Технологические и биохимические показатели как составляющие качества муки тритикале
Читайте и узнаете:
• на каких принципах базируется оценка качества зерна;
• как взаимосвязаны показатели белизны и зольности при размоле зерна тритикале;
• о свойствах новых сортов муки
Резюме. Анализ хлебопекарных достоинств качества исследуемых образцов муки и хлеба, выпеченного в лабораторных условиях, подтвердил целесообразность формирования различных сортов муки из зерна тритикале путем смешивания трех основных потоков муки, которые имеют в составе различные анатомические части зерновки. Полученные данные позволят правильно оценить перспективу использования новых сортов тритикале- вой муки для продовольственных целей и биопотенциала зерна тритикале.
Проблема получения качественного зерна и продуктов его переработки приобретает особую актуальность в свете экологических задач, ограниченности ресурсов, создания новых сортов, привлечения нетрадиционных зерновых культур для продовольственных целей [1, 2, 3]. Это в полной мере относится к зерну тритикале — уникальной зерновой культуре, созданной человеком путем гибридизации пшеницы и ржи. Свое название культура получила в 1931 г. как комбинация латинских названий исходных родов: triticum — пшеница и secale — рожь [4]. Если до последнего времени тритикале чаще всего воспринималась как культура кормового и фуражного использования, то в настоящее время она находит все большее применение в хлебопекарной и кондитерской промышленности, в пивоварении, производстве спирта и алкогольных напитков [5, 6]. В Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в России, за 2016 г. внесено 68 сортов озимого и 13 сортов ярового тритикале, которые районированы практически во всех регионах Российской Федерации [7].
Оценка качества проводится путем исследования совокупности свойств продукта, причем перечень показателей может быть максимально доступным, а не только предусмотренным нормативными документами
[1]. Например, могут использоваться результаты новейших исследований состава сырья и продуктов переработки, а также влияния технологических процессов переработки на качественные показатели продукции [8].
Принципы оценки качества зерна
Система оценки качества зерна на всех этапах его производства и переработки, разработанная ФГБНУ «ВНИИЗ» [1, 2], базируется на:
1. едином критерии оценки качества семян, зерна, зернопродуктов — качестве хлеба;
2. системе стандартов, основанной на единых показателях качества;
3. взаимоувязанных нормативных показателях хлебопекарных свойств семян, зерна и зернопродуктов;
4. единых методах оценки качества семян, зерна и зернопродуктов;
5. использовании единого комплекса приборов и лабораторного оборудования для оценки качества семян, зерна и зернопродуктов.
Данные принципы сформулированы в результате многолетней работы ученых ВНИИЗ и действуют для зерна и муки из мягкой пшеницы. Технологические и биохимические показатели качества зерна тритикале и тритикалевой муки, предназначенной для продовольственных целей, изучены сравнительно мало, что объясняет незначительный объем их использования для продовольственных целей. Однако мука и другие продукты переработки зерна тритикале могут с успехом применяться в производстве различных продуктов питания.
Новые сорта зерна тритикале и продукты его переработки всесторонне изучаются для выявления комплекса показателей, обеспечивающих объективную характеристику технологических свойств и пищевой ценности получаемых продуктов. Высокий технологический потенциал был выявлен у 54 образцов 17 сортов тритикале урожая 2011–2013 гг. Для лабораторных помолов были взяты 6 проб зерна тритикале сортов: «Топаз» (2011, 2012 гг.), «Сколот» (2012 г.), «Вокализ» (2012 г.), «Трибун» (2012 г.), «Донслав» (2012 г.).
Так, были получены следующие значения показателей качества исследуемых проб:
? стекловидность — 55–72 %,
? натура
[2] — 715–737 г/л,
? масса 1000 зерен — 40–44 г,
? зольность — 1,85–1,89 %,
? содержание сырой клейковины — 17–24 %,
? деформация клейковины — 46–64 ед. ИДК,
? число падения
[3] — 74–175 с,
? содержание белка — 12–13 %.
Поскольку исследуемые образцы зерна тритикале не содержали сорную и зерновую примеси, технологический процесс подготовки к помолу включал только гидротермическую обработку зерна: его увлажняли до 14–15 % и отволаживали
[4] в течение 12 часов [9]. Технологический процесс размола зерна включал 4 драные, 6 размольных и 2 вымольные системы. Параметры и режимы измельчения соответствовали рекомендованным Правилами организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах для сортовых помолов пшеницы по сокращенной технологической схеме [10].
Взаимосвязь белизны и зольности
Анализ 12-ти отдельных потоков муки каждого помола позволил выявить определенные закономерности. Так, на рис. 1 представлена взаимосвязь белизны и зольности отдельных потоков муки с коэффициентом корреляции R = 0,86.
