CC BY
205
УДК 641.5:633.13.002.6
В. С. Попов, С. С. Сергеева, Н. В. Барсукова
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА ОВСА И ПЕРСПЕКТИВНЫЙ АССОРТИМЕНТ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ НА ЕГО ОСНОВЕ
Ключевые слова: голозёрный овёс, некрахмальные полисахариды, безглютеновая диета, функциональные продукты, цельно-
смолотая мука, заварное тесто, гидротермическая обработка.
Интерес к возделыванию и использованию овса без пленки значительно возрос в последние годы в большинстве стран мира. Полученные сведения о полисахаридах и проламинах новых сортов голозерного овса открывают новые перспективы для использования их в функциональном и лечебном питании. На основе заварного теста разработана технология приготовления профитролей и хлебцев. В исследованиях использовали один из продуктов переработки голозерного овса - цельносмолотую муку, которая являлась основным сырьем при создании изделий из теста. В более ранних исследованиях были разработаны рецептуры и технологии приготовления безглютеновых пряничных и вафельных изделий на основе нетоксичных при целиакии сортов овса.
Keywords: naked oat, non-starch polysaccharides, gluten-free diets, functional foods, wholegrain flour, choux pastry, hydrothermal
pre-treatment.
The naked oat (Avena nudum) is a new crop and the interest to its cultivation and use has significantly increased in recent years in most countries. The screening of grain of the new naked oat cultivars for the content of non-starch poly-saccharids and avenin composition is definitely important for the assessment of their use in food industry for producing functional and special purpose foods. A technology of profiteroles and crisp breads production has been developed. In our studies we have used the wholegrain flour - one of the products of the naked oat processing, which is the main raw material for manufacturing dough products. In earlier studies we have been developed recipes and techniques of preparation of gluten-free gingerbread and wafers on the basis ofgrain from the celiac non-toxic oat cultivars.
Введение
Популярность концепции функциональных продуктов питания резко возросла за последние 10-15 лет. Концепция открывает для пищевой промышленности широкие горизонты для проектирования новых продуктов с добавленной пищевой ценностью, которые могут способствовать здоровью человека.
Важным ингредиентом таких продуктов и диеты в целом являются пищевые волокна. Они оказывают существенное влияние на многие физиологические процессы, включая метаболическую активность кишечной микробиоты, желудочно-кишечную моторику, способствуя профилактике и лечению таких болезней цивилизации как диабеты, ожирение, ос-теопороз, атеросклероз, гипертония.
В основании пирамиды питания находятся зерновые. Они также являются наиболее популярным естественным источником пищевых волокон и содержат уникальную комбинацию растворимых и нерастворимых пищевых волокон, полисахаридов, комбинированных с низкомолекулярными биологически активными компонентами.
Главными растворимыми компонентами пищевых волокон зерновых культур являются (1,3;1,4)-р-D-глюканы и арабиноксиланы, являющиеся также основными структурными элементами клеточных стенок различных тканей зерна.
Бета-глюканы зерновых состоят из высокомолекулярных полимеров глюкозы, связанной Р(1-3) и Р(1-4) гликозидными связями. Арабиноксиланы, также называемые пентозанами, состоят из главной линейной цепи р-Э-ксилопиранозида, соединённой посредством (1-4) гликозидной связи.
Прекрасным источником пищевых волокон является овёс [1].
Овёс посевной (Avena sativa) - неприхотливое к почвам и климату влаголюбивое растение со сравнительно коротким вегетационным периодом. Он имеет более низкие требования к летнему теплу и более высокую устойчивость к дождю, чем другие злаки, такие как пшеница, рожь или ячмень, что является особенно важным для территорий с прохладным и влажным летом, среди которых и Северозападная Европа.
Овёс - удивительный злак. Он превосходит другие зерновые культуры по количеству полезных веществ. Биохимический состав подтверждает высокую пищевую ценность продуктов, производимых из овса, и их лечебный эффект.
Эпидемиологические исследования показали, что потребление продуктов из цельного зерна овса, богатых по содержанию бета-глюканами и арабинок-силанами, защищает от возникновения сердечнососудистых заболеваний, диабета II типа, ожирения, некоторых онкологических заболеваний, а в ряде стран, таких как Финляндия, Великобритания, США, овёс уже давно применяется в безглютеновом питании.
