Возможности использования вторичных продуктов переработки зерна для получения ингредиентов с пищевыми волокнами

Глубокая переработка - одно из основных современных направле­ний развития зерновой отрасли. Основная цель глубокой перера­ботки заключается в выделении и эффективном использовании всех компонентов зерна. Это обеспечи­вает повышение степени перера­ботки сельскохозяйственного сырья с более полным извлечением из него полезных компонентов и полу­чение продукции с высокой добав­ленной стоимостью при соблюде­нии экологии производства.

В последние годы отмечается возрастающий интерес к вторичным продуктам переработки зерна как к возобновляемым сырьевым ресур­сам - перспективным источникам дополнительного сырья для полу­чения полезных человеку продук­тов питания, в том числе пищевых волокон (ПВ). Количество вторичных сырьевых ресурсов, образующихся при переработке зерна на мукомоль­ных заводах, составляет в среднем 21,3% к объёму производства муки. При переработке зерна в крупу коли­чество вторичных сырьевых ресур­сов существенно больше, например, при переработке пшеницы в крупу оно достигает 37%, из них 30% при­ходится на мучку. В этих ресурсах содержание ПВ варьируется в широ­ком диапазоне - от 49 до 52%.

Создание безотходных техноло­гий связано с необходимостью раз­работки научно-обоснованных реше­ний по применению вторичных про­дуктов зерноперерабатывающей отрасли в качестве возобновляемого перспективного источника дополни­тельного сырья для получения полез­ных человеку продуктов питания.

Анализ основных трендов на рынке пищевых продуктов показывает, что для мотивации производителей пищевых продуктов доминирующими факторами явля­ются повышение значимости струк­туры продукта, переход к использо­ванию органических ингредиентов и к «чистой» этикетке. Очевидно, что необходимую структуру продукта можно получить, используя только соответствующие ингредиенты.

Важнейшими направлениями создания продуктов, обеспечива­ющих здоровое питание (продук­тов функционального назначения), являются обогащение базовых про­дуктов недостающими функцио­нальными ингредиентами и раз­работка новых технологий получе­ния этих продуктов. ПВ на сегод­няшний день считаются одним из самых востребованных и наибо­лее широко применяемых пище­вых ингредиентов. Возрастающий научный интерес связан с эффек­том воздействия ПВ зерновых куль­тур на организм человека при дол­госрочном потреблении.

ПВ - это комплекс, состоящий из высокомолекулярных полисахари­дов и лигнина, присущий клеточным стенкам растений, устойчивый к воз­действию пищеварительных фер­ментов человека. Как функциональ­ный ингредиент пищи, волокна бла­гоприятно воздействуют не только на отдельные системы организма, но и на весь организм человека в целом. В то же время ПВ исполь­зуют в качестве технологических добавок, изменяющих свойства про­дукта, придавая ему необходимую структуру, стабильность, повышая качество и выход продукта [1 ].

Развитие современных традици­онных технологий переработки рас­тительного сырья приводит к умень­шению содержания в нём ПВ. Так, повышение сортности муки сопро­вождается снижением содержания физиологически ценных ингредиен­тов, в том числе ПВ. В связи с этим возникает необходимость созда­ния дополнительной группы про­дуктов, которые компенсируют эту потерю.

Способы обогащения продук­тов ПВ в своём развитии прошли несколько этапов: использова­ние сырья,  содержащего  ПВ, - цельносмолотое зерно; исполь­зование вторичных продуктов пере­работки зерна - отрубей. В послед­нее время наиболее перспективным считается введение препаратов ПВ. Предварительное выделение из злаков и вторичного раститель­ного сырья растворимых и нерас­творимых ПВ позволяет использо­вать их в виде очищенных концент­рированных препаратов.

Сравнительно высокая стои­мость таких препаратов компенси­руется повышенным содержанием основного компонента, микробио­логической чистотой, снижением затрат на их хранение, удобством использования препаратов в тех­нологическом процессе.
В 1983-1987 гг. во ВНИИЗ были проведены исследования, позво­лившие научно обосновать воз­можности использования пшенич­ных отрубей в качестве источника ПВ в питании человека с лечебно-профилактической целью и для расширения ассортимента про­дуктов питания, обогащенных ПВ. Были изучены показатели каче­ства потоков пшеничных отру­бей с различных систем техноло­гического процесса на мельнич­ных предприятиях с традиционной схемой помола и на предприятиях, оснащённых высокопроизводи­тельным комплектным оборудова­нием: химический и гранулометри­ческий составы; пищевая ценность; санитарно-гигиеническое и микро­биологическое состояния; особен­ности хранения; способы увеличе­ния продолжительности хранения без снижения качества. Клиниче­ские испытания в НИИ проктоло­гии и биологические исследования в Первом медицинском институте показали, что отруби с высоким содержанием ПВ обладают боль­шой ВУС, проявляют эффектив­ность в улучшении холестеринового обмена, способствуют нормализа­ции работы кишечника [2].

