Мука из тритикале – ценный продукт питания

Одним из направлений разработки технологий производства продуктов питания, сбалансированных по макро- и микронутриентам и обладающих высокими потребительскими свойствами, является поиск новых сырьевых источников.
Тритикале – новый вид хлебных злаков, увеличение производства которого будет способствовать решению задачи удовлетворения потребности населения в высококачественных продуктах питания [1,2]. Основными производителями тритикале являются Польша, Германия, Франция, Белоруссия, при этом площадь возделывания этой весьма перспективной культуры расширяется как в мире, так и в России. Валовой сбор в России, по данным Роскомстата, в 2017 г. составил 624 тыс. т. Средняя урожайность тритикале в России в 2016 г. – 27,8 ц/га, это наивысший показатель за период 2009–2016 гг. и на 4,7 ц/га больше, чем в 2015 г. [3]. В Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в России (2017г.), внесено 75 сортов озимого тритикале и 14 сортов ярового тритикале. Все новые сорта рекомендованы для продовольственных целей [4].

Химический состав и биохимические свойства зерна тритикале – типичные для злаковых культур, но при этом содержание белка превышает в среднем на 2 % содержание белка в пшенице и на 4 % содержание белка во ржи и находится на уровне более 12 %. По фракционному составу белки тритикале в основном занимают промежуточное положение между белками зерна ржи и пшеницы.

Исследования, проводимые в последнее время во ФГБНУ «ВНИИЗ», подтверждают эффективность использования продуктов переработки тритикале не только в виде традиционных продуктов (мука, крупа), но и в виде продуктов ферментативной модификации муки и отрубей из зерна тритикале с разной степенью гидролиза белков и некрахмальных полисахаридов и различными функционально-технологическими свойствами.

В основе разработки комплексной технологии переработки зерна тритикале лежит принцип разделения зерновки на анатомические части в процессе переработки, что обеспечивает выработку различных видов муки и крупы, обладающих заданными химическим составом и свойствами.

Структурная схема комплексной переработки зерна тритикале включает следующие этапы:
- подготовку зерна к переработке (формирование помольных смесей, очистка и гидротермическая подготовка);
- разделение зерна на анатомические части. Получение следующих фракций:
а) центральной части эндосперма;
б) промежуточной части эндосперма;
в) периферийной части эндосперма;
г) алейронового слоя и семенной оболочки;
д) семенной и плодовой оболочек.

В результате могут быть получены следующие продукты переработки зерна тритикале, а именно мука хлебопекарная (фракции а, б, в); мука кондитерская (фракции а, б); мука макаронная (фракции а, б); биомодифицированные мука, отруби (фракции в, г); пищевые волокна (фракции г, д).

Изучение технологических свойств зерна тритикале с позиций разработки технологий получения высококачественных муки и крупы позволило сформулировать требования к показателям качества зерна и установить соответствующие нормативные значения для различных классов (табл. 1).
 

 
1-й класс рекомендуется исключительно для хлебопекарных помолов.
Статистический анализ показателей качества значительного массива проб зерна тритикале позволил установить, что преобладающим был пшеничный фенотип. Так, средние размеры зерновки проб тритикале составили ширина А – 3,49 мм, толщина В – 2,59 мм, длина L – 7,46 мм. Коэффициент сферичности – 0,82.
Основные элементы технологических операций при подготовке зерна тритикале к помолу соответствуют параметрам и режимам очистки зерна пшеницы. Однако режим кондиционирования для зерна тритикале следующий: влажность зерна на I драной системе (др. с.) – 14,5– 15,5 %, продолжительность отволаживания – 3–4 ч, что соответствует режиму кондиционирования зерна ржи.
При исследовании белкового комплекса зерна тритикале была установлена высокая сорбционная способность белков клейковины (рис. 1). Однако зависимости содержания сухой клейковины от общего содержания белка установлено не было (рис. 2).

 

 
Исследование процесса размола зерна тритикале позволило установить ряд особенностей. Рациональные режимы измельчения зерна тритикале сопоставимы с режимами измельчения зерна пшеницы: суммарное извлечение на I–III др. с. составило 70 %, при этом извлечение на I др. с. – 20–25 %, а на III др. с. – 45–50 % [6].

Изучение гранулометрического состава продуктов размола крупообразующих систем (I–III др. с.) показало, что распределение по размерам продуктов размола тритикале ближе к распределению частиц размола зерна ржи (рис. 3).

