Эмульгирующие и пенообразующие свойства белковой муки из пшеничных отрубей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

664.764:547.96

ЭМУЛЬГИРУЮЩИЕ И ПЕНООБРАЗУЮЩИЕ СВОЙСТВА БЕЛКОВОЙ МУКИ ИЗ ПШЕНИЧНЫХ ОТРУБЕЙ

В.В. КОЛПАКОВА, А.Е. ВОЛКОВА, А.П. НЕЧАЕВ

Московская государственная академия пищевых производств

Известно, что растительные белки обладают по-верхностно-активными свойствами, поэтому они могут использоваться в производстве продуктов питания в качестве эмульгаторов жиров и стабилизаторов пен [1]. Нами исследованы жироэмульгирующая ЖЭС, жиросвязывающая ЖСС и пенообразующая ПОС способности белковой муки из побочных продуктов переработки зерна пшеницы [2], а также влияние отдельных технологических факторов на указанные функциональные свойства.

Для определения ЖЭС муки навеску 3,5 г помещали в миксер, добавляли 50 см3 дистиллированной воды и суспензировали 1 мин при 4000 об/мин. Затем к смеси добавляли 50 см3 рафинированного подсолнечного масла (ГОСТ 1129 - 73) и эмульгировали 5 мин со скоростью 8000 об/мин. После этого эмульсию разливали в 4 калибровочные пробирки и центрифугировали 5 мин при 2000 об/мин. ЖЭС оценивали как отношение объема эмульсии к объему общей системы, выраженное в процентах.

Стабильность эмульсии СЭ определяли, нагревая ее 30 мин при 80°С, затем 15 мин охлаждали водопроводной водой. Охлажденную эмульсию разливали в 4 калибровочные пробирки и центрифугировали 5 мин при 2000 об/мин. СЭ определяли как отношение объема эмульсии, к общему объему системы, выраженное б процентах.

Для определения ЖСС навеску белковой муки помещали вс взвешенную центрифужную пробирку, добавляли 5 см' рафинированного подсолнечного масла и перемешивали в течение 1 мин при 1000 об/мин. Смесь оставляли в покое на 5 мин, после чего ее центрифугировали 15 мин со скоростью 4000 об/мин. Неадсорбированное масло сливали,. а пробирки в перевернутом положении оставляли на фильтровальной бумаге. Через 10 мин пробирки взвешивали и рассчитывали ЖСС как отношение массы масла, связанного мукой, к исходной массе последней.

ПОС определяли, помещая навеску белковой муки в стакан, приливали 25 см° дистиллированной воды и тщательно растирали стеклянной палочкой. Затем массу переносили в мерный цилиндр с притертой пробкой емкостью 500 см", смывали водой остатки навески в стакане и доводили общий объем жидкости до 300 см"\ Образец встряхивали в течение 1 мин и производили отсчет пены по высоте над уровнем жидкости. ПОС выражали как отношение высоты пены (в мм) к высоте взятой жидкости (в %).

Исследовали функциональные свойства двух видов белковой муки: из общих отрубей и гранулометрической фракции (отрубного продукта). Последняя имела размеры частиц от 195 до 670 мкм и выделялась просеиванием общих отрубей на ситах № 1, 067, 38. Фракция представляла собой сход с сита № 38 и обеспечивала более высокий

выходи более сбалансированный аминокислотный состав муки, чем общие отруби.

Белковую муку получали в сухом виде с влажностью 3-5% в соответствии с разработанными технологическими режимами в сушилке СВЗП-2 со встречно-закрученными потоками теплоносителя.

