Биохимические и реологические свойства в оценке разных видов муки
Изучение реологических свойств теста позволяет быстро и с высокой степенью достоверности оценить качество муки, её целевое назначение и в определённой степени прогнозировать качество готовых мучных изделий.
хлебопекарные свойства муки зависят от многих факторов, а качество муки определяется совокупностью технологических и биохимических показателей, которые взаимосвязаны и прямо или косвенно влияют друг на друга, использование современных методов оценки (по ГОСТ Р 54498-2011 и ГОСТ ISO 17718-2015) большого количества показателей через интегральные индексы [3] представляет огромный интерес.
Такой комплексный подход к оценке качества муки может быть обеспечен при использовании прибора Миксолаб компании CHOPIN (Франция). Прибор Миксолаб в режиме реального времени измеряет вращающий момент (Н-м), возникающий между двумя тестомесильными лопастями при перемешивании теста из муки и воды в течение нескольких последовательных фаз замешивания, обусловленных разной температурой, что обеспечивает получение полной информации, позволяющей всесторонне оценить свойства муки, объективно определить её целевое назначение.
Цель исследований заключалась в сравнительной оценке биохимических и реологических свойств пшеничной, ржаной и тритикалевой муки с помощью прибора Миксолаб (протокол Chopin+).
В работе использовали пшеничную муку высшего, 1-го и 2-го сорта, ржаную обдирную муку, а также два образца тритикалевой муки - Т-60 (мука из центральной части эндосперма с выходом 40-45% и зольностью 0,6%) и Т-220 (вымол оболочек, включая измельчённые частицы зародыша и алейронового слоя; зольность 2,2%) [7]. Число падения (ЧП) определяли по ГОСТ Р 54498-2011, активность протеаз - модифицированным методом Ансона [6], амилолитическую активность - колориметрическим методом А.П. Рухлядьевой и М.Г. Горячевой [8].
Реологические свойства оценивали на приборе Миксолаб фирмы CHOPIN (Франция) по протоколу Chopin+, предполагающему 5 интервалов температур для исследования. Измеряемый крутящий момент в анализируемых точках графика на рис. 1 характеризует различные биохимические процессы.
Во время первой фазы замешивания (точка
С1 - образование теста) прибор обеспечивает образование теста с консистенцией 1,1+0,05 Н-м при температуре 30°С. Продолжительность этой фазы 8 мин. Оптимальная консистенция образуется путём подбора количества добавляемой воды.
На второй и третьей фазах замешивания регистрируется изменение консистенции теста при его нагревании до 90°С (точка
С2 - разжижение теста; точка
С3 - максимальная скорость клейстеризации крахмала). Общая продолжительность второй фазы составляет 15 мин (скорость нагрева 4°С/мин), третьей фазы - 7 мин. Во время этих фаз в тестомесилке поддерживается постоянная температура 90°С.
На четвёртой и пятой фазах измеряют консистенцию теста при его охлаждении до 50°С и выдерживании при этой температуре в течение 5 мин (точки
С4, С5 - начало и окончание ретроградации крахмала). Продолжительность этих фаз соответственно 10 и 5 мин. Скорость охлаждения на четвёртой фазе - 4°С/мин. Для анализа использовали расчётные значения углов наклона a, b и
g, характеризующих скорости биохимических реакций, а также водопоглотитель-ную способность теста (ВПС, %), продолжительность образования (мин) и стабильность (мин) теста.
Исследованиями установлены значения реологических показателей теста для всех образцов (табл. 1,2).
Данные миксограмм и радиальных диаграмм (Миксолаб Профай-лер) показали различия параметров реологического профиля и индексов миксолаба исследуемых образцов. Так, продолжительность образования и стабильность теста находятся соответственно в диапазоне от 0,85 мин (для ржаной обдирной муки) до 8,93 мин (для пшеничной муки высшего сорта) и от 2,18 мин (для ржаной обдирной муки) до 10,6 (для пшеничной муки 1-го сорта). У ржаной обдирной муки и тритикалевой муки Т-220 выявлена наибольшая скорость амилолиза: соответственно - 0,076 и - 0,66 Нм/мин, что может косвенно свидетельствовать о более высокой активности амилаз в данных образцах, по сравнению с другими образцами. Это подтверждается и наименьшими значениями ЧП - соответственно 203 и 174 с.
В табл. 3 приведены индексы всех исследуемых образцов муки.
Индекс ВПС закономерно увеличивается в образцах с большим содержанием периферийных частей. Индекс клейковины указывает на устойчивость белковой структуры при нагревании теста в интервале от 30 до 60°С [10, 11].
Интерпретация индекса клейковины представляет определённую сложность, поскольку при нагревании теста в интервале 30-60°С происходят два очень важных явления: гранулы крахмала начинают набухать, но их структура остаётся неизменной; действие а-амилазы, если и имеет место, то совсем незначительное. Изменение консистенции теста в большей степени связано с изменениями структуры клейковинных белков, в частности, с разрывом водородных связей или же с лучшей устойчивостью белков, которая также связана с их пространственной структурой, а, в итоге, с природой данных белковых комплексов [9, 10].
