Комплексная оценка качества зерна тритикале сорта «Тимирязевская 150»

Введение.
Тритикале - это первая зерновая культура, полученная скрещиванием пшеницы (Triticum) с рожью (Secale). Новый вид хлебных злаков обладает высоким био­логическим потенциалом и пищевой ценностью. Использование тритикале как продоволь­ственной культуры в нашей стране остается до сих пор крайне ограниченным, тем не ме­нее, это интересное, перспективное направление расширения сырьевой базы и ассорти­мента выпускаемой продукции для перерабатывающих отраслей пищевой индустрии. Во Всероссийском НИИ зерна и продуктов его переработки на основе многолетних исследо­ваний впервые в РФ разработаны межгосударственные стандарты на зерно и муку из зер­на тритикале: ГОСТ 341032-2016. «Тритикале. Технические условия», ГОСТ 34142-2017. «Мука тритикалевая. Технические условия», в которых сформулированы требования для зерна и муки, с позиции возможности их использования для переработки в продовольст­венных целях.

Сорт тритикале Тимирязевская 150 - новый сорт озимой гексаплоидной тритикале, созданный учеными РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева [1] и включенный в Государст­венный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в России в 2017 году. Известно, что качество зерна, в том числе и тритикале, зависит от особенностей сорта, поэтому комплексное изучение технологических, биохимических особенностей но­вых сортов, в частности сорта Тимирязевская 150, позволит в полной мере выявить их биопотенциал, а значит полноценно и целенаправленно использовать как зерно тритикале, так и продукты его переработки в различных отраслях пищевой индустрии [2-4]. Оценка многочисленных факторов, от которых зависят хлебопекарные свойства зерна и муки, и которые в свою очередь зависят от свойств всех компонентов муки, их взаимодействия и взаимовлияния, по отдельности крайне длительна и трудоемка. Изучение реологических свойств теста, которые предопределяют качество хлеба и хлебобулочных изделий, позво­ляет за короткое время оценить назначение зерна или муки [5-7].

Объекты и методы исследований.
В работе использовали зерно озимого тритикале сорта Тимирязевская 150, урожая 2015 - 2017 годов, предоставленное Селекционной станцией им. П.И. Лисицына РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева. Оценку технологических показателей качества проводили в соответствии с действующими стандартами, приняты­ми в отрасли. Число падения определяли по ГОСТ 27676-88. Фракционный состав белков и ферментативную активность протеаз по общепринятым методикам [8].

Оценку реологических свойств теста осуществляли на приборе Миксолаб фирмы Chopin Technologies (Франция). Принцип метода основан на постоянной регистрации из­менения момента силы на приводе месильных лопастей в процессе замеса теста при за­данных изменениях температуры, что позволяет объективно оценить свойства зерна или муки и определить его целевое назначение [5,9].

Для анализа цельносмолотого зерна тритикале сорта Тимирязевская 150 использова­ли протокол Chopin Wheat+, предлагающий 5 интервалов температур, при которых идет исследование. Измеряемый крутящий момент в анализируемых точках графика с точки зрения биохимии характеризует различные процессы.

Первый этап (С1) характеризует время замеса, образования теста, его устойчивость. Продолжительность 1-ой фазы составляет 8 мин, при этом оптимальная консистенция обеспечивается путем подбора количества добавляемой воды, что характеризует водопоглотительную способность муки из целого зерна. Также на этом этапе определяется опти­мальный крутящий момент для дальнейшего эксперимента. На втором этапе (С2) регист­рируется разжижение теста при его нагреве до 90°С, которое, как считается, связано с из­менениями в белковом комплексе зерна, вызванными механическим воздействием и тем­пературой. Общая продолжительность 2-ого этапа составляет 7 мин (скорость нагрева 4°С/мин).

Продолжительность 3-его этапа составляет 5 мин. Во время этой фазы в тесто­месилке поддерживается постоянная температура 90°С. На 4-ом и 5-ом этапах измеряют консистенцию теста при его охлаждении до 50°С и выдерживании при этой температуре в течение 5 мин (С4, С5 - начало и окончание ретроградации крахмала). Продолжитель­ность составляет 10 и 5 мин соответственно. Скорость охлаждения на 4-ой фазе - 4°С/мин. Расчетные величины: a, b, g - скорости биохимических реакций.

