Реологические свойства разных видов муки и композиционных смесей

Использование тритикале, как продовольствен­ной культуры, представляет собой перспективное направление для перерабатывающих отраслей пищевой индустрии. Поскольку хлебопекарные свойства муки зависят от большого количества факторов, а качество муки определяется сово­купностью целого ряда технологических и биохи­мических показателей, которые взаимосвязаны и оказывают либо прямое, либо косвенное влияние друг на друга, использование современных мето­дов оценки большого количества показателей че­рез интеграционные индексы представляет огромный интерес.

Цель исследований заключалась в выявлении взаимосвязи показателей реологических свойств теста из пшеничной, ржаной и тритикалевой муки, а также композиционных смесей пшеничной и три­тикалевой муки с использованием прибора Миксо-лаб (протокол «Chopin+»), с биохимическими свойствами исследуемой муки. Данные миксо-грамм и радиальных диаграмм (профайлер Миксо-лаба) показали различия в параметрах реологиче­ского профиля и индексов Миксолаба для муки разных видов и сортов. Изучение протеолитиче-ской и амилолитической активности исследуемых образцов муки выявило неоднозначный вклад этих ферментов в значения соответствующих индексов Миксолаба. Исследование реологических характе­ристик композиционных смесей на основе пшенич­ной муки высшего сорта и тритикалевой муки сор­та Т-60 выявило закономерное снижение времени замеса (до достижения стабильности) с увеличени­ем в смеси доли тритикалевой муки. «Индекс за­меса» снижается уже при добавлении 10% трити­калевой муки. «Индекс ВПС» начинает снижаться при 40%-ном содержании тритикалевой муки в смеси; при этом «Индекс амилазы» и «Индекс ретроградации крахмала» не изменяются. Был сделан вывод о том, что для правильной интерпретации и более полного понимания практического применения индексов, полученных на приборе Миксолаб, необходимы комплексные исследования технологи­ческих, биохимических и реологических характери­стик муки и теста.

 
Введение
Тритикале — это зерновая культура, по­лученная скрещиванием пшеницы (Triticum) с рожью {Secale). В Государственный ре­естр селекционных достижений, допущен­ных к использованию в России (2016 г.), внесено 68 сортов озимого тритикале и 13 сортов ярового тритикале. Все новые сорта тритикале рекомендованы для про­довольственных целей [1].

Использование тритикале, как продо­вольственной культуры, представляет собой интересное, перспективное направление для перерабатывающих отраслей пищевой индустрии. Биопотенциал тритикале зави­сит, в первую очередь, от сортовых осо­бенностей и условий выращивания. Пищевая ценность связана с высоким содержанием белка, незаменимых аминокислот, сбалан­сированностью аминокислотного состава. Биологическая ценность зерна тритикале обусловлена преобладанием водо- и солерастворимых фракций белка и, как след­ствие, более высокой степенью усвоения белков тритикале, а также наличием вита­минов, макро- и микроэлементов.

Методы оценки большого количества показателей через интеграционные индексы с использованием современного лабора­торного оборудования позволяют не только упростить проведение трудоемких анали­зов, но и обеспечить комплексный подход к оценке хлебопекарных свойств муки, ко­торые, как известно, зависят от большого количества взаимосвязанных между собой факторов. Такой комплексный подход к оценке качества муки на основе изучения реологических свойств теста может быть обеспечен при использовании прибора миксолаб производства компании CHOPIN (Франция) [2]. Прибор миксолаб в режиме реального времени измеряет вращающий момент в Н^-м, возникающий между двумя тестомесильными лопастями при переме­шивании  теста из  муки  и воды в течение нескольких, последовательных фаз замеса, обусловленных разной температурой, что обеспечивает получение полной информа­ции, позволяющей всесторонне оценить свойства муки, объективно определить ее целевое использование.

Цель исследований заключалась в срав­нительной оценке биохимических и реоло­гических свойств (с использованием прибо­ра миксолаб (протокол «Chopin+») пше­ничной, ржаной и тритикалевой муки, а также композиционных смесей пшеничной и тритикалевой муки.

