобальной продовольственной безопасности, безопасности пищевых продуктов и законодательному регулированию, обсуждались последние достижения науки в области хранения и переработки зерна различных научных школ мира.
На сессии «Переработка зернoвых» впервые были широко рассмотрены возможности полноценного использования в пищу всех структурных компонентов зерна, в частности, отрубей, которые ранее относились к кормовым продуктам. Современные исследования показали, что значительная часть биологически ценных компонентов зерна сосредоточена именно в отрубях. Так, наружные и внутренние слои перикарпа богаты нерастворимыми диетическими волокнами (ксиланы, целлюлоза, лигнин), гидрофобный слой семенной оболочки обогащен липоидными компонентамии алкилрезорцинолом ;
Алейроновый слой является настоящим кладом биоактивных соединений (витамины группы В, минеральные вещества, антиоксиданты), арабиноксиланов и βглюканов (растворимые диетические волокна).
Однако многие ценные компоненты обладают слабой биологической доступностью ввиду защитной функции клеточных стенок алейронового слоя. Для повышения доступности французские ученые (J. A becassis, C. Barron и др.) предложили новую технологию сухого фракционирования пшеничных отрубей, состоящую из криогенного (при –46°С) измельчения на частицы размером 50 мкм, разрушающего большую часть клеточных структур, и последующего электростатического фракционирования.
Ультратонкие частицы отрубей распределялись в электрическом поле в соответствии со своим зарядом, который зависел от их состава. Таким образом, удалось разделить фракции перикарпа, богатые арабиноксиланами, от фракции, обогащенной βглюканом, феруловой и паракумаровой кислотами (клеточные стенки алейронового слоя), и от фракции, содержащей семенную оболочку и внутриклеточное вещество алейронового слоя. В хлебе, выпеченном с добавлением полученных фракций, биодоступность антиоксидантов (паракумаровой, синаповой и феруловой кислот), определенная с помощью компьютерной гастроинтестинальной модели, оказалась намного выше, чем в обычном белом хлебе, причем она возрастала параллельно степени измельчения отрубей по мере уменьшения размеров их частиц.
Ученые ВНИИЗа (Л.И. Мачихина, С.О. Смирнов, В.А. Скрябин) представили на Конгрессе результаты разработки новых технологий переработки пшеничных отрубей и семян амаранта. В частности, при переработке пшеничных отрубей сухим способом, в Сибирском филиале ВНИИЗа был получен новый ценный продукт – белковая мука из отрубей с повышенным содержанием белков алейронового слоя, лизина и витаминов. Выход этой муки достиг 12% от перерабатываемых отрубей, выход которых составляет 25% от зерна. Новый продукт, по сравнению с традиционными отрубями, содержит на 23% больше белков, на 133% – лизина, на 53% – метионина, на 17–69% – витаминов Е, В1, В2, В3, В5. Белки зародыша и алейронового слоя, входящие в состав продукта, являются более полноценными и сбалансированными по аминокислотному составу, чем белки обычной муки. Белковую муку с высоким содержанием белка (38%), жира (20%), витаминов В2 и Е целесообразно использовать в качестве белковой добавки, повышающей пищевую и биологическую ценность диетических и лечебных продуктов. Технология, разработанная российскими учеными, стабильна в производстве, малозатратна и эффективна. Во ВНИИЗе запатентована технология переработки семян амаранта, позволяющая сухим способом разделить зерновку амаранта на анатомические части – зародыш, эндосперм, оболочки и на их основе сформировать 4 новых продукта:
белковую муку, белковые отруби, эндоспермовую муку и эндоспермовые отруби, содержащие в 2–5 раз больше белка, крахмала, минеральных веществ, витаминов и клетчатки. Ввиду наличия активной αамилазы добавка амарантовой эндоспермовой муки улучшает процесс брожения теста и хлебопекарные свойства готовых изделий. Отсутствие клейковинных белков делает ее незаменимой при разработке продуктов лечебного питания для больных целиакией. Сегодня это особенно актуально в мире.
Специалисты венгерской компании Gyermely Co (S. Tomoskozi, S. Szendi и др.) модифицировали процесс сепарирования при помоле зерна, что позволило получить новый продукт, отличный по составу от обычной и цельнозерновой муки. Продукт содержит около 20% белка, 3% липидов, 3% золы, 15% диетических волокон и существенно меньше крахмала.