Обсуждение результатов.
Проведена оценка технологических тритикале сорта Ти­мирязевская 150 урожая 2015-2017 годов, результаты которой представлены в табл. 1.

Состояние белково-протеиназного комплекса оценивали по общему содержанию белка, количеству и качеству клейковины (табл. 2).

Изучение количественного соотношения и свойств различных фракций растворимых белковых веществ зерна представляет, наряду с теоретическим интересом, и большой практический интерес для технологий, использующих зерно в качестве основного сырья. Несмотря на то, что разделение белковых веществ по растворимости достаточно условно, тем не менее, оно применяется достаточно широко и в настоящее время. Однако многие вопросы остаются до сих пор не выясненными. Это связано, чаще всего, с различием в ме­тодическом подходе разных исследователей.

Изучение фракционного состава растворимых белков показало, что процентное со­отношение всех фракций примерно одинаковое и составляет 20-25 %, при этом следует отметить, что в образце зерна тритикале урожая 2016 года доля спирто- и щелочераство-римых белков суммарно больше, чем в образце зерна тритикале урожая 2015 года (47,22 и 49,58 % соответственно). Образец зерна тритикале урожая 2017 г. занимает промежуточ­ное положение (табл. 3).


Известно, что протеолитические ферменты играют существенную роль в процессах, протекающих в зерне при его хранении и переработке. Мука, получаемая при механиче­ском воздействии на зерно, нарушении его целостности, представляет собой с биохимиче­ской точки зрения совершенно другой объект исследования. Объект, в котором активиру­ются, в первую очередь, окислительные и гидролитические процессы, в том числе процес­сы, связанные с протеолизом эндогенных белков.

В работах, проводимых в Всероссийском НИИ зерна и продуктов его переработки по изучению протеолитических ферментов зерна тритикале, было показано наличие трех ти­пов протеиназ при действии на бычий сывороточный альбумин (стандартный субстрат) и собственные белки: кислые протеиназы с оптимумом рН 3,5; нейтральные протеиназы с оптимумом рН 6,5; щелочные протеиназы с оптимумом рН 9,5 [10,11].
В табл. 4 представлены данные об активности кислых и нейтральных протеиназ зер­на тритикале сорта Тимирязевская 150.

Из представленных данных следует, что активность нейтральных протеаз в 1,5-2,0 раза выше активности кислых протеиназ.

Величина протеолитической активности в исследуемых образцах зерна тритикале имеет, наряду с другими биохимическими показателями, принципиальное значение, по­скольку протеиназы способны активно гидролизовать собственные, в том числе и клейковинные белки, что, в конечном счете, сказывается на технологическом процессе и готовом продукте. Кроме того, протеолитические ферменты участвуют в регуляции активности других ферментных систем, например, амилаз.

Активность амилолитических ферментов зерна и муки - еще одна важная техноло­гическая и биохимическая характеристика, которая определяет наряду с другими показа­телями, хлебопекарные достоинства муки. Для зерна тритикале урожая 2015 г. число па­дения составило 133 с, для зерна тритикале урожая 2016г. - 96 с, урожая 2017 г. - 169 с. Это косвенно свидетельствует о повышенной амилолитической активности в данных об­разцах зерна тритикале.

Анализ реологических свойств теста из зерна тритикале сорта Тимирязевская 150 урожая 2017 г. выявил следующие основные параметры реологических свойств и расчет­ные показатели скоростей реакций (табл. 5, рис. 1).



1-ая фаза (С1) время от добавления воды до достижения оптимального крутящего момента при анализе цельносмолотого зерна тритикале составило 3,27 минуты. Следует отметить, что для зерна тритикале, как и для тритикалевой муки, время, характеризующее устойчивость теста и степень его разжижения, примерно в 5 раз меньше, чем для пшени­цы и пшеничной муки и составляет 1,25 и 5,02 минуты соответственно [6,12].

