CC BY
89
ПРОИЗВОДСТВО ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
УДК 664.742.2 + 658.62.018
Формирование функционально-технологических свойств жмыха зародышей пшеницы термической обработкой
Formation functional and technological properties of wheat germ meal heat treatment
Профессор H.C. Родионова, аспирант О.А. Соколова (Воронежский государственный университет инженерных технологий) кафедра сервиса и ресторанного бизнеса, тел. (473)255-37-72 E-mail: rodionovastY/ mail.ru
Professor N.S. Rodionova, Graduate Student O.A. Sokolova (Voronezh State University of Engineering Technology) chair of service and restaurant business, tel. (473) 255-37-72 E-mail: rodionovast(fl;mail.ru
Реферат. Жмых зародышей пшеницы является побочным продуктом, образующимся после извлечения масла из зародышей методом холодного прессования. Это ценный с точки зрения пищевой и биологической ценности продукт, в котором присутствует полноценный белок (30-35 %) с высоким содержанием незаменимых аминокислот, эссенцпальных полиненасыщенных жирных кислот ы-3, ы - 6, витаминов Е, D, группы В, пантотеновой и фолиевой кислот, каротинопдов, а также макро- п микроэлементов, среди которых следует выделить такие, как фосфор, кальций, калий, магний, селен, цинк. Для широкого внедрения этого сырьевого источника в пищевые технологии необходима информация о его функционально-технологических свойствах, определяющих поведение компонента в составе сложных полнднсперсных пищевых систем, которыми являются большинство продуктов питания - мясные, молочные, хлебобулочные, кондитерские. Информация о функционально-технологических свойствах нового компонента рецептуры позволяет уточнить технологические приемы и режимы его обработки, а также способ и последовательность его введения в пищевые продукты, поскольку всякое изменение среды вокруг молекул биополимеров, вызывающее изменение их конформации, может повлечь за собой модификацию свойств этих веществ. В ходе работы исследовали влияния режимов предварительной термической обработки на функционально-технологические свойства жмыха зародышей пшеницы с учетом степени его дисперсности. Вследствие исследований влагосвязывающей и влагоудерживаюшей способности было доказано, что наибольший интерес представляет ЖЗП со средним размером частиц 0,29 мм, т.к. в процессе термической обработки имеет наименьшие потерн влаги. Измельчение до 0,026 мм позволяет повышать влагосвязывающую и влагоудерживающую способность ЖЗП, а также стабилизацию этих свойств в процессе термического воздействия, однако компонент приобретает мажушую консистенцию, липкость, что негативно влияет на качественные показатели структуры конечного продукта.
Summary. Meal wheat germ is a byproduct generated after the extraction of oil from the germ by cold pressing. This is valuable from the viewpoint of food and biological value of the product that contains complete protein (30-35 %) with a high content of essential amino acids, essential polyunsaturated fatty acids a - 3, a a - 6, vitamins E, D, b group, Pantothenic and folic acids, carotenoids, macro - and microelements, among which we can highlight such as phosphorus, calcium, potassium, magnesium, selenium, zinc. For wide introduction of this raw material in industrial technology the necessary information about its functional and technological properties that determine the behavior of the component within the polydisperse complex food systems, which are the most food - meat, dairy, bakery, confectionery. Information about functionally-technological properties of the new component of the formulation helps to Refine technological methods and modes of processing, and method and
© Родионова H.C., Соколова О.A., 2016
sequence of administration in food products, because any change in the environment around the molecules of biopolymers, causing changes in their conformation, may result in the modification of the properties of these substances. In the work investigated the effects of modes of preliminary heat treatment on the functional-technological properties of soybean meal, wheat germ with regard to its degree of dispersion. Due to experimental studies of water-binding and water-holding abilities it has been proven that the greatest interest is JSP with an average particle size of 0.29 mm, since the heat treatment process has the lowest moisture loss. Reduced to 0,026 mm allows to increase water-binding and water-holding capacity ISP, as well as the stabilization of these properties during thermal exposure, however, the component becomes a light texture, stickiness, adversely impacting on the quality indicators of the structure of the final product.
Ключевые слова: жмых зародышей пшеницы, функционально-технологические свойства, водосвязывающая, влагоудерживающая, жироудерживающая, эмульгирующая способность, дисперсность.
Keywords: meal wheat germ, functional and technological properties, water binding capacity, water holding capacity, shirodaria ability, emulsifying ability, dispersion.