Необычный состав нового продукта повлиял на его реологические свой ства (длительное время формирования теста, укрепление его структуры, повышение стабильности при замесе и др.), что должно учитываться при производстве хлебобулочных изделий. Пониженное содержание крахмала и специфический состав пищевых волокон обеспечивает более благоприятный гликемический индекс нового продукта и создание на его основе изделий функционального и лечебного назначений.
В современном мире все большее внимание исследователей и переработчиков зерна привлекают продукты из цельного зерна или обогащенные поверхностными слоями зерновки (оболочками, алейроновым слоем, зародышем). Цельнозерновые пищевые продукты оказывают разнообразный оздоровительный эффект: снижают риск инсульта на 30–36%, заболевания диабетом 2го типа – на 21–30%, болезни сердца – на 25–28%, способствуют нормализации веса (Zheng Moli и др., Китай).
Для более полного использования биологического потенциала зерна и усиления профилактических и лечебных свойств зерновых продуктов проводятся целевые исследования, разрабатывается рецептура, технологии и аппаратура, необходимые для практического внедрения такой продукции. Известно, что большая часть минеральных веществ, наиболее ценные из которых Mg, Fe, Cu и Zn, находятся в наружных слоях зерновки в виде солей фитиновой кислоты.
В форме фитатов они слабо доступны для организма человека. При сортовом помоле количество фитатов снижается, но, как недавно установлено, последние также необходимы, так как обладают противораковой и противоопухолевой активностью.
Для решения этого противоречия австралийские ученые (O. Buddrick и др.) предлагают при изготовлении цельнозернового хлеба использовать закваски и удлиненный срок брожения (5–7 ч), поскольку повышенная кислотность обеспечивает деградацию фитатов и увеличивает биодоступность минеральных веществ и фосфора.
На сессии «Зерновые продукты питания и здоровье» обсуждалось диетическое и лечебное значение продуктов из цельного зерна и мультизерновых продуктов. Особое внимание было уделено диетическим волокнам, их влиянию на обмен веществ, гликолитический индекс, антиканцерогенные и имуннодефицитные свойства (J. Van der Kamp, Нидерланды), а также введению в хлеб арабиноксиланов (H. Weili и др.).
Согласно данным Исследовательского института питания и здоровья, принятая в Китае система питания населения дефицитна по витаминам А, В1, В2, кальцию и цинку; поступление белка и углеводов близки к суточной потребности. Для ликвидации дефицита институт предлагает частично заменить сортовую пшеничную муку на обойную и цельнозерновую, а рисовую крупу – на шелушенный рис. При замене 50% высокосортной муки и шлифованного риса на 50% возрастет потребление диетических волокон и витамина В1, на 10–12% – витамина В2, кальция и цинка. У лучшению аминокислотного состава и оздоровлению питания населения должно способствовать введение мультизерновых продуктов и различных бобовых (W. Chunling и др.). Ферментативная обработка зерна и зернопродуктов, как способ повышения доступности биоактивных соединений, была рассмотрена на примере пророщенного обрушенного риса, включение которого в диету снижало содержание холестерина и сахара в крови (H.C. Lung). Р азрушение солей фитиновой кислоты при брожении теста с закваской обеспечивало обогащение хлеба дефицитными минеральными веществами – Mg, Fe, Cu, Zn в усвояемой форме. Для увеличения содержания минеральных веществ в муку предлагали вносить отруби (O. Buddrick и др.).
Ферментирование зерновых в Китае и в ряде других азиатских стран имеет вековые традиции. Ферментируются продукты из сырого или вареного риса, например, рисовая лапша, рисовый хлеб и порридж, рисовое молоко, вино и уксус, красный дрожжевой рис (Monascus). В природной ферментации принимают участие разнообразные группы микроорганизмов – сапрофиты (дрожжи, молочнокислые бактерии и плесневые грибы). В результате меняется вкус, запах, текстура продуктов. Улучшается их пищевая ценность, усвояемость и функциональность, они приобретают антибактериальную, антиоксидантную, а в случае красного риса и антиканцерогенную активность, ряд терапевтических эффектов (Lu Zhanhui, Yu Yanxia и др.).
Впервые канадские ученые (B.X. Fu, D.W. Hutcher и др.) представили результаты исследования влияния степени прорастания зерна твердой канадской пшеницы (CWAD) на мукомольные свойства и качество макарон. В помольных смесях с ЧП 152 с при содержании стекловидных зерен свыше 80% ухудшения натуры не выявлено. Общий выход продуктов помола не изменялся даже при ЧП 101 с, при этом лишь незначительно снижался выход семолины(макаронных крупок). Большинство показателей качества крупок, в том числе упругость клейковины, не менялось при снижении ЧП в исходном зерне до 101 с, однако рост потемневших включений в крупках наблюдался уже при ЧП 208 с. Ухудшение белизны макарон начиналось при ЧП 204 с и становилось очевидным при ЧП 123 с. В зерне твердой пшеницы с ЧП > 150 с заметного ухудшения мукомольных и макаронных свойств также не наблюдалось. Макаронные изделия, полученные из зерна пшеницы с ЧП < 150 с, были в целом более темными и содержали больше темных вкраплений. Влияние степени прорастания на крепость клейковины и структуру вареных макарон было минимальным.