Таблица

Продукт Мас- ЖЭС СЭ ЖСС, г/г ПОС СП

совая доля белка % %

Белковая мука из общих отрубей 42,0 93 98 4,20 55 83

Белковая мука из отрубного продукта 52,2 67 70 2,75 76 52

Соевая мука (США) 38,6 46 52 2,08 27 38

Соевый изолят (ХЭЗ НПО”Масло- жирпром”) 85,7 74 65 — ИЗ 77

Пшеничная клейковина (МНР) 81,3 57 61 1,65 65 43

Изолят из шрота сафлора (ОТИПП) 91,0 І2 3,60 15 50

Яичный порошок (ГОСТ 2858-82) 46,0 12 48 0,36 15 50

Сухое молоко '(ГОСТ 4495-87) 26,0 32 22 1,94 10 0

Исследования показали, что при эмульгировании жира белки из отрубей выполняли две функции: образовывали эмульсию—масло в воде, а также стабилизировали ее. Эмульсия образовывалась за счет ориентации слоя белка на поверхности раздела масло—вода. Предохранительный белковый барьер стабилизировал эмульсию, о чем свидетельствовало отсутствие ее коалесценции и разрушения при нагревании (80°С) и хранении.

Функциональные свойства исследованной белковой муки в сравнении со свойствами других белковых компонентов растительного и животного происхождения, взятыми из литературных источников, приведены в таблице. Результаты показывают, что самой высокой ЖЭС обладала белковая мука из пшеничных отрубей, за ней располагались соевый изолят и белковая мука из отрубного продукта. У эмульсий, приготовленных с обоими видами белковой муки из пшеничных отрубей, наблюдался самый высокий показатель стабильности, далее следовали эмульсии, образованные соевым изолятом и пшеничной клейковиной.

Ёна_1 ьг-п ё ЦИ-.-і' Л

ітґ.і? п>і

■•[К'ТМ

Высдй

сот

ГГр-.'чРГ

.іл/.и е-Щ

біЗЬ. МОЙ

нню /Щ

оЙ&ЗР И С|'Я:;н

?1уК 4 Л 5-1 С'ГП 5¥г$Т1Й кпэссаб

І І.Л ОьГИмЧ Й

МІ

ТЛКЖЕ Э-

йЗиич с

ГТ|)П."'-КТ(

и]

ічіу.'.ьс.і С »і РІ

ИЫА ГОЛ,

тппурп.

о и о б и г?" Й.

*!'■ з

:г> і

Н> I

Кіі -1 41-. ' М 7-І І.Ґ

ткп ( : і зм н уи^.н] I ДС 4 ■ [і(4 1" ЖИ”СЛЬ;

-1-Й'И іиі .1*

1.764:547.96

ВА

окислотный

1И.де с влаж-аботанными лке СВЗП-2 еплоносите-

Таблица

пос\ СП

%

55 83

76 52

; 27 38

ИЗ 77

К 65

43

15 50

| 15 50

1-1 10 О

эмульгировали две функ-ло в воде, а я образовыва-а поверхности ■льный белко-

:Ю, 0 Чем СВИ-

ненции и раз-ранении, узнанной бел-твами других о и животного гурных источ-ьтаты показывала белковая располагались )трубного про-

с обоими ви-отрубей, на-ль стабильно-^зованные сое-нрой.

Белковая мука из пшеничных отрубей характеризовалась и очень высокой ЖСС, мука из отрубного продукта по данному показателю занимала третье место.

Высокие пенообразующие свойства обоих видов белковой муки свидетельствовали о том, что белки отрубей и их гранулометрической фракции изменяли поверхностное натяжение раздела не только фазы вода—масло, но и фазы вода—газ. По значению ПОС белковая мука из отрубного продукта уступала только соевому изоляту, а по стойкости пены белковая мука из общих отрубей заняла первое место.

Сравнение функциональных свойств белковой муки из побочного зернового сырья и соевой муки, относящихся по массовой доле белка к одной классификационной группе, показывает, что свойства пшеничной муки выше, чем соевой. Традиционные белковые продукты — яичный порошок и сухое молоко — по функциональным свойствам также значительно уступают показателям муки из общих отрубей и гранулометрической фракции.

Таким образом, белковую муку из побочных продуктов переработки зерна пшеницы целесообразно применять при производстве целого ряда новых пищевых продуктов и полуфабрикатов эмульсионного, сбивного и других типов.

С этой целью нами исследовано влияние различных технологических факторов на жироэмульгирующую, жиросвязывающую и пенообразующую способности белковой муки из пшеничных отрубей.

