Перспективы использования ингредиентов, содержащих пищевые волокна вторичных продуктов переработки зерна, для стабилизации структуры пищевых систем

Анализ основных трендов на рынке пищевых продуктов показывает, что для мотивации производителей пищевых продуктов доминирующими являются: повышение значимости структуры продукта, переход к использованию органических ингредиентов и «чистой» этикетке. Очевидно, что получить необходимую структуру продукта возможно только используя соответствующие ингредиенты.

В последние годы резко повысился интерес к отходам зерноперерабатывающей отрасли как возобновляемому сырью, содержащему комплекс биологически-активных веществ. Это вызывает необходимость научно-обоснованных решений по применению этих отходов в качестве источника дополнительного сырья для производства пищевых ингредиентов для различных отраслей промышленности.

Важная роль при этом принадлежит пищевым волокнам, которые рассматриваются в контексте как их физиологического воздействия на организм человека, так и их влияния на технологические свойства пищевых продуктов, придавая им необходимую структуру, стабильность, повышая их качество, выход продукта.

В ФГБНУ «ВНИИЗ» проводятся исследования по ферментативной трансформации вторичных продуктов переработки зерна пшеницы, овса, тритикале в пищевые ингредиенты, содержащие растворимые и нерастворимые пищевые волокна при сохранении нативной структуры пищевых волокон и биологически-активных веществ, ассоциированных с ними.

Эти ингредиенты обеспечивают прогнозируемые изменения структуры того продукта, в который они вносятся. Одно из важнейших свойств пищевых волокон как с точки зрения их функциональных (нутрицевтических), так и с позиций их применения в технологии - их сорбционная способность, в частности, их водопоглотительная способность (ВПС). Суммарный сорбционный потенциал пищевых волокон обусловлен количеством и составом компонентов комплекса пищевых волокон, особенностями их пространственной структуры, наличием на поверхности макромолекул различных функциональных групп, способом получения и многими другими.
Как показали наши исследования, ингредиенты, полученные путем ферментативной модификации из различных фракций вторичных продуктов переработки пшеницы, овса и тритикале, различаются по содержанию и составу комплекса пищевых волокон и сопутствующих им компонентов.

Установлены закономерности изменения ВПС ингредиентов в зависимости от химического и гранулометрического состава, морфологических особенностей фракций исходного сырья, а также состава комплекса пищевых волокон получаемых ингредиентов. В наших исследованиях установлено, что определяющее влияние на ВПС ингредиентов оказывает содержание нерастворимых пищевых волокон. Так, повышение массовой доли нерастворимых пищевых волокон в ингредиентах, полученных путем ферментативной модификации, на 60-240%, сопровождается ростом ВПС на 60-270% [1,2].

Установлена устойчивая тенденция роста ВПС с увеличением гранулометрического состава частиц ингредиента и соответствующего повышения степени полимеризации нерастворимых волокон. ВПС крупных фракций ингредиентов имеет более высокие значения по сравнению с мелкими (таблицы 1 и 2) [3].
 
Таблица 1 - Характеристика реологических свойств теста с внесенными ингредиентами, содержащими нерастворимые пищевые волокна вторичных продуктов переработки зерна
 

 
Исследования реологических свойств теста на фаринографе показали, что внесение при замесе теста ингредиентов, содержащие нерастворимые пищевые волокна, оказывает значимое влияние на показатели, определяющие консистенцию теста: ВПС и разнонаправленное изменение разжижения теста [3,4,5]. При этом отмечается улучшение структурно-механических свойств теста, что характеризуется более высокими значениями валориметрической оценки по сравнению с контролем, т.е. без внесения ингредиента (таблица 1).

Все ингредиенты, полученные из вторичных продуктов переработки зерна имеют высокую ВПС: от 8,0 г воды на 1 г ингредиента до 4,3 г/г  (таблица 2).

Поверхность пищевых волокон включает в себя систему пор, размеры которых в зависимости от морфологического строения источника пищевых волокон могут изменяться в достаточно широких пределах. Это в значительной мере определяет прочность удерживания воды пищевыми волокнами (ВУС). В набухшем полимере различают две формы связи воды: связанную (гидратационную) и свободную (капиллярную). Свободная вода не ассоциирована с волокнами. Связанная вода более прочно удерживается волокнами и для ее удаления требуются значительные затраты энергии.

Выявлены существенные различия в количестве свободной влаги, не ассоциированной волокнами, определяемые морфологическими особенностями строения пищевых волокон различных ингредиентов (таблица 2).
 