Клейковина - гидратированный белковый комплекс пшеницы, который отличается от запасных белков семян других растений, прежде всего, своими уникальными реологическими свойствами, являющимися основой хлебопекарных достоинств муки. В состав клейковины входят высокополимерные щёлочерастворимые белки - глю-тенины, которые содержат высоко-и низкомолекулярные фракции, а также спирторастворимые белки - глиадины.
Большинство глиадиновых белков построено из одной полипептидной цепочки (молекулярная масса 30-45 кДа) с внутримолекулярными дисульфидными связями. По электрофоретической подвижности глиадины условно разделяют на4 группы -а-, (3-,
у-, ю-глиадины, которые рассматривают как гено-типический признак вида и сорта пшеницы. В составе глиадина обнаруживается приметно 5-10% низкомолекулярных белков - альбуминов и глобулинов (молекулярная масса 11-12 кДа), а также около 6% высокомолекулярной фракции (низкомолекулярный глютенин) с молекулярной массой 104-125 кДа.
Глютенин пшеницы - это гетерогенная белковая фракция, состоящая из отдельных белков с молекулярной массой от 50 до 3000 кДа. При этом отдельные полипептидные цепочки соединены межцепочечными дисульфидными связями; при электрофоретическом разделении было обнаружено не менее 15 компонентов (Эварт, 1968 г.). Последние исследования отечественных учёных показали, что глютенин состоит из большого количества субъединиц с молекулярной
массой 100-300 кДа, тогда как на долю белков со сверхвысокой молекулярной массой и одноце-почечных молекул приходится не более 20% [5].
Реологические свойства клейковины и качество пшеничного хлеба зависят от наличия как высокомолекулярных субъединиц, так и низкомолекулярного глютенина и глиадина. Глютенин придаёт клейковине упругость, а глиадин обуславливает её растяжимость. Согласно концепции Вакара (1975 г.),
«...полипептидные цепочки глиадина в разных местах и с разными связями (дисульфидными, водородными, ионными и гидрофобными)[1] соединяются с полимеризованными молекулами глютениновой фракции, объединяя их в сложную трёхмерную сетку переплетающихся полипептидных цепей».
Признавая главенствующую роль глиадина и глютенина в формировании качества клейковины, необходимо также учитывать роль других соединений, которые взаимодействуют с клейковинными белками и влияют на структуру и свойства клейковины, а именно липи-дов, углеводов, ферментов (про-теазы и их белковых ингибиторов, амилазы, липоксигеназа) [3, 5].
Исследованиями учёных ФГБНУ «ВНИИЗ» установлено, что в образцах пшеничной муки отсутствует чёткая корреляция между индексом клейковины и показателями её количества и качества. В связи с этим индекс клейковины в ГОСТ Р 54498-2011 был переименован в «хлебопекарный показатель». Характеристика клейковины исследуемых образцов и сравнение её с индексами клейковины, полученными с использованием прибора Миксолаб, также не позволяет сделать однозначное заключение. Так, у образца пшеничной муки индекс клейковины равен 2; группа качества по показаниям прибора ИДК - II удовлетворительная крепкая (39, 49, 34 ед. приб. ИДК соответственно для высшего, 1-го и 2-го сорта). Тритикалевая мука образца Т-60 относится к 1 группе хорошей; образец Т-220 - ко II группе удовлетворительной слабой (соответственно 70 и 89 ед. приб. ИДК). При этом индекс клейковины у обоих образцов равен 5.
У образца тритикалевой муки Т-60 отмечен наибольший индекс вязкости 9, у ржаной обдирной муки он меньше в 2,25 раза, у пшеничной муки - более чем в 4,5 раза. С учётом других индексов, и в первую очередь индексов амилазы и замешивания, следует отметить, что вязкость теста из данных образцов муки зависит не только от активности амилаз, но и от состояния крахмала, его показателей качества, а также от наличия периферийных частей, содержащих некрахмальные полисахариды. Индекс ретроградации крахмала напрямую связан со способностью конечного продукта противостоять черствению и сохранять товарный вид [8, 10]. Высокие значения этого индекса присущи пшеничной муке высшего и 1-го сорта, а также тритикалевой муке Т-60 - соответственно 7, 6 и 8, что, вероятно,связано с более высоким содержанием крахмала и его структурными особенностями в этих образцах.
Для подтверждения изложенных предположений была изучена ферментативная активность на стандартном субстрате с целью оценки непосредственного влияния эндогенных ферментов на состояние белкового и углеводного комплексов разных видов муки. Известно, что гидролитические ферменты муки, в первую очередь, протеолитического и амилолитического действия, наряду с другими факторами, существенно влияют на основные биополимеры муки, на реологические свойства теста и, в итоге, на качество готового продукта [1].