В связи с тем, что выявлена относительно высокая линейная корреляционная зависимость между зольностью и белизной (коэффициент корреляции со- ставил 0,86), в дальнейшем при формировании сортов тритикалевой муки использовали показатель зольности.
Для зерна тритикале и муки из него значимой корреляции между содержанием белка и количеством клейковины не установлено (коэффициент корреляции R = 0,22). Содержание клейковины в отдельных потоках муки с драных и размольных систем не имело четко выраженной закономерности. Однако из муки с последних систем (6-й размольной и двух вымольных систем) отмыть клейковину не удалось. В то же время наибольшее количество белка содержали потоки муки именно с данных систем. Максимальное (до 25%) содержание белка имели отдельные фракции отрубей.
Формирование качества муки
Процесс размола и формирования качества муки в виде кумулятивных кривых зольности показан на рис. 2.
Установлено наличие 3-х этапов формирования муки, что достаточно четко видно из графиков кумулятивных кривых. Более того, статистический анализ показал достоверность представления кумулятивных кривых в виде трех линейных отрезков.
Первый этап заключался в извлечении центральной части эндосперма с выходом муки 40– 45% и зольностью 0,63% и включал 1, 2 и 3-ю размольные системы. Условно данному потоку муки присвоено буквенное обозначение А.
Второй этап состоял из 5–7 технологических систем и характеризовался выходом тритикалевой муки в количестве 25–26% и зольностью 0,91%. Условно этому потоку муки присвоено буквенное обозначение Б.
Третий этап состоял из вымола оболочек с выходом муки 5–7 % и зольностью 2,05% и включал 6-ю размольную систему и вымольные системы. Условное обозначение потока муки — В.
В дальнейшем муку каждого из этапов смешивали, в результате чего было получено 5 отдельных сортов (типов) муки. Так, мука Т-600 представляла собой поток А, мука Т-700 — смесь потоков А+Б, мука Т-800 — смесь потоков А+Б+В, мука Т-1200 — смесь потоков Б+В, мука Т-2000 — поток В. Все сформированные сорта муки из зерна тритикале были проанализированы по таким технологическим показателям качества, как белизна, зольность, количество и качество клейковины (табл. 1).
Технологические свойства полученных сортов муки
Наилучшими технологическими свойствами обладал образец муки Т-600, представлявший собой фракцию центральной части эндосперма и существенно отличавшийся по белизне, зольности, количеству и качеству клейковины. Таким образом, проведенные исследования позволяют оценить технологические свойства новых сортов муки из зерна тритикале как высокие с преобладанием пшеничного фенотипа. Установлено, что для тритикале характерно отсутствие значимой зависимости между содержанием клейковины и белка как в зерне, так и в отдельных потоках муки. Выявлена ожидаемая тенденция повышения содержания белка в потоках муки на последних системах размола зерна. Анализ общего содержания основных биополимеров в сформированных сортах муки тритикале представлен в табл. 2.
Количественное соотношение и свойства фракций растворимых белковых веществ зерна представляет не только теоретический, но и практический интерес для технологий, использующих зерно в качестве основного сырья. Несмотря на то, что разделение белковых веществ по растворимости в целом условно, тем не менее оно широко используется. Однако многие вопросы остаются до сих пор до конца невыясненными. Это связано чаще всего с различием методических подходов исследователей.
Определение растворимого белка проводили по методу Лоури, фракционного состава белков — по методу Осборна: альбумины выделяли дистиллированной водой, глобулины — 10% раствором NaCl, проламины — 70 % этанолом, глютелины — 0,2% раствором NaOH [11].
Изучение фракционного состава растворимых белков сформированных сортов тритикалевой муки показало, что образцы Т-600 и Т-700 отличаются наименьшим содержанием альбуминов и глобулинов, но наибольшим содержанием проламинов и глютелинов, которые сосредоточены в эндосперме и формируют клейковину. Главная часть альбуминов и глобулинов обнаруживается в образцах муки Т-1200 и Т-2000 — очевидно, это связано с присутствием в них измельченного зародыша и алейронового слоя
[5]. В образце муки Т-800 процентное соотношение всех фракций примерно одинаково и составляет 20–25%, данный образец был сформирован путем смешивания 3-х основных потоков муки, которые характеризуются различным анатомическим составом зерновки
[6] (табл. 3).
Существенную роль в процессах, протекающих в зерне при его хранении и переработке, играют протеолитические ферменты
[7]. Мука, получаемая при механическом воздействии на зерно, нарушении его целостности и в определенной степени разрушении клеточной структуры, представляет собой, с био- химической точки зрения, совершенно другой объект исследования, в котором активируются в первую очередь окислительные и гидролитические процессы, в том числе процессы, связанные с протеолизом эндогенных белков.