В посевах России, как и в мире, распространен овес пленчатый. Голозерные формы посевного овса (Avena nudum) являются по сути новой в земледелии культурой. Интерес к возделыванию и использованию овса без пленки значительно возрос в последние годы в большинстве стран мира. Это связано с диетическими и лечебно-профилактическими свойствами зерна.
В целом, по сравнению с пленчатыми, голозерные сорта овса отличаются большим выходом и пищевой ценностью. Выход крупы из голозёрных сортов овса составляет 99,2 %, а из плёнчатых только 71,5 % [2].
Крупа и хлопья из голозерного овса имеют лучшие вкусовые качества по сравнению с таковыми у пленчатых сортов. Таким образом, развитие селекции голозерного овса имеет большое значение в повышении качества питания людей, а также при создании продуктов функционального питания.
Объекты и методы исследования
Целью настоящих исследований являлась технологическая оценка зерна голозёрных сортов овса отечественной селекции и разработка технологии и рецептур кулинарной продукции специализированного и функционального назначения на его основе.
Для исследования были отобраны образцы 15-ти новых и двух стародавних сортов голозёрного овса (Вятский и Першерон) и один плёнчатый сорт (Скакун).
Бета-глюкан в зерне определяли по AACC методу 32-23. Измельчённое зерно после суспендирова-ния в буферном растворе pH 6,5 инкубировали с очищенным ферментом лихеназа, затем аликвотная часть фильтрата выдерживалась с ß-глюкозидазой. Определение глюкозы производили с использованием реагента глюкозооксидаза/пероксидаза. Содержание арабиноксиланов и проламинов определяли по инфракрасным спектрам отражения по программе OMNIC, Sigma Biological Sample Library. Состав проламинов определяли методом электрофореза в кислом полиакриламидном геле.
В качестве морфологических характеристик зерна использовали показатели массы 1000 зёрен и натуры зерна.
Результаты и обсуждение
Полученные данные по содержанию некрахмальных полисахаридов и проламинов в зерне новых селекционных сортов овса представлены в таблице 1.
Из представленных данных видно, что в изученных сортах среднее содержание ß-глюканов составляет 3,4±0,2%, арабиноксиланов 6,4±0,6%.
Диапазон варьирования значений для ß-глюканов подобен тем, которые сообщались в литературе для других типов овсов [3,4].
Интересно отметить, что среднее содержание арабиноксиланов в зерне изученных сортов приблизительно в два раза выше, чем ß-глюканов. Подобная тенденция наблюдается и для других зерновых [5].
Среди изученных сортов можно выделить три группы сортов, а именно сорта с повышенным содержанием арабиноксиланов (7,0 - 7,7%, №№1-6), сорта с низким содержанием арабиноксиланов (5,1 -5,8%, №№7-12), сорта со средним содержанием этого полисахарида (6,2 - 6,3%, №№13-17).
Для исследованных 17 образцов зерна голозёрных сортов овса отмечена высокая степень корреляционной зависимости между содержанием арабиноксиланов и ß-глюканов, R=0,85 (рис.1).
Такая корреляция свидетельствует, во-первых, об определённой сопряжённости пентозофосфатно-го и гликолитического циклов и, во-вторых, о при-
оритете в случае голозёрных овсов пентозофосфат-ного цикла.
Таблица 1 - Содержание некрахмальных полисахаридов и проламинов в зерне овсов отечественной селекции
№ Сорт Происхождение (родительские формы) ß-глюканы, % Арабинокси-ланы, %
1 3h10 (TorchxPetra)x Тюменский голозерный 3,4 7,4
2 9h09 Lotta A x И-2380 3,7 7,9
3 7Ы2о (TorchxPetra) х Тюменский голозерный 3,5 7,2
4 2h10 ТогЛхФрейя 3,6 7,5
5 1h07 м-и-о к-2108 Пушкинский голозерный 3,6 7,0
6 407h06 Mozart х Е-1643 3,5 7,7
7 857h06 ОА-503-1 х Тюменский голозерный 3,0 5,6
8 766h05 Borys x Mozart 3,0 5,1
9 683h05 Фрейя х Torch 3,2 5,6
10 668h05 Torch х Фрейя 3,2 5,2
11 735h05 Petra х Torch 3,3 5,5
12 41h04 Фауст х Mernime 3,3 5,8
13 629h09 Вандровник х Вятский 3,4 6,3
14 17Ы2о Sallust x (Е-1643 х Torch) 3,3 6,3
15 8Ы2о Вятский х Вандровник 3,4 6,3
16 Вятский (ОС) ПР1, партия №2 3,5 6,2
17 Першерон (ОС) ПР1, партия №1 3,4 6,2
18 Скакун Плёнчатый сорт Скакун 3,2 5,2
2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4
Б ета-г люк пны
Рис. 1 - Зависимость содержания арабиноксиланов в зерне голозёрных сортов овса от количества р-глюканов
Выполненные исследования представляют непосредственный интерес с точки зрения пищевой инженерии продуктов функционального и специализированного назначения.