2-ая фаза (С2) - разжижение теста связанно с механическим и температурным воз­действием. При этом высокое значение С2 указывает на хорошее качество белка [12]. Крутящий момент на втором этапе составил 0,363 Н-т. Дополнительным параметром, ха­рактеризующим скорость изменений в белковом комплексе зерна при нагревании, к кото­рым следует отнести, как указывалось выше, денатурационные процессы и частичный протеолиз под действием собственных протеиназ зерна, является угловой коэффициент альфа (а), который характеризует скорость разжижения теста при нагреве (табл.5).

Крутящий момент на 3-ей фазе (СЗ) составил 1,472 Н-т, что является самой высокой точкой на графике и обусловлен максимальной вязкостью и набуханием гранул крахмала. Наблюдается стремительный и крутой подъём кривой на графике, что свидетельствует о высокой скорости клейстеризации крахмала.

На 4-ой фазе (С4), температура месильной камеры выходит на свой максимум (90 ° С) и поддерживается в течение 7 минут. В это время наблюдается снижение вязкости за счёт разрыва водородных связей, обеспечивающих более плотную упаковку амилозы и амилопектина. Образец размолотого зерна Тимирязевская-150 характеризуется низкой стабильностью крахмального клейстера, что может быть связано со структурными осо­бенностями крахмала тритикале и высокой долей поврежденных крахмальных зерен. Кру­тящий момент составил 0,706 Н-т.

На 5-ой фазе (С5) при постепенном охлаждении с 90 ° С до 50 ° С происходит так называемая ретроградация крахмала, суть которой сводится к тому, что молекулы амило­зы и амилопектина вновь выстраивают кристаллические цепочки за счёт водородных свя­зей. Чем выше крутящий момент, тем быстрее идёт процесс ретроградации. Можно прогнозировать, что продукты из данного зерна будут относительно устойчивыми после вы­печки, так как крутящий момент на этом этапе невысокий и составляет 1,173 Н-т.

На рис. 2 представлены основные индексы исследуемого образца зерна сорта Тими­рязевская 150. Данные интегральной оценки реологических свойств теста визуализируют­ся на графике в виде круговой диаграммы (рис. 2).


Анализируя данные интегральной оценки реологических свойств теста по 6-ти ос­новным показателям профайлера миксолаба, установлено, что в баллах они имели сле­дующие значения: ВПС - 8, Замес - 2, Клейковина+ - 6, Вязкость - 1, Амилаза - 4, Ретро-градация крахмала - 4. Можно констатировать, что исследуемый образец зерна характери­зуется высокой водопоглотительной способностью, так как содержит, в отличии от муки, большее количество белков, некрахмальных полисахаридов за счет присутствия перифе­рийных частей зерновки.

Низкий «показатель замеса» свидетельствует о недостаточной стабильности теста во время замешивания и соответствует слабой или средней муке, которая может быть реко­мендована для хлеба с малым объемом, слоеного теста, крекеров, лапши [13].

«Показатель клейковины» отражает два очень важных процесса, которые происхо­дят во время нагревания теста от 30 ° С до 40 ° С: крахмальные гранулы набухают, но их структура остается неизменной, при этом действие а-амилазы совсем незначительное; структура клейковинных белков изменяется, что связано с особенностями белковых ком­плексов, разрывом водородных связей, другими факторами, оказывающими влияние на структуру и свойства клейковины, а именно липидов, углеводов, ферментов (протеазы и их белковые ингибиторов, амилазы, липоксигеназа) [14]. Исследуемый образец зерна три­тикале имеет индекс клейковины - 6, группу качества по показаниям ИДК - II удовлетво­рительная крепкая (40 ед. ИДК).
«Показатель вязкости» описывает фазу, при которой наибольшее количество физи­ко-химических и биохимических параметров вступают во взаимодействие. На этой стадии роль белков отходит на второй план, а наибольшее значение приобретает состояние крах­мала, его клейстеризация и активность амилаз, которая достигает своего максимума при температуре 60-70 ° С. Низкий уровень индекса вязкости свидетельствует о высокой ами-лолитической активности, что коррелирует с индексом амилазы и подтверждается данны­ми, полученными с использованием метода числа падения.