.Лассосс-я С'сл:<овой кукк аз лсоигссюс с-груЗеЙ Р

г/г япфб

Рис. 1

На рис. 1 приведены результаты определения влияния времени приготовления жироводной эмульсии на ее стабильность и ЖЭС белковой муки (кривые 2, 1 соответственно). Видно, что изменение ЖЭС носило нелинейный характер. С увеличением времени приготовления эмульсии от 1 до 4 мин ЖЭС белковой муки увеличивалась, при 4-5 мин достигала максимума, а при продолжительности приготовления более 5 мин — понижалась. Повышение ЖЭС белковой муки в интер-3*

вале от 1 до 5 мин связано, вероятно, с более равномерным распределением белка во времени между водной и жировой фазами. Дальнейшее увеличение времени приводило либо к механическому разрушению эмульсии, либо к денатурации ее белкового стабилизатора. Таким образом, максимальная способность белкового продукта эмульгировать жир составляет 90,5 - 93,4% при времени приготовления эмульсии 4 - 5 мин. Высокая стабильность эмульсии наблюдалась уже при эмульгировании жира в течение 1 мин, а начиная с 3 мин она практически не изменялась и равнялась 100%. Следовательно, при производстве жиробелковых композиций эмульсионного типа при аналогичном соотношении компонентов желательно, чтобы временной режим их приготовления составлял не менее 3 мин.

Влияние температуры на ЖЭС белковой муки исследовали в интервале от 20 до 90°С. Жир эмульгировали в течение оптимального времени

— 5 мин. Результаты, представленные на рис.1 (кривая 3), показывают, что максимальную ЖЭС (100%) белковая мука имела при 50°С и выше, а минимальную (84,5%) — при 30-40°С. При 20°С значение ЖЭС белковой муки также было высоким — около 93,4%.

Исследование влияния массовой доли белковой муки из пшеничных отрубей на ЖЭС проводили в диапазоне концентрации от 0,02 до 0,2 г продукта на 1 г жира (кривая 4). С увеличением массовой доли муки от 0,02 до 0,11 г/г способность белкового продукта эмульгировать жир увеличивалась с 44 до 99-100%. При дальнейшем повышении массовой доли белка в системе ЖЭС белковой муки оставалась постоянной (100%).

Влияние различных факторов на ЖЭС белковой муки из пшеничных отрубей представлено на рис. 2.

С повышением массовой доли муки способность-белкового продукта- связывать жир понижалась (кривая 1). В диапазоне массовой доли белковой муки от 0,02 до 0,06 г/г наблюдалось резкое уменьшение .значения ЖСС, а при увеличении массовой доли муки от 0,06 до 0,2 г/г снижение данного показателя было очень незначительным. Сравнение зависимостей ЖСС и ЖЭС белковой муки от ее массовой доли показывает, что они обра гны друг другу. Эти данные следует учитывать при обосновании выбора оптимальных дозировок белковой муки при производстве жиросодержащих пищевых продуктов различной физико-химической природы, например, изделий эмульсионного типа или готовящихся путем смешивания.

ЖСС белковой муки при увеличении времени перемешивания жирового и белкового компонентов от 1 до 4 мин повышалась, достигая максимума (5,2 г/г), а при времени свыше 4 мин — резко понижалась (кривая 2). Возможно, что ее снижение было связано с разрушением структуры белковых молекул под влиянием механического воздействия, что, в свою очередь, ослабляло гидрофобные взаимодействия между полипептидными цепями и липидами.

В рецептуре многих пищевых продуктов используется в качестве вкусового компонента хлорид натрия. Известно, что он оказывает существенное влияние на растворимость белковой муки из пшеничных отрубей. Нами исследована возможность регулирования с помощью данной соли ЖСС белковой муки.