Изучение ферментативной активности опытных образцов муки показало, что они различаются активностью протеаз и амилаз (рис. 2).
Из анализа и сравнения полученных данных с индексами миксолаба следует, что активность нейтральных протеиназ в большей степени коррелирует с индексом замешивания, чем с индексом клейковины. Возможно, это связано с температурным режимом, так как температурный оптимум при действии нейтральных протеиназ на собственные белки исследуемых зерновых культур составляет 40°С, а при 60°С теряется
2/
3 их активности [2].
Амилолитическая активность исследуемых образцов чётко коррелирует с индексом амилазы: наибольшая активность отмечена у ржаной обдирной муки (8,46 ед./мг белка) и тритикалевой муки Т-220 (10 ед./мг белка), что соответствует наименьшим индексам миксолаба.
Следует отметить, что между индексом вязкости (показатель характеризует фазу, при которой наибольшее количество физико-химических и биохимических параметров вступает во взаимодействие) и активностью амилаз такой чёткой корреляции не выявлено. Вероятно, в данном случае на показатель вязкости наибольшее влияние оказывают структурные особенности крахмала разных видов и сортов муки и присутствие в муке некрахмальных полисахаридов, как и предполагалось ранее. При этом не следует забывать, что целым значениям индексов миксолаба соответствует определённый интервал фактических данных [10].
В современных лабораториях большинства мукомольных предприятий качество муки принято анализировать по физико-химическим показателям: влажности, количеству и качеству клейковины, белизне, числу падения и др. Однако стремительно развивающийся рынок требует не только расширения сырьевой базы для производства хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий, но и ставит перед производителями муки задачи по дополнительному контролю ряда параметров для обеспечения стабильного результата при формовании теста и получении готовых изделий.
Реологические свойства теста как интегральные показатели, которые описывают состояние теста при замесе в течение всего технологического процесса, позволяют с высокой долей достоверности оценивать свойства зернового сырья и прогнозировать качество готового продукта. В то же время развитие мировой практики в области оценки качества и безопасности продуктов питания направлено на постоянное расширение перечня контролируемых показателей пищевого сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. По нашему глубокому убеждению, комплексные исследования биохимических и технологических свойств муки, реологических свойств теста с использованием различных методов и их сравнительный анализ, необходимы для правильной интерпретации и применения показателей, получаемых на приборе Миксолаб.
Литература
- Витол, И. С. Введение в технологии продуктов питания / И.С. Витол [и др.]. - М.: ДеЛи плюс, 2013.-720 с.
- Витол, И. С. Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале / И.С. Витол [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. - № 8. - С. 36-39.
- Дубцова, Г.Н. Молекулярно-биологические аспекты формирования липид-белковых комплексов и оценка их роли в структуре клейковины /Г.Н. Дубцова, А.П. Нечаев, М.И. Молчанов/В кн. «Растительный белок: новые перспективы». - М.: Пищепромиздат, 2000. - С. 100-121.
- Мелешкина, Е.П. О новых подходах к качеству пшеничной муки /Е.П. Мелешкина//Контроль качества продукции. - 2016. -№11.-С. 13-18.
- Нечаев, А.П. Пищевая химия. 6-е изд. / А.П. Нечаев [и др.]. -С.-Пб.: ГИОРД, 2015. - 672 с.
- Нечаев, А. П. Пищевая химия. Лабораторный практикум / А.П. Нечаев [и др.]. - С.-Пб.: ГИОРД, 2006. - 304 с.
- Панкратов, Г.Н. Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки / Г.Н. Панкратов [и др.] // Хлебопродукты. - 2016. -№1.- С. 60-62.
- Полыгалина, Г. В. Определение активности ферментов. Справочник / Г. В. Полыгалина, B.C. Чередниченко, Л.В. Римарёва. - М.: ДеЛи принт, 2003. - 375 с.
- Туляков, Д.Г. Оценка муки из зерна тритикале на основе реологических свойств с использованием системы Миксолаб / Д.Г Туляков [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2017. - № 1. - С. 20-23.
- Antanas, S. Studies regarding rheological properties of triticale, wheat and ryeflours/S. Antanas [et all] //J. of Horticulture, Forestry and Biotechnology. - 2013. -V. 17. - № 1. - P. 345-349.
- Dubat A. Le mixolab Profiler: un outil complet pour le controle qualite des bles et des farines/ A. Dubat // Industries des Cereales. -2009.-№161.-P. 11-26.
Д.Г. Туляков,
Е.П. Мелешкина, доктор техн. наук,
И.С. Витол, канд. биол. наук,
Статья опубликована в журнале:
Хлебопродукты. – 2017. - №6. – С.30-34.
[1] Прим. авт.: все типы связи играют важную роль в проявлении различий реологических свойств крепкой и слабой клейковины.