Жмых зародышей пшеницы (ЖЗП) является побочным продуктом, образующимся после извлечения масла из зародышей методом холодного прессования. Это ценный с точки зрения пищевой и биологической ценности продукт, в котором присутствует полноценный белок (30-35 %) с высоким содержанием незаменимых аминокислот, эссенциальных полиненасыщенных жирных кислот а - 3, о - 6, витаминов Е, D, группы В, пантотеновой и фолиевой кислот, каротиноидов, а также макро- и микроэлементов, среди которых следует выделить такие, как фосфор, кальций, калий, магний, селен, цинк [1]. Для широкого внедрения этого сырьевого источника в пищевые технологии необходима информация о его функционально-технологических свойствах, определяющих поведение компонента в составе сложных полидисперсных пищевых систем, которыми являются большинство продуктов питания - мясные, молочные, хлебобулочные, кондитерские. Влагосвязывающая, влагоудерживающая, эмульгирующая способность и стойкость образованных эмульсий - это комплекс показателей, позволяющих прогнозировать способность нового компонента рецептуры обеспечивать формирование структурно-механических, физико-химических характеристик свойств пищевых систем и продуктов на их основе. ЖЗП обладает низкой устойчивостью к окислительной порче, снизить интенсивность которой возможно термической обработкой при определенных условиях [2]. Однако тепловое воздействие оказывает существенное влияние на изменения структуры биополимеров, составляющих основную часть сухих веществ ЖЗП и, как следствие, на изменения их свойств.
Информация о функционально-технологических свойствах нового компонента рецептуры позволяет уточнить технологические приемы и режимы его обработки, а также способ и последовательность его введения в пищевые продукты, поскольку всякое изменение среды вокруг молекул биополимеров, вызывающее изменение их конформации, может повлечь за собой модификацию свойств этих веществ.
Цель работы - исследование влияния режимов предварительной термической обработки на функционально-технологические свойства жмыха зародышей пшеницы с учетом степени его дисперсности.
В качестве объектов исследования были образцы жмыха зародышей пшеницы различной степени дисперсности (средний размер частиц 5,3; 0,29; 0,12; 0,026 мм), подвергнутые предварительному обжариванию в условиях постоянного теплоподвода с вынужденной конвекцией при температуре в рабочей камере 150 °С [3]. В серии экспериментов последовательно меняли продолжительность нагрева образцов 210, 390, 500, 750 с.
Технологии АПК-
пищевой и перерабатывающей промышленности {-продукты здорового питания, № 3, 2016
Влагосвязываюшую (ВСС), влагоудерживающуго (ВУС), жироудерживаюшую (ЖУС), эмульгирующую (ЭС) способность и стабильность эмульсии (СЭ) определяли по известной методике (Антипова А.В., 2001).
Степень дисперсности определяли по ГОСТ 27560-87 «Мука и отруби. Метод определения крупности».
Одним из факторов, обеспечивающих потребительские свойства продукта, является влагосвязывающая способность, от нее зависят сочность, консистенция, устойчивость при хранении, товарный вид изделия. Экспериментальные исследования (рис. 1) показали, что с увеличением продолжительности термообработки способность связывать влагу биополимерами ЖЗП снижается, это связано со степенью дисперсности образцов.
- Среднийразмер частиц 5.3
мм
-С'релнийразмер частиц
0,29 мм
■ Средннйразмер частиц 0,12 мм
- Средннйразмер частиц
0,026 мм
Рис. 1. Влияние продолжительности обжаривания на влагосвязывающую способность ЖЗП различной дисперсности, %
При среднем размере частиц ЖЗП 5,3 мм начальная влагосвязывающая способность незначительна (73,2 %), а потери этой способности возрастают от 2 до 33 % в исследуемом диапазоне продолжительности термического воздействия. При увеличении степени дисперсности и измельчении жмыха до 0,29 мм влагосвязывающая способность возрастает до 75,6 %, а ее снижение при термическом воздействии зафиксировано с 75,6 до 49,8 %при максимальной продолжительности нагрева (рис. 2).
- 0 мни -3.5 мин
-6.5МКН
- 8.5 мнн
- 12.5 инн
Рис. 2. Влияние степени дисперсности ЖЗП способности при термической обработке, %
на потери влагосвязывающеи
При измельчении увеличивается площадь поверхности частиц, что способствует повышению количества адсорбционно-связанной влаги. При измельчении жмыха зародышей пшеницы до среднего размера частиц 0,12 мм влагосвязыва-ющая способность возрастает до 78,6 %, что обеспечивает в готовом продукте однородную и монолитную структуру. Потери влагосвязывающей способности для данной степени дисперсности при обжарке незначительны (3-10 %).