Для использования овсов в производстве таких продуктов важное значение имеет характеристика проламиновой фракции белков, поскольку по аналогии с пшеницей эти белки являются носителями Т-клеточной токсичности при аллергиях и глютено-вой энтеропатии. В данном исследовании мы ограничились определением суммарного количества авенинов (так называются проламины овса) в зерне исследованных сортов (табл. 2) и определением со-
става фракций авенина методом электрофореза. Установлено, что среднее содержание этой фракции белков составляет 1,6 ± 0,2%. Исследованные сорта довольно выровнены по этому показателю.
Проламины у большинства зерновых представлены, как у пшеницы, четырьмя фракциями - а, в, Y и ю (рис. 2). В зерне овса имеются только а- и в-авенины. У исследованных нами сортов выявлено 11 типов спектров, различающихся по составу компонентов во фракциях а- и в-авенинов. Встречаемость этих типов спектров приведена в таблице 2.
Таблица 2 - Проламины и типы электрофорети-ческих спектров авенинов в зерне сортов и гибридов овса
Таким образом, полученные нами сведения о полисахаридах и проламинах новых сортов голозерного овса открывают новые перспективы для использования их в функциональном и лечебном питании.
№ п/п Сорт Проламины, % Спектры про-ламинов
тип %
1 3Ы0 1,8 2 7 30 70
2 9Ы)9 1,7 2 100
3 7Ы2о 1,8 3 100
4 2Ы0 1,5 2 7 85 15
5 1Ы)7 1,6 1 5 16 84
6 407Ы36 1,3 1 5 6 15 15 70
7 857Ы36 1,3 3 4а 20 80
8 766Ы35 1,2 6 100
9 683Ы35 1,3 1 5 6 50 20 30
10 668Ы35 1,2 2 100
11 735Ы35 1,5 6 100
12 4Ш04 1,6 8 9 90 10
13 629М9 1,8 2 4б 7 15 15 70
14 17Ы2о 1,9 1 100
15 8Ы2о 1,7 6 100
16 Вятский 1,8 1 100
17 Першерон 1,9 1 100
18 Скакун 1,6 10 11 70 30
Девять сортов однородны по этому признаку, в остальных встретились зерновки с двумя или тремя разными типами спектров. В функционально-технологическом плане и в связи с производством безглютеновых продуктов наибольший интерес вызывает состав а-авенина. Их молекулы имеют ди-сульфидные связи и устойчивы к протеолизу. Именно в этой фракции проламинов обнаружено большое число пептидов, токсичных при целиакии.
Как видно на рис.2, у большинства голозерных сортов а-авенины состоят из небольшого числа слабых компонентов и представляется перспективным исследовать токсичность этих сортов в реакции с сыворотками больных целиакией.
Рис. 2 - Типы электрофоретических спектров авенинов исследованных сортов овса (1-11) и глиадин пшеницы (г)
В исследованиях при разработке мучных изделий использовали один из продуктов переработки голозёрного овса - цельносмолотую муку, которая являлась основным сырьем при создании изделий из теста.
По причине низкой газоудерживающей способности овсяной муки наиболее приемлемыми видами теста, которые могут быть получены из нее, являются пресное, вафельное, бисквитное, песочное.
Овсяная мука не образует клейковину, придающую тесту необходимые вязко-упруго-эластичные свойства, в то же время содержит большое количество полисахаридов, таких как крахмал, слизи, бета-глюканы и другие нехрахмальные полисахариды (НПС), ограниченно набухающие в холодной воде, что проявляется в получении липкого, не сохраняющего свою форму, теста. При заваривании овсяной муки крахмал клейстеризуется, НПС набухают, при этом тесто становится эластичным и менее липким.
Для изучения изменений, происходящих с тестом после заваривания муки, были приготовлены модельные образцы густого теста, как для лапши, на пшеничной и овсяной муке. При этом два образца теста были получены из заварной муки и два образца - из муки, смешанной с холодной водой.
Исследуемые образцы теста следующие.