Учёные ВНИИЗа разработали технологию выработки пшенич­ных отрубей и зародышевых хло­пьев и уже вступивший в действие национальный стандарт РФ ГОСТ Р 53496-2009 «Отруби пшеничные и ржаные диетические. Технические условия» [2, 7].
В продолжение работ по исполь­зованию пшеничных отрубей для обогащения продуктов питания ПВ учёные изучают возможности трансформации вторичных продук­тов переработки зерна в пищевые ингредиенты, содержащие ПВ, при сохранении нативной структуры ПВ и биологически-активных веществ, ассоциированных с ними.

Разработка модели биомеха­нической трансформации вторич­ных продуктов переработки зерна в пищевые ингредиенты с прогно­зируемыми технологическими свой­ствами ведётся на основе изучения их технологических свойств, в зави­симости от природы, химического состава исходного сырья и состава комплекса нерастворимых ПВ.

Лабораторные исследова­ния были выполнены с приме­нением современных прибо­ров и методик. Так, содержа­ние ПВ оценивали на приборе GDEEnzymaticdigester фирмы Velp в соответствии с ферментативно-гравиметрическим методом 985.29, утверждённым АОАС в 1985 г. Мето­дики определения сорбционного потенциала описаны в научной литературе [1].

В наших исследованиях в качестве исходного сырья были отобраны отруби с драных и размольных систем, образуемые при помоле зерна в муку, и вто­ричные продукты - при получении крупы. Достаточно широкий спектр исходного возобновляемого сырья и применяемые технологии позво­ляют получить исходные продукты-фракции, состав которых различа­ется по общему содержанию ПВ, в том числе клетчатки - одного из компонентов пищевых волокон [3].

Нами разработан способ полу­чения органических ингредиентов, содержащих около 73-75% НПВ из вторичных продуктов, образую­щихся при сортовом помоле зерна тритикале и пшеницы в муку. На этот способ получен патент [8].
Состав органического ингреди­ента (концентрированных диспер­сий, содержащих ПВ), полученного путём биохимической трансфор­мации фракций, характеризуется высокой массовой долей (66-81 %) основного компонента - НПВ.
Органический ингредиент, содержащий НПВ, представляет собой порошок светло-коричневого цвета, легко диспергируемый в воде. Выход продукта, в зависи­мости от состава исходной фрак­ции, составляет 52-75%.

Для промышленного получения этих ингредиентов не требуется специального оборудования, так как можно использовать серийно изготавливаемое оборудование, применяемое на предприятиях пищевой промышленности, напри­мер, спиртовой.
При рассмотрении возможных решений по использованию ингре­диентов, содержащих НПВ, способ­ных регулировать структуру пище­вых продуктов, учитывалось одно из важнейших свойств пищевых воло­кон - ихсорбционная способность.
Свойства получаемых ингре­диентов определяются составом, структурой и соотношением фор­мирующих их компонентов. Вода, удерживаемая НПВ, рассматри­вается в трёх формах: связанная с гидрофильными группами поли­сахаридов - недоступная; локали­зованная в межклеточных стенках - легкодоступная; промежуточная, доступность которой определя­ется размером матрикса, в котором она локализована. Способность ПВ удерживать воду связана со степенью гидрофильности и коли­чеством присутствующих биопо­лимеров, характером поверхности и пористости частиц [1].

Исследования показали, что определяющее влияние на сорбционную способность оказывает содержание НПВ (рис. 1, 2) [4].
Установлено, что массовая доля НПВ в ингредиентах, варьи­рующаяся в диапазоне 63,6-80,9%, обеспечивает диапа­зон изменения ВУС от 7,2 до 8,8 г воды на 1 г ингредиента (рис. 1, 2).