Исследование состава промежуточных продуктов позволило выявить высокое (более 75 %) содержание в круподунстовых продуктах частиц эндосперма, что делает эффективным ситовеечный процесс при сортовом помоле. Эффективность ситовеечного процесса при обогащении крупок драных систем представлена в табл. 2.

 
Сравнительные помолы зерна тритикале по схеме сортовых помолов зерна ржи (сокращенная схема) и помолов с использованием ситовеечного процесса (развитая схема сортовых помолов пшеницы) доказали целесообразность применения ситовеечного процесса (рис. 4).
 

При исследовании формирования сортов муки была отмечена достаточно хорошая корреляционная связь зольности и белизны муки (рис. 5).

 
На основании анализа балансов помолов и кумулятивных кривых зольности муки было установлено следующее.
Кривая зависимости зольности от выхода может быть с высокой степенью точности аппроксимирована тремя линейными уравнениями. Статистический анализ данных уравнений подтвердил их высокую достоверность, при этом значения коэффициентов корреляции превышали 0,9. Каждый линейный отрезок кумулятивной кривой соответствовал потоку муки из определенных анатомических частей. Поток А соответствует первому этапу извлечения центральной части эндосперма с выходом муки 40–45 % и зольностью 0,63 % и включал 1, 2 и 3-ю размольные системы. Поток Б соответствует второму этапу, включающему 1, 2 и 3-ю размольные системы и характеризующемуся выходом тритикалевой муки в количестве 25–26 % и зольностью 0,91 %. Поток В соответствует третьему этапу, состоял из вымола оболочек с выходом муки 5–7 % и зольностью 2,20 % и включал 6-ю размольную систему и вымольные системы.

Таким образом, были сформированы три потока муки. В дальнейшем муку каждого из этапов смешивали в целях получения отдельных сортов (типов) муки, в результате чего было получено пять сортов муки. Так, мука Т-60 представляла собой поток А, мука Т-70 – смесь потоков А+Б, мука Т-80 – смесь потоков А+Б+В, мука Т-120 – смесь потоков Б+В, мука Т-220 – поток В. Все сформированные сорта муки из зерна тритикале были проанализированы по таким показателям качества, как белизна, зольность, количество и качество клейковины (табл. 3) [7–9].

Анализ общего содержания основных биополимеров зерна в сформированных сортах муки тритикале показал наименьшее содержание белка и максимальное содержание крахмала в образце муки из центральной части эндосперма (Т-60). Мука Т-220 (вымол оболочек) содержала максимальное количество белка и минимальное количество крахмала. Сорт Т-80, представляющий собой смесь всех трех потоков, занимал промежуточное положение по исследуемым показателям, при этом и содержание крахмала, и содержание белка находятся на достаточно высоком уровне, что, несомненно, является позитивным с точки зрения, как технологических свойств, так и пищевой ценности (табл. 4).

Изучение фракционного состава растворимых белков сформированных сортов тритикалевой муки показало, что Т-60 и Т-70 отличаются наименьшим содержанием альбуминов и глобулинов, но наибольшим – проламинов и глютелинов, которые сосредоточены в эндосперме и формируют клейковину. Основная часть альбуминов и глобулинов обнаруживается в сортах Т-120 и Т-220; очевидно, это связано с присутствием в данных образцах муки измельченного зародыша и алейронового слоя. В муке Т-80 соотношение всех фракций примерно одинаково – 20–25 %, данный сорт был сформирован смешиванием трех основных потоков муки, которые характеризуются различным составом анатомических частей зерновки. Фракционный состав белков муки (Т-120 и Т-220), полученный из периферийных частей зерновки, существенно различается и характеризуется низким содержанием клейковинообразующих белков (табл. 5) [10].

Анализируя показатели качества хлеба, можно заключить, что мука типов Т-60, Т-70, Т-80 (потоки муки а, б, в) обладает высокими потребительскими свойствами и может служить альтернативой не только ржаной, но и пшеничной муке. Показатели хлебопекарных свойств со- ртов муки из зерна тритикале представлены в табл. 6.

 
На основании комплексных исследований технологических, биохимических, хлебопекарных свойств был разработан ГОСТ на муку из зерна тритикале (табл. 7).
 

