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
  1. Витол, И. С. Введение в технологии продуктов питания / И.С. Витол [и др.]. - М.: ДеЛи плюс, 2013.-720 с.
  2. Витол, И. С. Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале / И.С. Витол [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. - № 8. - С. 36-39.
  3. 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.
  4. Мелешкина, Е.П. О новых подходах к качеству пшеничной муки /Е.П. Мелешкина//Контроль качества продукции. - 2016. -№11.-С. 13-18.
  5. Нечаев, А.П. Пищевая химия. 6-е изд. / А.П. Нечаев [и др.]. -С.-Пб.: ГИОРД, 2015. - 672 с.
  6. Нечаев, А. П. Пищевая химия. Лабораторный практикум / А.П. Нечаев [и др.]. - С.-Пб.: ГИОРД, 2006. - 304 с.
  7. Панкратов, Г.Н. Техноло­гические свойства новых сортов тритикалевой муки / Г.Н. Панкратов [и др.] // Хлебопродукты. - 2016. -№1.- С. 60-62.
  8. Полыгалина, Г. В. Опреде­ление активности ферментов. Справочник / Г. В. Полыгалина, B.C. Чередниченко, Л.В. Римарёва. - М.: ДеЛи принт, 2003. - 375 с.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.
 

 
Наверх ↑