На сессии «Современные технологии безопасного хранения» большой интерес представляли исследования американских ученых (D.E. Maier, L.H. Channaiah), посвященные разработке компьютеризованной системы контроля зерновой массы с использованием новых чувствительных датчиков диоксида углерода, обеспечивающих постоянный мониторинг условий хранения зерна в реальном времени.
Эксперименты, проведенные в течение трех лет в 20 различных зернохранилищах, показали, что датчики СО2 на 34 недели раньше, чем визуальный осмотр, констатируют процессы порчи, вызванные развитием насекомых и плесневых грибов, обнаруживают запах и наличие насекомых, а также обеспечивают контроль температуры. Исследованиями установлено, что условия безопасного хранения зерна соответствуют концентрации СО2 в межзерновом пространстве, не превышающие 300–600 мг/кг. Концентрации свыше 600 мг/кг свидетельствуют о начале микробиологических процессов порчи и/или развития насекомых. При концентрации СО2 1500–4000мг/кг наблюдается резкое усиление биоповреждений зерна. По мере увеличения содержания СО2 поражение зерна грибами нарастало от 2·102 до 6,5·107 КОЕ/г. На портящемся зерне были обнаружены грибы родов Aspergillus, Penicillium, Fusarium. Пробы, отобранные из силосов с высоким содержанием СО2, были загрязнены микотоксинами – афлатоксинами и фумонизинами. Интенсивное поражение зерна вредителями хлебных запасов (Cryptolestes pusillus, Sitophillus zeamаis) отмечалось при значениях СО2 свыше 1200 мг/кг.
Рассмотренная технология мониторинга СО2 – великолепное дополнение к практике безопасного хранения, так как обеспечивает сохранение количества, качества и безопасности зерновых запасов, ежегодные потери которых достигают в США миллионы долларов. В Китае, помимо «зеленых» технологий, развивается и широко внедряется комплекс современных мероприятий, обеспечивающих качественное безопасное хранение зерна. С 2004 по 2006 гг. Китайская корпорация зерновых резервов разработала специальный высокотехнологичный (high tech) проект оптимизации технологии и оборудования в области хранения и транспортирования зерна, в частности, информационную технологию активного вентилирования (Fu Pengcheng и др.). Информационная система вентилирования включает в себя: механическую систему вентилирования; систему мониторинга состояния зерновой массы, в состав которой входят микрокомпьютер, отвечающий за измерение и контроль параметров, деконцентратор, датчики температуры, влажности, газового состава воздуха и учетные ловушки для насекомых вредителей; компьютерную систему сбора и обработки результатов анализов, наблюдений, обеспечивающую выбор оптимальных технологических приемов обработки зерновой массы в соответствии с действующими требованиями к качеству и безопасности; автоматическую контролирующую систему; автоматический механизм, обеспечивающий выполнение технологических решений, принятых компьютерной системой.
В настоящее время информационная система вентилирования широко используется в семи китайских провинциях. Эта система помогает выбрать оптимальные продолжительность и условия вентилирования, обеспечивает автоматический контроль процесса с помощью компьютера и сохранность зерна с минимальными энерго и трудозатратами.
Хранение зерна и зернопродуктов в контролируемой атмосфере рассматривается как экологически безопасный прием – так называемая «зеленая» технология. В Китае подробно исследовано (Zeng Ling и др.) ее применение для хранения риса – ведущей зерновой культуры, составляющей основу питания более 70% населения страны. Рисовая крупа (milled rice) – один из наименее стойких объектов при хранении, ввиду удаления поверхностных защитных слоев зерновки и легкой доступности для развития плесневых грибов, насекомых и окислительных изменений под действием кислорода воздуха. Эти процессы приводят к снижению набухаемости риса, изменению цвета и вкуса, окислению жирных кислот, старению крахмала, изменению ферментативной активности.