 
Таким образом, тритикалевая мука сортов Т-60, Т-70, Т-80, полученная из эндосперма, может быть использована напрямую в хлебопечении, мука сортов Т-120, Т-220 из периферийных частей может ограниченно применяться в хлебопечении и является главным образом сырьем для дальнейшей переработки.
На рис. 6 представлена принципиальная схема глубокой переработки зерна, которая включает этап производства муки из различных анатомических частей зерновки и последующую биомодификацию с получением компонентов для продуктов диетического и профилактического назначения.

Рис. 6. Принципиальная схема глубокой переработки зерна тритикале
 
Биомодификация продуктов переработки зерна с использованием микробных ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия может быть с успехом использована для получения различных компонентов, для обогащения пищевых продуктов и придания им заданных функционально-технологических свойств [11, 12]. Приступая к изучению ферментативной модификации биополимеров растительного сырья, необходимо учитывать следующие основные факторы: во-первых, особенности биополимеров данного растительного сырья, гетерогенность субстрата, присутствие разного рода эффекторов, способных активировать или ингибировать как эндогенные ферменты, так и ферменты в составе ферментных препаратов, присутствие в ферментных препаратах помимо основной активности сопутствующих ферментов и т. п.; во-вторых, условия проведения ферментативной модификации, основные кинетические параметры ферментативных реакций с участием исследуемых ферментных препаратов, которые могут отличаться от кинетических характеристик, полученных при исследованиях очищенных ферментов на стандартных субстратах[13].

Полученные ранее экспериментальные данные по особенностям биохимического состава тритикалевой муки разных сортов, кинетике ферментативных реакций гидролиза биополимеров зернового субстрата (белки, некрахмальные полисахариды), степени гидролиза и соотношению фракций с различной молекулярной массой методом гель-хроматографии на колонке сToyopearl gel HW-55F легли в основу разработки биотехнологических способов модификации продуктов переработки зерна тритикале [11, 12].
Так, применение мультэнзимной композиции (МЭК), в состав которой входят протеолитические ферменты с разной специфичностью действия – препараты бактериальных (Нейтраза1.5 MG и Алкалаза FG) и грибной (Протеаза GC-106) протеаз – позволило практически полностью гидролизовать белки, а полученный гидролизат позиционировать как возможный компонент гипоаллергенных и безглютеновых изделий лечебно-профилактического назначения.

Мука с высоким содержанием периферийных частей, содержащих большое количество некрахмальных полисахаридов, в свою очередь, была модифицирована с использованием МЭК на основе ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия: МЭК-1 (Шеразим 500 L + Нейтраза 1.5 MG) и МЭК-2 (Вискоферм L + Дистицим Протацид Экстра). Выбор ферментных препаратов обусловлен различной специфичностью действия и примерно одинаковыми оптимумами действия: 50 °С, рН 5,5–6,0 для МЭК-1; 40 °С; рН 3,5 для МЭК-2. Выявлены существенные различия в соотношении фракций продуктов протеолиза. Показано, что при использовании МЭК-1 (Шеразим 500 L+ Нейтраза1.5 MG) во всех гидролизатах преобладают высоко- и среднемолекулярные продукты протеолиза, а при использовании МЭК-2 (Вискоферм L+ Дистицим Протацид Экстра) – низкомолекулярные пептиды и аминокислоты. Доля низкомолекулярных азотистых соединений (≤1000 Дальтон) увеличилась в результате ферментативной модификации в 4 раза для МЭК-1 и в 5 раз для МЭК-2.

Для оценки возможности использования полученных продуктов в пищевых отраслях промышленности были изучены их функционально-технологические свойства. Под функционально-технологическими свойствами белков и белковых препаратов принято понимать широкий спектр физико-химических характеристик, определяющих их поведение в гетерогенных пищевых системах в процессе переработки, хранения и потребления, а также обеспечивающих желаемые структуру, технологические и потребительские свойства пищевых продуктов. Растительные белки, а также продукты протеолиза с раз- личной молекулярной массой могут выступать как ингредиенты пищевых продуктов общего, лечебно-профилактического и специального назначения. Это связано с присущими им уникальными функциональными свойствами. В зависимости от аминокислотного и фракционного состава, молекулярных масс, наличия заряженных и незаряженных группировок, гидрофильных и гидрофобных групп, других структурных особенностей белки могут выполнять функции гелеобразователей, пенообразователей, формировать и стабилизировать суспензии и эмульсии и др.[ 14, 15].