На рис. 2 (кривая 3) видно, что с увеличением массовой доли хлорида натрия до 1,5% к массе жира ЖСС белковой муки резко увеличивалась, а при 1,5-2,0% она достигала максимума, увеличившись при этом в 1,8 раза. При массовой доле соли выше 2% ЖСС резко понижалась, а начиная с 3%

— практически не изменялась. Возможно, что максимальная ЖСС белковой муки была обусловлена тем, что при концентрации хлорида происходило обезвоживание белковых молекул, которое облегчало взаимодействие жира и белка при участии гидрофобных группировок. Интересно отметить, что именно при данной концентрации соли имел место наибольший переход белка муки в раствор — 25% от общего количества его в сырье.

С повышением температуры от 20 до 60°С ЖСС белкового продукта понижалась (кривая 4). Дальнейшее увеличение температуры от 60 до 90°С, наоборот, приводило к повышению ЖСС, которая, однако, не достигала максимального значения, наблюдавшегося при 20°С. Отсюда следует, что технологический процесс производства пищевых продуктов, включая абсорбцию жира белками отрубей, нецелесообразно вести при температурах, близких к 60°С, из-за довольно низких значений ЖСС белкового продукта.

При сравнении зависимостей растворимости белковой муки и ее ЖСС от температуры видно, что максимальной растворимости соответствовала

минимальная ЖСС продукта. Следовательно, тепловая денатурация белковых молекул из пшеничных отрубей при повышении температуры от 20 до 60°С заключалась в изменении структуры с появлением на поверхности все большего количества гидрофильных группировок, а выше 60°С — гидрофобных.

Для объяснения высокой жиросвязывающей способности белковой муки провели исследование ЖСС отдельных белковых фракций. Из зерна пшеницы по схеме трехсортного помола получали муку и отруби. Из муки 1-го сорта отмывали пшеничную .клейковину, а из отрубей выделяли альбумины и глобулины. Сырую клейковину разделяли на гли-адин и глютенин исчерпывающей экстракцией 70%-ным этанолом с последующей отгонкой спирта на роторном испарителе. Остаток после удаления глиадина из клейковины принимали за глютенин. Альбумины и глобулины экстрагировали дистиллированной водой и 0,5%-ным раствором хлорида натрия соответственно. Раствор глобулинов в соли диализовали на холод-' в течение 3 сут против дистиллированной воды. Выпавший осадок, как и все остальные фракции, лиофилизиро-вали. Белковая мука из пшеничных отрубей также находилась в лиофилизированном виде.

Получены следующие значения ЖСС, г/г, белковой муки и отдельных фракций: белковая мука из пшеничных отрубей — 3,96; альбумины — 1,23; глобулины — 1,50; клейковина — 3,38; глютенин

— 3,30; глиадин — 3,10.

Видно, что клейковина и ее отдельные фракции обладают более высокой ЖСС, чем альбумины и глобулины. Это связано, вероятно, с особенностью аминокислотного состава белков и, в частности, с суммой аминокислот с неполярными группами. Так, анализ полученных нами [3], а также литературных [4] данных показывает, что сумма аминокислот с неполярными радикалами для глиадина и глютенина составляет 34,2-47,6 г на 100 г белка, тогда как для альбуминов и глобулинов — только 29,9-35,0 г/ 100 г.

Таким образом, учитывая различия в значениях ЖСС муки и отдельных ее фракций, гидрофобные свойства последних, а также фракционный состав белков, (альбумины+глобулины — 28,1 — 40,9; глиадин — 4,2—7,7; глютенин — 63,9-68,3% от общего содержания белка) можно заключить, что ЖСС белков муки из пшеничных отрубей в большей степени обусловлена клейковинными белками и прежде всего их глютениновой фракцией.

Относительно высокие пенообразующие свойства белковой муки из пшеничных отрубей (таблица) свидетельствуют, что она с успехом может применяться в производстве сбивных кондитерских изделий. Для выявления потенциальных способностей белковой муки исследовали влияние отдельных технологических факторов на ее ПОС и СП.

Максимальную ПОС белковая мука имела при ее сбивании в течение 4-10 мин, а не 1 мин, как это предусмотрено методикой (рис. 3а, кривая /). СП также увеличивалась с возрастанием времени сбивания и наибольшего значения достигала при 8—10 мин (кривая 2).