Сопоставление различных способов модификации атмосферы показало, что наилучший эффект оказывает хранение при повышенном содержании СО2. Такая атмосфера подавляла увеличение кислотного числа жира, снижение вязкости крахмала, способствовала лучшему сохранению свежести риса, чем при хранении в азоте, вакууме или при недостатке кислорода.
Атмосфера, обогащенная СО2 (> 40%), активнее подавляла жизнедеятельность насекомых вредителей, чем при том же содержании азота. Это объясняется токсическим действием СО2 на насекомых. При отсутствии в газовой среде О2 и при содержании в нем более 20% СО2 наблюдалось так же существенное снижение активности плесневых грибов, причем с повышением влажности риса крупы должна возрастать и защитная концентрация СО2. Хранение в контролируемой атмосфере широко распространено в Китае для фасованного риса, ведутся работы по ее внедрению для хранения крупных партий.
Китай – одна из ведущих стран по производству и потреблению зернопродуктов, о чем свидетельствуют многочисленные сообщения на Конгрессе ICC. За последние годы существенно вырос урожай зерновых, валовой сбор зерна в 2011 г. составил 571 млн т. На Китай приходится 8,06% площади пахотных земель и 25% мирового сбора зерна. Страна занимает 1е место по производству риса и пшеницы, 2е место – по производству кукурузы. Ежегодно перерабатывается около 403 млн т зерна риса и пшеницы. На зерноперерабатывающий сектор приходится 41,2% всего пищевого производства. Однако индустриальная переработка охватывает лишь 25% общего производства пищевых продуктов, тогда как в развитых странах эта величина составляет 70–90%.
Очевидно, поэтому большая часть докладов, заслушанных на 14м Конгрессе ICC, была представлена учеными КНР и посвящена как общим вопросам хранения и переработки зерна и семян масличных культур, так и специфическим местным проблемам. В силу почвенноклиматических особенностей и недостаточной технической оснащенности зерновой отрасли зерно из Китая в 10–100 раз интенсивнее заражено микроорганизмами, чем зерно, импортируемое из США, Австралии, Франции, в том числе условнопатогенными (бациллами, плесневыми грибами, E. сoli), а также микотоксинами. Так, в провинции A nhui микотоксин стеригматоцистин был обнаружен во всех исследованных пробах пшеницы при среднем его содержании 161,3 мкг/кг. По данным зернового бюро S handong Jining (Lin Xiaoping, Wang Lu), 89,9% исследованных проб пшеницы было поражено токсикогенными грибами Aspergillus versicolor и содержало до 384 мкг/кг стеригматоцистина. Зерно часто загрязняется фумонизинами (в среднем – 27,5 мкг/кг). Разрабатываются национальные требования к экологически безопасным продуктам переработки зерна, в частности, к «стерильной муке» для использования ее при производстве продуктов: замороженных, ферментированных, не нуждающихся в высокотемпературной обработке. Микробиологические нормативы для «стерильной муки» следующие: общее количество бактерий ≤ 2000 КОЕ/г, бацилл ≤ 500 КОЕ/г, плесневых грибов ≤ 200 КОЕ/г, колиформ ≤ 50; остатки тяжелых металлов должны соответствовать стандартам ЕС.
В Китае для улучшения санитарного состояния зерна и зернопродуктов, их стабильного состояния при хранении предложено использовать микроволновую обработку на специальном оборудовании (Miao Wenjuan и др.; Wu Qing и др.). Особенно остро стоит вопрос хранения цельнозерновой пшеничной муки, широко используемой в китайской кухне. Были предложены 4 технологии для удлинения сроков безопасного хранения такой муки (Chen Hui и др.). Выделенные при помоле отруби рекомендуют подвергать стабилизирующей обработке трудирование, экспандирование), а затем возвращать в муку. Если обычная цельносмолотая мука сохраняет свои потребительские свойства не более месяца, то предложенные способы обработки значительно удлиняют этот период. Стабилизированные и обеззараженные отруби и зародыши рекомендуется вносить в национальные мучные продукты в количестве 10–30% для улучшения их пищевой ценности.
Международный мониторинг и контролирующая система безопасности продуктов питания, в особенности зерновых, являются одними из доминирующих направлений деятельности ICC (R. Poms, Австрия). Более 30 стран объединены в Систему быстрого оповещения по безопасности пищевых и кормовых продуктов (RAS FF), которая позволяет срочно обмениваться достоверной информацией о кризисных ситуациях и о безопасности продуктов. Эта информация основана на аналитических результатах сети аккредитованных по всему миру лабораторий (CRLS и NRLS ) и официальных контролирующих лабораторий, использующих общую базу данных и стандартизованные методы, позволяющие получать и обмениваться сопоставимыми результатами. Этот подход, особенно необходимый в условиях развития международных торговых связей, позволяет гарантировать безопасность материалов и продуктов, используемых потребителями во всем мире.