«Показатель ретроградации крахмала» напрямую связан со способностью конечного продукта противостоять черствению. Исследуемый образец зерна имеет средний уровень индекса ретроградации крахмала, что позволяет предположить достаточно долгую со­хранность свежести после выпечки.

Выводы.
Мировая практика лабораторных исследований в области качества и безо­пасности продуктов питания свидетельствует о постоянном расширении списка контроли­руемых показателей пищевого сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Таким обра­зом, комплексные исследования биохимических, технологических и реологических свойств зерна, с использованием различных методов, их сравнительный анализ, по наше­му глубокому убеждению, необходимы для правильной интерпретации показателей и бо­лее полного понимания их практического применения. Комплексная оценка качества зер­на тритикале сорта Тимирязевская 150 с использованием традиционных и современных методов исследования показала, что исследуемые образцы зерна имеют достаточно хоро­ший технологический потенциал для использования в продовольственных целях, особен­но в технологиях, где высокая амилолитическая активность не является отрицательным фактором.

Литература
1.  Рубец, B.C. Селекция озимой тритикале в РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева: история, особенности, достижения // Известия ТСХА. - 2014. -№ 1. - С.115-124.
2.Леонова, С.А. Оценка хлебопекарных свойств перспективных селекционных видов три­тикале / С.А. Леонова, Л.И. Пусенкова, Е.В. Погонец // Хлебопродукты. - 2013. - № 6. - С. 40.
3.  Технологические и биохимические показатели как составляющие качества муки тритика­ле/ Е.П.Мелешкина [и др.] // Контроль качества продукции (Методы оценки соответствия). - 2017. -№ 2. -С. 38-44.
4.  Технологические свойства новых сортов тритикалевой муки/ Г.Н. Панкратов [и др.] II Хлебопродукты. - 2016. - № 1. - С. 60-62.
5. 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.
6. Antanas S. Studies regarding rheological properties of triticale, wheat and rye flours / S.Antanas // J. of Horticulture, Forestry and Biotechnology. - 2013. - v. 17. - № 1. - P. 345-349.
7. Dapcevic Т., Evaluation of the possibility to replace conventional rheological wheat flour quality control instruments with the new measurement tool - mixolab // Agriculturae Conspectus Scientificus. -2009. - V. 74. -№ 3. - P. 169-174.
8.  Пищевая химия. Лабораторный практикум/ Нечаев А.П. [и др.]. - СПб.: ГИОРД, 2006. -304 с.
9.  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. -31с.
10.  Белково-протеиназный комплекс зерна тритикале/ И.С. Витол [и др.]// Хранение и пере­работка сельхозсырья. - 2015. - № 8. - С. 36-39.
11.   Биохимическая характеристика новых сортов тритикалевой муки/И.С. Витол [и др.]//Хлебопродукты. - 2016. - № 2. - С. 42-44.
12. Aprodu J. Effect of the industrial milling process on the rheological behavior of different types of wheat flour // Scientific Study and Research: Chemistry and Chemical Engineering. - 2010. - № 11. -P. 429^37.
13. Dubat A. Le mixolab Profiler: un outilcomplet pour le controlequalite des bles et des farines // Industries des Cereales. - 2009. - № 161. -P. 11-26.
14. Биохимические и реологические показатели в оценке хлебопекарных свойств разных ви­дов муки / Д.Г. Туляков [и др.] // Хлебопродукты. - 2017. - № 6. - С. 30-34.
 

Витол И.С., канд. биол. наук,
Мелешкина Е.П. д-р техн. наук,
Туляков Д. Г., Герасииа А.Ю.
Всероссийский научно исследовательский институт зерна и продуктов его переработки - филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН (Москва)

Статья опубликована в сборнике:
Научные труды Северо-Кавказского федерального научного центра садоводства, виноградарства, виноделия. - 2018. - Т. 21. - С. 72-78.