При изучении протеолитических ферментов зерна тритикале было выявлено три типа протеиназ, активно гидролизующих бычий сывороточный альбумин (стандартный субстрат) и собственные белки: кислые протеиназы с оптимумом рН 3,5; нейтральные — с оптимумом рН 6,5; щелочные — с оптимумом рН 9,5 [12]. В табл. 4 представлены данные об активности кислых и нейтральных протеиназ сформированных сортов тритикалевой муки. Извлечение протеаз проводили, как описано в [12], их активность определяли с помощью модифицированного метода Ансона [11].
Анализ активности кислых и нейтральных протеиназ в сформированных сортах муки косвенно свидетельствует о том, что в зерне тритикале часть протеолитической активности связана с белками клейковины. Но наибольшая активность была отмечена у образцов Т-800 и Т-1200, то есть, с большой долей вероятности, это белки зародыша и субалейронового слоя. При этом активность нейтральных протеаз оказалась в 1,5–2,0 раза выше активности кислых протеиназ.
Величина протеолитической активности в сформированных сортах тритикалевой муки имеет принципиальное значение наряду с другими биохимическими показателями, поскольку протеиназы способны активно гидролизовать собственные белки, в том числе и клейковины, что в конечном счете сказывается на технологическом процессе и готовом продукте. Кроме того, протеолитические ферменты участвуют в регуляции активности других ферментных систем, например амилаз.
Еще одна важная технологическая и биохимическая характеристика, которая наряду с другими показателями определяет хлебопекарные достоинства муки, — активность амилолитических ферментов
[8] зерна и муки. Ее оценка проводилась с помощью метода определения числа падения (табл. 5).
Нормальная амилолитическая активность пшеничной муки характеризуется величиной числа падения на уровне 230–330 с, для ржаной муки этот показатель примерно на 100 с меньше. Полученные при исследовании образцов тритикалевой муки значения числа падения (табл. 4) свидетельствуют о том, что активность амилаз (кроме образца муки Т-2000) сходна с активностью этих ферментов в пшеничной муке, что наряду с другими показателями подтверждает преобладание в исследуемом нами зерне тритикале пшеничного фенотипа. Таким образом установлено, что новые сорта муки имеют принципиальные отличия по фракционному составу белков, активности кислых и нейтральных протеиназ, а также амилолитической активности.
Пробная выпечка
На заключительном этапе исследований для изучения хлебопекарных свойств новых сортов муки из зерна тритикале проведены пробные лабораторные выпечки хлеба с использованием метода Госкомиссии по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур (рис. 3) [9].
Показатели качества хлеба из муки тритикале и его органолептическая оценка представлены в табл. 6. Хлеб, выпеченный из новых сортов муки, за исключением муки Т-2000, характеризовался хорошим объемным выходом — от 400 до 450 см3 /100 г муки. Хлеб из муки Т-2000 имел небольшой объемный выход — 290 см3 /100 г муки, однако для данного вида муки такое значение показателя является удовлетворительным. Хлеб из муки Т-600 и Т-700 имел отличный внешний вид, правильную форму, верхнюю корку темно- желтого цвета, что соответствует муке из тритикале, светлый, эластичный мякиш и равномерную пористость.
У образца муки Т-800 суммарная хлебопекарная оценка была несколько ниже, чем у муки Т-600 и Т-700 из-за некоторых неровностей верхней корки хлеба и ее цвета, а также неравномерной пористости мякиша. Однако хлеб именно из этого сорта тритикалевой муки имел лучшие показатели объемного выхода и пористости. У образца муки Т-1200 хлебопекарная оценка снижена за счет неровной формы, на поверхности подового хлеба отмечена небольшая трещина, мякиш имел неравномерную, толстостенную пористость. Самую низкую хлебопекарную оценку имел образец муки Т-2000. Хлеб, выпеченный из этой муки, имел плотный мякиш и корку темного цвета, а также низкий объемный выход.
Справка
Натура (насыпная плотность) — отношение массы зерна к объему, который занимает зерно после свободной, равномерной и стабильной засыпки в мерку (измерительный контейнер) пурки. Примечание. Натура выражается в граммах на один литр, а также в килограммах на один гектолитр при установленной влажности зерна. Пурка — средство измерения, предназначенное для определения натуры зерна путем отмеривания объемной единицы зерна — одного литра или одного гектолитра, которую затем взвешивают на весах. ГОСТ Р 54895-2012
Использованная литература:
1. Мачихина Л.И. Научные основы продовольственной безопасности зерна (хранение и переработка) / Л.И. Мачихина, Л.В. Алексеева, Л.С. Львова. — М.: ДеЛи принт. — 2007. — 382 с.