Таким образом, потери влагосвязывающей способности и влаги в процессе термической обработки связаны с изменением конформационной структуры белка, обусловленной термической денатурацией, которая сопровождается изменениями важнейших свойств белка: потерей биологической активности, видовой специфичности, способности к гидратации, повышением реакционной способности белков [4]. Нивелировать эти изменения возможно с помощью диспергирования ЖЗП до необходимых размеров частиц.
Влагоудерживающая способность характеризует свойства ингредиента не только прочно связывать свободную влагу, но и удерживать ее в процессе технологической обработки. Это свойство позволяет прогнозировать содержание компонентов в рецептуре для обеспечения необходимых водоудерживающих и реологических свойств продукта, его консистенции, повышения выхода, снижения потерь и брака при технологической обработке.
Ср е " нал р а змер ч а с:иц ;. 3 мм
С ре"нкй размер частиц
0:29мм
Средний размер частиц ОД 2 мм
Срегнийрагмерча сгиц 0.026мм
Рис. 3. Влияние продолжительности термической обработки на влагоудерживаю-щую способность жмыха зародышей пшеницы разной дисперсности, %
Из рис. 3 видно, что повышение степени измельчения жмыха зародышей пшеницы в исследуемом диапазоне сопровождается возрастанием влагоудержи-вающей способности от 69,2 до 75,4 %. При термической обработке показатель снижается, но при этом сохраняет довольно высокие значения и составляет от 64,4 до 70,4 % при максимальной продолжительности теплового воздействия.
Потеря белками способности к гидратации объясняется тем, что при изменении конформации полипептидных цепей на поверхности молекул белка появляются гидрофобные группы, а гидрофильные оказываются блокированными в результате образования внутримолекулярных связей [4].
Вследствие экспериментальных исследований влагосвязывающей и влаго-удерживающей способности было доказано, что наибольший интерес представляет ЖЗП со средним размером частиц 0,29 мм, т.к. в процессе термической обработки имеет наименьшие потери влаги (рис. 4).
Технологии АПК-
пищевой и перерабатывающей промышленности {-продукты здорового питания, № 3, 2016
Измельчение до 0,026 мм позволяет повышать влагосвязывающую и влаго-удерживающую способность ЖЗП, а также стабилизацию этих свойств в процессе термического воздействия, однако компонент приобретает мажущую консистенцию, липкость, что негативно влияет на качественные показатели структуры конечного продукта. Дальнейшие исследования жироудерживающей способности проводили для образца со средним размером частиц 0,29 мм.
10
-♦— 0 мин -в—3.5 мин -йг-6,5 мин — 8,5 мин -ч—12,5 мнн
Рис. 4. Влияние степени дисперсности ЖЗП на потери влагоудерживающей способности при термической обработке, %
Жироудерживаюшая способность характеризует способность связывать и удерживать жир. На поверхности молекулы белка находятся гидрофильные и гидрофобные группировки. Благодаря гидрофобным связям молекула белка обладает способностью удерживать молекулы жиров. Жироудерживающая способность может также объясняться физическим захватыванием, связыванием и удерживанием масла молекулой белка благодаря ее пористой структуре. Результаты экспериментальных исследований показывают, что величина жироудерживаюшей способности жмыха зародышей пшеницы находится в прямой корреляционной связи с продолжительностью обжаривания (рис. 5).
Жмых до обжаривания обладал максимальной жироудерживающей способностью (84 %), с увеличением продолжительности обжаривания показатель снижается до 78 %. Снижение показателя вызвано началом необратимой денатурации белков жмыха зародышей пшеницы, т.к. известно, что степень денатурирующего воздействия температуры на белки зависит от влажности сырья и содержания в нем жира и усиливается при увеличении температуры и продолжительности ее воздействия.
" I
1ИИ1
75-------
О 3,5 6.5 8,5 12,5
Время, мин
Рис. 5. Влияние продолжительности термической обработки на жироудерживающую способность жмыха зародышей пшеницы, %
Эмульгирующая способность ЖЗП свидетельствует о наличии различных высокомолекулярных веществ и показывает, что во всех случаях они стабилизируют эмульсию.
В результате обжарки жмыха зародышей пшеницы выявлено повышение ЭС при увеличении продолжительности обжарки (рис. б). Наибольшей эмульгирующей способностью обладает жмых зародышей пшеницы, обжаренный в течение 12,5 мин (59 %).