Еще одна сессия была посвящена микробиологическому загрязнению продуктов питания, в том числе контаминации зерна и зернопродуктов токсичными и канцерогенными метаболитами плесневых грибов – микотоксинами. Особое внимание было уделено прогрессивным разработкам быстрых иммуноферментных методов определения микотоксинов (Zhang Gaiping и др., Китай), количественных портативных быстрых тестеров (Zhang Qi и др., Китай) и биосенсоров на стеригматоцистин – предшественников афлатоксинов (Liu Daling и др., Китай). Д ля сверхточного определения микотоксинов предложена модификация сверхвысокоэффективной жидкостной хроматографии и массспектрометрии (R. Krska и др., Австрия).
Среди исследований этого направления представляет интерес разработанный учеными ВНИИЗа (Россия) приборный метод быстрого контроля заболевания хлеба, наиболее опасного для потребителей ввиду патогенности некоторых микробоввозбудителей, – вискозиметрический метод определения картофельной болезни хлеба (Л.С. Львова, Л.И. Мачихина, А.В. Яицких, О.И. Кизленко). Картофельная болезнь хлеба (КБХ) – это бактериальная порча, характеризующаяся специфическим неприятным запахом, сопровождающимся ферментным разрушением мякиша, который становится заминающимся, темным и липким вследствие гидролиза крахмала и белка и образования бактериальных внеклеточных слизистых полисахаридов. Основным возбудителем заболевания является Bacillus subtilis, а эпизодическими – Bacillus licheniformis, Bacilluspumilis и Bacillus cereus, обладающие активной αамилазой. Некоторые виды и штаммы считаются патогенными для человека. В России введен гигиенический норматив для пшеничной муки: мука не используется для хлебопекарных целей, если при пробной лабораторной выпечке хлеб из нее через 36 ч хранения во влажных условиях при 37°С имеет органолептические признаки КБХ. Однако органолептическая оценка признаков довольно субъективна и затруднительна , особенно на начальных этапах порчи, что часто приводит к конфликтным ситуациям.
Для решения этой проблемы во ВНИИЗе разработан объективный приборный метод, позволяющий точно определить время возникновения и интенсивность КБХ. Метод основан на вискозиметрическом измерении разжижающей активности бактериальной αамилазы, образуемой Bacillus subtilis при развитии в хлебе. Д ля вискозиметрического измерения ЧП в зерне и муке используют отечественный прибор ПЧП3 или его аналог. Субстратом в приборных пробирках служит картофельный крахмал, соответствующий определенным требованиям. В качестве источника фермента в пробирки вносят экстракт мякиша хлеба. По разнице значений числа падения в свежевыпеченном и хранившемся хлебе рассчитывают показатель разжижающей активности (РА) αамилазы в процентах. Значение Р А в здоровом хлебе колеблется в пределах 0–10%. При развитии КБХ разжижающая активность может нарастать до 96–97%.
Установлена тесная связь между РА, количеством споровых бактерий в хлебе (r = 0,934) и интенсивностью КБХ (r = 0,896). Динамика нарастания Р А зависит от скорости размножения популяции споровых бактерий и ее ферментативной активности.
Преимущества вискозиметрического метода определения КБХ:
- быстрота и простота выполнения (10–20 мин);
- объективность и точность определения Р А;
- возможность заблаговременной индикации КБХ и выбраковки больного хлеба – за 10–15 ч до визуального обнаружения КБХ;
- исключение из потребления хлеба с высокими уровнями бактеризации (до 50–100 млн спор/г), представляющего потенциальный риск для населения, поскольку некоторые виды и штаммы бацилл являются патогенными.
- Результаты исследований ученых ВНИИЗа по новым технологиям глубокой переработки пшеничных отрубей и семян амаранта, по новому методу определения КБХ вызвали значительный интерес у участников Конгресса. Так, главный инженер китайской компании по разработке пищевого оборудования г н . Hioojin заинтересовался новыми российскими технологиями и оборудованием по переработке отрубей и семян амаранта.
Рассмотренные на 14м Конгрессе ICC работы различных научных школ мира в области хранения и переработки зерна представляют основные современные и перспективные направления в исследованиях на ближайшие 4 года, т.е. до следующего конгресса, который состоится в Турции. Сегодня российские исследования занимают одну из ведущих позиций в современной науке о зерне.
Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт используя свою учетную запись