Объекты и методы исследования
В работе использовали пшеничную муку высшего, 1- и 2-го сортов, ржаную обдир­ную муку, а также тритикалевую муку 2 образцов: Т-60 (мука из центральной ча­сти эндосперма с выходом муки 40-45% и зольностью — 0,60%) и Т-220 (вымол обо­лочек, включая измельченные частицы за­родыша и алейронового слоя, и зольностью - 2,20%) [3].

Композиционные смеси состояли из пшеничной муки высшего сорта с добавле­нием тритикалевой муки Т-60 в количествах 10, 20, 30, 40, 50, 60% от общего содер­жания. Число падения (ЧП) определяли по ГОСТ 27676-88, активность протеаз - мо­дифицированным методом Ансона, амилолитическую активность — колориметриче­ским методом А. П. Рухлядьевой и М.Г. Горячевой [4].

Оценку реологических свойств осу­ществляли на приборе миксолаб фирмы CHOPIN (Франция) согласно протоколу «Chopin+», предполагающего 5 интервалов температур, при которых идет исследова­ние. Измеряемый крутящий момент в ана­лизируемых точках графика характеризует различные биохимические процессы.

Во время 1-й фазы замеса (точка С1 -образование теста) прибор обеспечивает образование теста с консистенцией 1,1+0,05 Н-м при температуре 30°С. Про­должительность 1-й фазы 8 мин., при этом оптимальная консистенция обеспечивается путем подбора количества добавляемой воды. На 2- и 3-й фазах замеса регистри­руют изменение консистенции теста при его нагреве до 90°С (точка С2 - разжиже­ние теста; точка С3 - максимальная ско­рость клейстеризации крахмала). На 4- и 5-й 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 ретро-градации крахмала). Анализировались так­же показатели: водопоглотительная спо­собность теста - ВПС (%), время образо­вания теста (мин.), стабильность теста (мин.) [2].

Результаты и их обсуждение
Данные миксограмм и радиальных диа­грамм (профайлер миксолаба) показали имеющиеся различия в параметрах реоло­гического профиля и индексов миксолаба исследуемых образцов; особенно это вы­ражено для образцов пшеничной муки высшего сорта и тритикалевой муки Т-60 (рис. 1, 2).

 

 
В ходе проведенных анализов были уста­новлены  следующие  значения  показателей реологических свойств теста для всех ис­следуемых образцов (табл. 1).
 

 
Так, время образования теста (мин.) и стабильность теста (мин.) находятся в диа­пазоне от 0,85 для образца ржаной обдир­ной муки до 8,93 для пшеничной муки высшего сорта и от 2,18 для образца ржа­ной обдирной муки до 10,60 для пшеничной муки первого сорта соответственно. Об­ращает на себя внимание, что наибольшая скорость амилолиза (у, Н-м/мин.) выявле­на для образца ржаной обдирной муки и тритикалевой муки Т-220 – -0,076 и -0,660 соответственно, что может косвенно сви­детельствовать о более высокой активности амилаз в данных образцах по сравнению с другими образцами. Это подтверждается и значениями ЧП (с): 203 и 174 — наимень­шими среди исследуемых образцов.
В таблице 3 представлены баллы индек­сов профайлера миксолаба всех исследуе­мых образцов муки. «Индекс ВПС» зако­номерно увеличивается в образцах с боль­шим содержанием периферийных частей. «Индекс клейковины» указывает на устой­чивость белковой структуры во время нагревания теста в интервале от 30 до 60°С [5-7].