 

 
С точки зрения технологических свойств ингредиентов, важно знать прочность удерживания поглощён­ной воды ингредиентом.
Исследования форм связи влаги, поглощённой ингредиентами, пока­зали, что количество прочносвязанной влаги, удерживаемой за счёт гидратации гидроксильных групп целлюлозы и гидрофильных кол­лоидов гемицеллюлоз, изменяется незначительно. Диапазон варьиро­вания составляет 1,8-2,1 г воды /г продукта [6].

Наибольший интерес представ­ляет вода,неассоциированная ПВ (легкоудаляемая и промежуточная форма). На рис. 3 представлены результаты определения капилляр­ной влагоёмкости ингредиентов, т.е. влаги, удерживаемой макро-, микро- и субмикрокапиллярами ПВ. Этот показатель у ПВ отрубей изме­няется в достаточно широком диа­пазоне: 1,9-5,3 г воды /г продукта (рис. 3) [4, 6].

 
Соотношение количества сво­бодной и связанной влаги в каждом конкретном ингредиенте, содержа­щем НПВ, во многом определяет его свойства при производстве и дальнейшем хранении продук­ции.
Пищевые ингредиенты со свой­ствами загущения и структуро-образования используют в произ­водстве многих пищевых продук­тов. Так, пищевые ингредиенты с НПВ широко применяют в хлебо­печении.

Исследования показали, что вне­сение в тесто при выпечке ингреди­ентов, содержащих НПВ, не оказы­вает негативного влияния на объ­ёмный выход хлеба при наличии в тесте достаточного количества воды для осуществления в тесте коллоидных и биохимических про­цессов. Это позволяет получить хлеб с высоким объёмным выходом без дополнительного применения улучшителей (рис. 4) [5, 6].

Инновационные разработки получения органических ингреди­ентов на зерновой основе суще­ственно облегчают задачу произ­водственников, позволяя одно­временно решать технологические задачи и не создавать проблем с этикеткой. При этом ключевая роль принадлежит ПВ, которые рас­сматриваются в контексте как их физиологического воздействия на организм человека, так и их влия­ния на технологические свойства пищевых продуктов, в состав кото­рых они входят.

Литература

1. 1.Дудкин, М.С. Пищевые волокна / М.С. Дудкин [и др.]. -Киев: Урожай, 1988. - 150 с.
2. Игорянова, Н.А. Биохими­ческие свойства и особенности хранения пшеничных отрубей пищевого назначения: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.18.03 / Игорянова Наталья Алексеевна. -М., 1987.-24 с.
3. Игорянова, Н.А. Перспектив­ные источники возобновляемого зернового сырья для создания новых пищевых ингредиентов с заданными свойствами / Н.А. Игорянова, Е.П. Мелешкина, Р.Х. Кандроков: в сб. «Тритикале» // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. //Донской зональный НИИ сельского хозяйства. - Ростов-на-Дону, 2016. - С. 122-127.
4. Игорянова, Н.А. Перспективы использования ингредиентов, содержащих пищевые волокна вторичных продуктов переработки зерна, для стабилизации структуры пищевых систем / Н.А. Игорянова, Е.П.  Мелешкина // Междунар. науч.-практ. конф. - М., 2016. - № 1. -С. 142-144.
5. Игорянова, Н.А. Пищевые ингредиенты, содержащие нерас­творимые пищевые волокна из побочных продуктов пере­работки пшеницы и овса, с функ­циональными и технологическими свойствами для хлебопечения -ингредиенты с функциональными и технологическими свойствами для хлебопечения // Материалы VIII Междунар. форума «Биотехно­логия: состояние и перспективы развития». - М., 2015. - Ч. 1. -С.418-419.
6. Игорянова, Н.А. Сорбцион-ный потенциал дисперсий, содер­жащих пищевые волокна зерна: в сб. «Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продук­тов питания и кормов» / Под ред. В.А. Полякова, Л.В. Римарёвой. -М.: ВНИИПБТ, 2016. - С. 332-335.
7. Колкунова, Г. К. Технология выработки пшеничных диетических отрубей и зародышевых хлопьев / Г.К. Колкунова [и др.] //Достижения науки и техники АПК. - 1989. - №11. -С. 34-35.
8. Пат. №2620366, РФ, МПКА231. 7/104. Органический ингредиент/ Н.А. Игорянова, Е.П. Мелешкина, Р.Х. Кандроков // Заявитель и патен­тообладатель ФГБНУ «ВНИИЗ». -№ 2016107397; заявлено 01.03.2016; опубл. 25.05.2017. Бюл. №15.

 
 
   

---