над . с

1<Хн

9!

«г

8Г -П

-Я.

0

ла;,г

■гк-

£5 -

■80

гл)

С п 40°С Ь лась, достиг увели1; зующи причт что рас пониж С пс от 0,5 лась н< носилс при 6-Хло] ние на при вс степей 4% (р!

Зав1 массов! бей пр сили 1 Л 2, 3, обраба' муки о ны, а т При ПОС е< ло 56°/

Т.ОЛИ П(

г пос,« <ул,%

Г/ Г, Пе.'-8?'ЕС& № |^Ч

ПОТТЕ НКЛ

Мм,ь стд

Рис. 3

С повышением температуры (рис. 36) от 20 до 40°С ПОС белковой муки практически не изменялась, однако СП увеличивалась и при 40~60°С достигала наибольшего значения. При дальнейшем увеличении температуры оба показателя пенообразующих свойств резко понижались. Возможно, причиной тому была денатурация белка, потому что растворимость его в воде при данных условиях понижалась на 40,8%.

С повышением массовой доли сахарозы (рис. Зв) от 0,5 до 20% ПОС белкового продукта понижалась незначительно, в то время как изменение СП носило нелинейный характер, достигая максимума при 6-8% сахарозы.

Хлорид натрия "оказывал отрицательное влияние на пенообразующие свойства белковой муки при всех исследуемых дозировках, что в большей степени проявлялосв при концентрациях соли до 4% (рис. Зг).

Зависимость пенообразующей способности от массовой доли белковой муки из пшеничных отрубей представлена на рис. 4. В биомиксер переносили 1, 3, 9, 10, 12%-ный (соответственно кривые

1, 2, 3, 4, 5) раствор муки и в течение 1 мин его обрабатывали при 150 об/мин. ПОС белковой муки определяли ср^зу же после образования пены, а также через 0,5, 2 и 24 ч стояния.

При повышении массовой доли муки с 1 до 9% ПОС ее повышалась от 116 до 172%, что составляло 56%. При дальнейшем возрастании массовой яоли продукта ПОС изменялась уже незначитель-

Рис. 4

но. Различия в стабилизирующей способности пены в большей степени наблюдались при 0,5 ч стояния, чем при 24 ч. Чем меньше значения массовой доли белковой муки в растворе, тем стабилизирующая способность пены была выше.

ВЫВОДЫ

1. Сравнительный анализ жироэмульгирую-щей, жиросвязывающей и пенообразующей способностей белковой муки из побочных продуктов переработки зерна пшеницы с другими белковыми продуктами растительного и животного происхождения показал целесообразность ее применения в производстве пищевых продуктов и полуфабрикатов эмульсионного, сбивного и других типов.

2. Определены оптимальные технологические параметры — время перемешивания и эмульгирования жиро-белковой смеси, сбивания пены, температура, массовая доля белкового продукта, сахарозы и хлорида на^^ия — и соответствующие им максимальные значения функциональных свойств белкового продукта.

3. Установлено, что ЖСС белковой муки из пшеничных отрубей в большей степени обусловлена клейковинными белками и прежде всего глюте-ниновой фракцией.

ЛИТЕРАТУРА

1. Толстогузов В.Б. Новые формы белковой пищи / Технологические проблемы и перспективы производства. — М.: Агропромиздат, 1987. —• 303 с.

2. Нечаев А.П., Колпакова В.В. Ресурсосберегающая технология переработки пшеничных отрубей//Пищевая пром-сть. — 1993. — №12. — С.18.

3. Колпакова В.В., Вакар А.Б. Физико-химические и структурные различия глиадиновых и глютениновых компонентов клейковины разного качества/,/Прикл. биохимия и микробиология. — 1976. — 12. — Вып. 2. — С. 171.

4. Рядчиков В.Г. Улучшение зерновых белков и их оценка. — М.: Колос, 1978. — 368 с.

Кафедра органической химии

Поступила 22.09.94