Интерпретация «индекса клейковины» представляет определенную сложность, поскольку во время нагревания теста в ин­тервале от 30 до 60°С происходят два очень важных явления: гранулы крахмала начинают набухать, но их структура остает­ся неизменной, при этом действие а-амилазы, если и имеет место, то совсем не­значительное. Изменение консистенции те­ста в большей степени связано с изменени­ями в структуре клейковинных белков, в частности, с разрывом водородных связей или же лучшей устойчивостью белков, ко­торая также связана с их пространственной структурой. Реологические свойства клей­ковины и качество пшеничного хлеба зави­сят от присутствия как высокомолекуляр­ных субъединиц, так и низкомолекулярного глютенина и глиадина. Глютенин придает клейковине упругие свойства, а глиадин обуславливает растяжимость. Признавая главенствующую роль в формировании ка­чества клейковины за глиадином и глютенином, необходимо учитывать роль других соединений, которые находятся во взаимо­действии с клейковинными белками, оказы­вают влияние на структуру и свойства клей­ковины, а именно: липидов, углеводов, ферментов (протеазы, их белковые ингиби­торы, амилазы, липоксигеназа) [8].

В ранее проведенных во ФГБНУ ВНИИЗ исследованиях на образцах пшеничной муки было показано отсутствие корреляции «ин­декса клейковины» с показателями количе­ства и качества клейковины, но установлена связь с числом падения,  в результате чего данный показатель в ГОСТ Р 54498-2011 «Зерно и мука из мягкой пшеницы. Опре­деление водопоглощения и реологических свойств теста с применением миксолаба» был переименован в «хлебопекарный пока­затель». Характеристика клейковины иссле­дуемых в работе образцов, их сравнение с «индексами клейковины», полученными с использованием прибора миксолаб, также не позволяет сделать однозначное заклю­чение. Так, образцы пшеничной муки име­ют «индекс клейковины» — 2; группу каче­ства по показаниям ИДК - II удовлетвори­тельная крепкая (39, 49, 34 ед. ИДК для высшего, 1-го и 2-го сортов соответствен­но). Качество клейковины тритикалевой му­ки Т-60 относится к I группе хорошей; Т-220 - ко II группе удовлетворительной слабой (70 и 89 ед. ИДК соответственно). При этом «индекс клейковины» в обоих случаях равен 5.

Наибольший «индекс вязкости» отмечен для образца тритикалевой муки Т-60 — 9, для ржаной обдирной муки - в 2,25 раза меньше; для пшеничной муки - в 4,5 раз и более. С учетом других индексов, в первую очередь, «индексов амилазы» и «замеса», следует отметить, что вязкость в данных образцах зависит не только от ак­тивности амилаз, но и от состояния крахма­ла, его качественных характеристик, а так­же присутствия периферийных частей, со­держащих некрахмальные полисахариды.
«Индекс ретроградации крахмала» напрямую связан со способностью конеч­ного продукта противостоять черствению и сохранять товарный вид [2, 5, 6]. Высокие значения этого индекса присущи пшеничной муке высшего и 1-го сортов, а также три­тикалевой муке Т-60 — 7, 6 и 8 соответ­ственно, что, вероятно, связано с более высоким содержанием крахмала и его структурными особенностями в этих об­разцах по сравнению с другими исследуе­мыми образцами муки.
Для подтверждения изложенных выше предположений было проведено изучение ферментативной активности на стандартном субстрате с целью оценить непосредствен­ный вклад эндогенных ферментов в состоя­ние белкового и углеводного комплексов разных видов муки. Известно, что протео-литические и амилолитические ферменты, наряду с другими факторами, оказывают существенное влияние на основные биопо­лимеры муки, на реологические свойства теста, в конечном счете, на качество готового продукта. Данные по ферментативной активности исследуемых образцов муки представлены на рисунках 3 и 4.
 
 

 

Анализ и сравнение полученных данных с индексами миксолаба, показали, что актив­ность нейтральных протеиназ в больше степени коррелирует с «индексом замеса», 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, при 60°С они теряют две трети своей активности [9]. Амилолитиче-ская активность исследуемых образцов имеет четкую обратную корреляцию с «индексом амилазы»: наибольшая актив­ность была отмечена для ржаной обдирной муки (8,46 ед/мг белка) и тритикалевой муки Т-220 (10,00 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 четкой корреляции не было выявлено. Это, вероятно, может свидетельствовать о том, что в данном случае на показатель вязкости большее влияние оказывают структурные особенно­сти крахмала разных видов и сортов муки и присутствие в муке некрахмальных полиса­харидов, как и предполагалось выше.