Время, мин
Рис. б. Влияние продолжительности термической обработки на эмульгирующую способность ЖЗП
Это может быть связано с деструкцией биополимеров жмыха белков и крахмала, с образованием веществ меньшей молекулярной массы (декстринов) и летучих продуктов (СО2, СО, Н2О и др.). Известно, что декстрины обладают эмульгирующей способностью и, вероятно, их увеличивающееся количество усиливает ее.
Стабилизация эмульсий, обусловленная особыми структурно-механическими свойствами адсорбционных межфазных слоев, способствует повышению устойчивости дисперсных систем вплоть до полного фиксирования (рис. 7). Такая стабилизация носит универсальный характер и необходима при получении высокоустойчивых, особенно концентрированных эмульсий.
35 -
30 -
25 -
зе 20 <тГ
<-> 15
10
А
3,5
6,5
Время, мин
8,5
12,5
□
1 ль
Рис. 7. Влияние термической обработки на стабильность эмульсии подсолнечного масла на основе жмыха зародышей пшеницы
Анализ динамики изменений стабильности эмульсии на основе жмыха зародышей пшеницы показывает, что ее устойчивость до термической обработки составляет 6 %, в процессе возрастает до 34 %. Таким образом, введение ЖЗП может оказать положительный стабилизирующий эффект при введении в рецептуры жировых компонентов, при этом необходимо соблюдение последовательности соединения компонентов, обеспечивающее образование устойчивых эмульсий на первом этапе и гидратацию компонентов на последующих. Это позволит избежать потерь жира и влаги при термической обработке.
Результаты исследований функционально-технологических свойств жмыха зародышей пшеницы позволяют рассматривать их в качестве эффективных регуляторов технологических свойств пищевых систем, в связи с чем необходима разработка рекомендаций и способов их применения в различных пищевых системах в соответствии с проявляемыми ими функционально-технологическими свойствами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Родионова, Н.С. Перспектива использования муки зародышей пшеницы в коррекции биопотенциала продуктов питания [Текст] / Н.С. Родионова, О.А. Соколова / / Материалы Междунар. науч.-практич. конф. «Системный анализ и моделирование процессов управления качеством в инновационном развитии АПК». - Воронеж, 2015. - С. 166-167.
2. Родионова, Н.С. Изучение процесса стабилизации свойств жмыха зародышей пшеницы при различных режимах хранения [Текст] / Н.С. Родионова, О.А. Соколова / / Материалы II Междунар. науч.-технич. конф. «Продовольственная безопасность: научное, кадровое и информационное обеспечение». - Воронеж 2015. - С. 175-178.
3. Родионова, Н.С. Влияние термической обработки на формирование аромата муки зародышей пшеницы [Текст] / Н.С. Родионова, О.А. Соколова, Т.А. Кучменко, Р.У. Умарханов / / Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2015. - № 2 - С. 117-121.
4. Антипова, Л.В. Методы исследования мяса и мясных продуктов [Текст]: учебник / Л. В. Антипова, И. А. Глотова, И. А. Рогов. - М.: Колос, 2004. - 571 с.
REFERENCE
1. Rodionova N. S. Perspektiva ispol'zovaniya muki zarodyshey pshenitsy v korrektsii biopotentsiala produktov pitaniya [Prospect of use of flour of germs of wheat in correction of biopotential of food] Materialy Mezhdunar. nauch.-praktich. konf. «Sistemnyy analiz i modelirovanie protsessov upravleniya kachestvom v inno-vatsionnom razvitii АРК», Voronezh, 2015, pp. 166-167 (Russian).
2. Rodionova N. S. Izuchenie protsessa stabilizatsii svoystv zhmykha zarodyshey pshenitsy pri razlichnykh rezhimakh khraneniya [Studying of process of stabilization of properties of cake of germs of wheat at various modes of storage] Materialy II Mezhdunar. nauch.-tekhnich. konf. «Prodovol'stvennaya bezopasnost': nauchnoe, kadrovoe i informatsionnoe obespechenie»,Voronezh, 2015, pp. 175-178 (Russian).
3. Rodionova N.S. Vliyanie termicheskoy obrabotki na formirovanie aromata muki zarodyshey pshenitsy [Influence of heat treatment on formation of aroma of flour of germs of wheat] Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhe-nernykh tekhnologiy, 2015, No. 2, pp. 117-121 (Russian).
4. Antipova L.V Metody issledovaniya myasa i myasnykh produktov [Methods of research of meat and meat products], Moscow, 2004, 571pp. (Russian).