Таблица 2 Характеристика сорбционного потенциала ингредиентов, содержащих нерастворимые пищевые волокна из вторичных продуктов переработки зерна
 

 
Соотношение количества свободной и связанной влаги в каждом конкретном ингредиенте, содержащем нерастворимые пищевые волокна, во многом определяет его свойства в процессе производства и дальнейшего хранения продукта. Результаты определения сорбционного потенциала позволяют прогнозировать возможности их использования в качестве ингредиентов со свойствами стабилизаторов пищевых систем [1,2,6].
Разработана технология выделения растворимых пищевых волокон из вторичных продуктов переработки зерна с последующим их концентрированием. Гидратация полученного продукта осуществляется при температуре 30-400С. Растворы, содержащие растворимые пищевые волокна различной концентрации, бесцветны, имеют вид густого коллоидного раствора, который сохраняет свою консистенцию в течение 3-5 дней. Явление синерезиса проявляется раньше в более концентрированных растворах.
Известно, что пищевые волокна являются эффективными загустителями водных систем. Изучение способности полученных ингредиентов, содержащих растворимые пищевые волокна, изменять реологические свойства водных систем проводили путем измерения кинематической вязкости растворов различной концентрации при температурах в диапазоне 200-600С на вискозиметре.
Абсолютная вязкость водного коллоидного раствора концентрацией 0,5% при 200С составила 15,2 хЮ-ЗПаС, последующий его нагрев с 200С до температуры 500-600С сопровождается снижением вязкости до 9,5 х10-ЗПаС. Напротив, последующее охлаждение с 500-600С до 200С - повышением вязкости (рисунок 1). На графике представлено изменение абсолютной вязкости коллоидных растворов концентрацией 0,05%; 0,2%; 0,5% при 200С; 400С и 600С.
Зависимость изменения абсолютной вязкости водных коллоидных растворов, содержащих растворимые пищевые волокна, от концентрации представлена на рисунке 2. Как видно из графика, зависимость вязкости в диапазоне концентраций 0,05% - 0,5% имеет практически линейный характер.

 
Рисунок 1 Изменение абсолютной вязкости коллоидного раствора в зависимости от его температуры при концентрации растворимых пищевых волокон 0,05%; 0,2%; 0,5%
 

 
Рисунок 2. Изменение абсолютной вязкости коллоидного раствора в зависимости от концентрации растворимых пищевых волокон при температурах раствора 20°С; 40°С; 60°С.
 
Способность пищевых волокон придавать водной системе определенную вязкость широко используется на практике. Их применяют в тех случаях, когда жир или масло необходимо заменить водой. «Загущенная» вода является компонентом, придающим продукту «тело», а также улучшающим структуру и «ощущение во рту».

Список литературы:

1. Н.А. Игорянова. Сорбционный потенциал дисперсий, содержащих пищевые волокна зерна //«Перспек­тивные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» Сборник научных трудов. М. 2016. ВНИИПБТ (ВНИИ пищевой биотехнологии). С.332-335.
2. Игорянова Н.А., Мелешкина Е.П., Кандроков Р.Х. Перспективные источники возобновляемого зернового сырья для создания новых пищевых ингредиентов с заданными свойствами // Материалы международной на­учно-практической конференции «Роль тритикале в стабилизации производства зерна, кормов и технологии их использования». ООО «Издательство «ЮГ», г. Ростов-на-Дону. Часть 2. С.122-128.
3. Игорянова Н.А. Пищевые ингредиенты, содержащие нерастворимые пищевые волокна из побочных про­дуктов переработки пшеницы и овса, с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения - ингредиенты с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения / «Биотехнология: со­стояние и перспективы развития». Материалы Международного 17-20 марта 2015г. М. часть 1.-С.418-419 (элек­тронный ресурс).
4. Игорянова Н.А., Коломиец С.Н. Пищевые волокна из побочных продуктов переработки зерна - ингредиен­ты с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения // Биотехнология и качество жизни. Матер. Международной научно-практической конференции 18-20 марта 2014г.- М.: ЗАО «Экспобиохимтехнологии», РХТУ им. Д.И. Менделеева, - 2014г.- С.369-370.
5. Игорянова Н.А., Коломиец С.Н. Растворимые пищевые волокна из побочных продуктов переработки овса для хлебопечения // Актуальные проблемы повышения конкурентоспособности продовольственного сырья и пищевых продуктов в условиях ВТО: Сборник материалов всерос. научно-практической конфер. /ГНУ ВНИИМС, Углич. - М.: Россельхозакадемия, -2013г.- с.114
6. Игорянова Н.А. Водопоглотительная и водоудерживающая способность концентрированных дисперсий из вторичных продуктов переработки пшеницы и овса// Материалы Международной научно-практической конфе­ренции, посвященной памяти В.М. Горбатова. 2015.№1.С.203-205.

 
 

---