Исследование реологических характери­стик композиционных смесей, основные параметры которых представлены в табли­це 2, показало, что время замеса законо­мерно снижается (до достижения стабиль­ности) с увеличением в смеси доли трити­калевой муки.
 

 
«Индекс замеса» снижается уже при добавлении 10% тритикалевой муки. «Ин­декс ВПС» начинает снижаться при 40%-ном содержании тритикалевой муки в сме­си; при этом «индекс амилазы» и «индекс ретроградации крахмала» не изменяются. Это подтверждает, что тритикалевая мука, полученная из центральной части эндо­сперма зерна тритикале с преобладанием генотипа пшеницы, обладает низкой амило-литической активностью и даже при добав­лении в количестве 60% к пшеничной муке не оказывает влияния на общую амилолити-ческую активность смеси и способность крахмала к ретроградации.

Заключение
На большинстве мукомольных предприя­тиях в современном лабораторном контро­ле принято анализировать качество муки по физико-химическим показателям: влажно­сти, количеству и качеству клейковины, бе­лизне, числу падения и ряду другим. Рео­логические свойства теста как интегральные показатели, описывающие состояние теста при замесе в течение всего технологиче­ского процесса, позволяют с высокой до­лей достоверности оценивать свойства зер­нового сырья и прогнозировать качество готового продукта. Мировая практика в области оценки качества и безопасности про­дуктов питания направлена на постоянное расширение списка контролируемых пока­зателей сырья и пищевой продукции. В свя­зи с этим комплексные исследования взаи­мосвязи биохимических и технологических свойств муки, реологических свойств теста с использованием различных методов, их сравнительный анализ необходимы для пра­вильной интерпретации показателей, полу­чаемых на приборе миксолаб, как в иссле­довательской практике, так и в работе ла­бораторий мукомольных и хлебопекарных предприятий.

Библиографический список
1. Государственный реестр селекцион­ных достижений, допущенных к использо­ванию. Т.1. Сорта растений (офиц. изд.). -  М.: ФГБНУ Росинформ-агротех, 2016. -С. 18-19.
2.  ГОСТ ISO 17718-2015. Зерно и мука из мягкой пшеницы. Определение реологи­ческих свойств теста в зависимости от условий замеса и повышения температуры. -  М.: Стандартинформ, 2015. - 31 с.
3. Панкратов Г.Н., Мелешкина Е.П., Кандроков Р.Х., Витол И.С. Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки // Хлебопродукты. - 2016. - № 1. -С. 60-62.
4. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А., Колпакова В.В., Витол И.О, Кобелева И.Б. Пищевая химия: лаборатор­ный практикум. - СПб: ГИОРД, 2006. -304 с.
5. Туляков Д.Г. Мелешкина Е.П., Ви­тол И.О, Панкратов Г.Н., Кандроков Р.Х. Оценка муки из зерна тритикале на основе реологических свойств с использованием системы Миксолаб // Хранение и перера­ботка сельхозсырья. - 2017. — № 1 — С. 20-23.
6.  Antanas S., Alexa E., Negrea M., Gu-ran E., Lazureanu A. Studies regarding rheo-logical properties of triticale, wheat and rye flours // J. of Horticulture, Forestry and Bio­technology. - 2013. - Vol.17 (1). - P. 345-349.
7.  Dubat A. Le mixolab Profiler: un outil complet pour le controle qualite des bles et des farines // Industries des Cereales. -2009. - No. 161. - P. 11-26.
8. Дубцова Г.Н., Нечаев А.П., Молча­нов М.И. Молекулярно-биологические ас­пекты формирования липид-белковых ком­плексов и оценка их роли в структуре клейковины // Растительный белок: новые перспективы. - М.: Пищепромиздат, 2000. -С. 100-121.
9.  Витол И.С, Карпиленко Г.П., Кардро-ков Р.Х., Стариченков А.А., Коваль А.И., Жильцова Н.С. Белково-протеиназный ком­плекс зерна тритикале // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2015. - № 8. -С. 36-39.
 

---