2. Мелешкина Е.П. Развитие системы оценки хлебопекарных свойств зерна пшеницы при его производстве и переработке: Автореф. — М.: МГУПП. — 2006. — 55 с.
3. Мелешкина Е.П. Оценка качества зерна тритикале / Е.П. Мелешкина, И.А. Панкратьева, О.В. Политуха, Л.В. Чиркова, Н.С. Жильцова // Хлебопродукты. — 2015. — № 2. — С. 48–49.
4. Тритикале — первая зерновая культура, созданная человеком (пер. с англ.). — М.: Колос, 1978. — 285 с.
5. Витол И.С. Введение в технологии продуктов питания / И.С. Витол, В.И. Горбатюк, Э.С. Горенков, Н.Г. Ильяшенко, Д.В. Карпенко, А.В. Коваленок, А.А. Кочеткова, Н.Д. Лукин и др. — М.: ДеЛи плюс. — 2013. — 720 с.
6. Карчевская О.В. Научные основы и технологические аспекты применения зерна тритикале в производстве хлебобулочных изделий / О.В. Карчевская, Г.Ф. Дремучева, А.И. Грабовец // Хлебопечение России. — 2013. — № 5. — С. 28–29.
7. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т.1. Сорта растений (офиц. изд.). — М.: ФГБНУ Росинформагротех, 2016. — С. 18–19.
8. Колеснов А.Ю. Биохимические системы в оценке качества продуктов питания / А.Ю. Колеснов. — М.: Пищевая промышленность. — 2000. — 416 с.
9. Методика Государственного сортоиспытания сельскохозяйственных культур /под общей ред. М.А. Федина. — М.: Госагропром СССР, государственная ко- миссия по сортоиспытанию сельскохозяйственных культур. — 1988. — 121 с.
10. Правила организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах. Ч. 1. — М.: ВНПО «Зернопродукт». — 1991. — 74 с.
11. Нечаев А.П. Пищевая химия. Лабораторный практикум / С.Е. Траубенберг, А.А. Кочеткова, В.В. Колпакова, И.С. Витол, И.Б. Кобелева. — СПб.: ГИОРД. — 2006. — 304 с.
12. Витол И.С. Белково- протеиназный комплекс зерна тритикале / И.С. Витол, Г.П. Карпиленко, Р.Х. Кандроков, А.А. Стариченков, А.И. Коваль, Н.С. Жильцова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2015. — № 8. — С. 36–39.
Е.П. Мелешкина, председатель МТК 002, директор ФГБНУ «ВНИИЗ»,
д-р техн. наук;
Г.Н. Панкратов, ведущий научный сотрудник ФГБНУ «ВНИИЗ»,
д-р техн. наук, профессор;
Р.Х. Кандроков, старший научный сотрудник ФГБНУ «ВНИИЗ»,
канд. техн. наук;
И.С. Витол, старший научный сотрудник ФГБНУ «ВНИИЗ»,
канд. биол. наук, доцент;
Д.Г. Туляков, младший научный сотрудник ФГБНУ «ВНИИЗ»
Статья опубликована в журнале:
Контроль качества продукции. – 2017. - №2. – С.38-44.
[1] ГОСТ Р 52189-2003 «Мука пшеничная. Общие технические условия» введен 01.01.2005 г. Постановлением Госстандарта России № 420-ст от 29.12.2003 г.
[2] См. ГОСТ Р 54895-2012 «Зерно. Метод определения натуры». Введен в действие Приказом Росстандарта № 51-ст от 23.04.2012 г.
[3] См. ГОСТ 30498-97 (ИСО 3093-82) «Зерновые культуры. Определение числа падения». С 01.07.2017 г. заменяется на ГОСТ ISO 3093-2016 «Зерно и продукты его переработки. Определение числа падения методом Хагберга-Пертена».
[4] Отволаживание — стадия гидротермической обработки зерна, а именно выдержка увлаж- ненного зерна перед помолом в течение определенного времени.
[5] Алейроновый слой — наружный слой клеток эндосперма, непосредственно прилегающий к семенной оболочке, характеризуется высоким содержанием белков, ферментов, других био- логически активных веществ.
[6] Зерновка — односемянной плод, околоплодник которого плотно срастается с семенной кожурой. Типичен для злаков.
[7] Протеолитические ферменты катализируют гидролиз белков и пептидов по пептидным связям.
[8] Амилолитические ферменты — ферменты, катализирующие гидролиз крахмала по гликозидным связям с образованием декстринов (промежуточные продукты гидролиза крахмала с различной молекулярной массой) и дисахарида мальтозы.