В табл. 8 представлены значения водосвязывающей способности (ВВС), жиросвязывающей способности (ЖСС), жироэмульгирующей способности (ЖЭС), стабильности эмульсии (СЭ), пенообразующей способности (ПОС), стойкости пены (СП).
 

Требования к функциональным свойствам белков специфичны для конкретной области применения и типа продукта. Например, при производстве мясных продуктов наиболее важными являются водо- и жироудерживающая способности, гелеобразование, эмульгирующие и адгезионные свойства; в хлебопечении – водосвязывающая, эмульгирующая и пенообразующая способ- ности; при производстве напитков основным критерием для выбора белкового препарата служит растворимость.
Таким образом, исследование подтвердило возможность и целесообразность использования зерна тритикале для производства продуктов питания широкого профиля. Разработка нормативных документов дает возможность широкого внедрения в производство на предприятиях зерноперерабатывающей промышленности данной культуры.

Кроме того, используя методы ферментативной модификации продуктов переработки зерна тритикале, можно получить широкий спектр новых компонентов пищевой продукции общего, диетического и профилактического назначения на зерновой основе, для хлебопекарной, кондитерской, пищеконцентратной отраслей пищевой промышленности, для производства кормовых добавок.
 
Литература 
1. Thomas T. M. Triticale – a new cereal / T. M. Thomas // Farm Food Research. – 1984. – V. 15. – № 5. – Р. 191.
2. Чиркова Л.В. Тритикале: 140 лет истории. От зерна к муке / Л. В. Чиркова, Р. Х. Кандроков, Г. Н. Панкратов // Кондитерское и хлебопекарное производство. – 2015. – № 9. –С. 8.
3. [http://www.openbusiness.ru / Обзор рынка тритикале в России] (дата обращения: 28.03.2017).
4. Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию. Т.1. Сорта растений / ФГБНУ Росинформагротех.– М., 2017. – С. 17–18.
5. ГОСТ 34023-2016. Тритикале. Технические условия. – М.: Стандартинформ. – 2017. – 8с.
6. Панкратов Г. Н. Процесс измельчения зерна тритикале / Г. Н. Панкратов, Р. Х. Кандроков, Е. В. Щербакова // Хлебопродукты. – 2016. – № 10. – С. 59–61.
7. Панкратов Г. Н. Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки / Г. Н. Панкратов, Е. П. Мелешкина, Р. Х. Кандроков, И. С. Витол // Хлебопродукты. – 2016. –№ 1. –C.60–62.
8. Мелешкина Е. П. Технологические и биохимические показатели как составляющие качества муки тритикале / Е. П. Мелешкина, Г. Н. Панкратов, Р. Х. Кандроков, И. С. Витол, Д. Г. Туляков // Контроль качества продукции. – 2017. – № 1. – С.38–44.
9. Способ производства муки из зерна тритикале / Р. Х. Кандроков, Г. Н. Панкратов. Пат. RUS 2612422; 28.12.2015 г.
10. Витол И. С. Биохимическая характеристика новых сортов тритикалевой муки / И. С. Витол, Е. П. Мелешкина, Р. Х. Кандроков, И. А. Вережникова, Г. П. Карпиленко // Хлебопродукты. – 2016. – № 2. – С. 42–44.
11. Витол И. С. Ферментативная модификация муки тритикале с использованием протеолитических ферментных препаратов / И. С. Витол, Г. П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2015. – № 9. – С. 17–22.
12. Витол И. С. Биоконверсия тритикалевых отрубей с использованием ферментных препаратов целлюлолитического и протеолитического действия / И. С. Витол, Е. П. Мелешкина, Г. П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2016. – № 10. – С. 35–38.
13. Безбородов А. М. Ферментативные процессы в биотехнологии /А. М. Безбородов, Н. А. Загустина, О. В. Попов. – М.: Наука. – 2008. – 335 с.
14. Рензяева Т. В. Функционально-технологические свойства порошкообразного сырья и пищевых добавок в производстве кондитерских изделий /Т. В. Рензяева, А. С. Тубольцева, Е. К., Понкратова, А. В. Луговая, А. В. Казанцева // Техника и технология пищевых производств. – 2012. – № 4. – С. 43–49.
15. Витол И. С. Функциональные свойства модифицированных продуктов переработки зерна тритикале / И. С. Витол, Е. П. Мелешкина, Г. П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2017. – № 2. – С. 27–29.
   

---