1. Пшеничная мука + холодная вода (20°С),
2. Овсяная мука + холодная вода (20°С),
3. Пшеничная мука + горячая вода (95°С) (заварное),
4. Овсяная мука + горячая вода (95°С) (заварное).
Исследование структурно-механических свойств проводили с помощью текстуроанализатора Струк-турометр СТ-2. Для этого использовали методику №
5 [6].
Принцип действия прибора основан на измерении механической нагрузки на насадке-инденторе при внедрении его с заданной скоростью в подготовленную пробу продукта. С помощью прибора под действием постоянной нагрузки определяли
общую деформацию теста, совпадающую с пластической деформацией.
Зависимость деформации теста от приложенного усилия представлена на рис. 3.
~ПТГГГ| | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i | i i i I
i 1 2 3 Í Ж S 7 8 9 is 11 1| 13 14 1.5' 18 * 18 19
Деформа^я,™
Нощ(2) j
Нобщ(4) Ев6щ(3)
М
Рис. 3 - Реологический профиль теста на пшеничной и овсяной муке
Из рисунка видно, что при холодном замесе тесто на пшеничной муке обладает значительно большей деформацией, по сравнению с аналогичным тестом на овсяной муке, и обладает выраженными упруго-эластичными свойствами. Это можно объяснить набуханием белков пшеничной муки и образованием упругого клейковинного каркаса. При заваривании муки белки денатурируют и на формирование структуры теста в значительной степени начинают оказывать влияние такие вещества, как крахмал и НПС муки. После заваривания овсяной муки, тесто становится более пластичным и упругим и по своим характеристикам приближается к тесту из заварного теста на пшеничной муке (образцы 3 и 4).
Подбирая необходимое соотношение овсяной муки, воды, яиц и масла, на основе заварного теста мы разработали технологию приготовления хлебцев и профитролей.
Изделия обладали хорошими органолептически-ми показателями, за исключением вкуса, который имел горечь. Она была, по всей видимости, обусловлена продуктами окисления липидов овса. Дальнейшие исследования показали, что предварительная гидротермическая обработка (ГТО) зерна овса позволяет удалить продукты окисления жиров с поверхности зерна, а также инактивировать ферменты, отвечающие за окислительную порчу жиров, тем самым, ГТО зерна способствует уменьшению характерного привкуса овса и горечи в готовых изделиях, а также продлевает сроки хранения муки, полученной из такого зерна.
В более ранних исследованиях нами были разработаны рецептуры и технологии приготовления без-глютеновых пряничных и вафельных изделий на основе нетоксичных при целиакии сортов овса [7,8].
Использование овсяной муки в количестве 12 % в составе мучной смеси при производстве безглюте-новых пряничных изделий придает им мягкость и рассыпчатость, обогащает белком, пищевыми волокнами. Также использование овсяной муки приводит к меньшему черствению изделий в процессе хранения, что позволяет продлить их сроки годности.
Разработка технологии вафельных изделий на овсяной муке и комбинации сахарозаменителей позволила рекомендовать их ещё и в лечебном питании диабетиков. Такие вафли имеют хорошие структурно-механические и органолептические свойства.
В процессе работы были определены оптимальные двухкомпонентные смеси структурных сахарозаменителей, характеризующиеся количественным синергетическим эффектом, связанным с уменьшением вязкости вафельного теста и увеличением хрупкости вафель.
Рецептура диетического вафельного полуфабриката на овсяной муке, которая не содержит сахарозы и пшеничного глютена, защищена патентом РФ на изобретение № 2337550 [9]. Коммерциализация разработки обеспечит расширение ассортимента продуктов здорового питания на отечественном рынке.
Выводы
Увеличивающийся спрос на продовольственное потребление зерна овса требует более глубокого исследования пищевой ценности и технологических свойств зерна овсов отечественной селекции, как районированных, так и вновь создаваемых.
Полученные данные по содержанию бета-глюканов и арабиноксиланов в зерне голозёрных сортов овса позволяют выделить генетические линии с высоким и низким содержанием этих компонентов.
У большинства голозерных сортов а-авенины состоят из небольшого числа слабых компонентов и представляется перспективным исследовать токсичность этих сортов в реакции с сыворотками больных целиакией.
На структурно-механические показатели готовых изделий и реологические свойства теста, полученного из овсяной муки, существенное влияние оказывают не белки, а крахмал и некрахмальные полисахариды зерна.
Пищевая ценность и полезные свойства зерна овса обуславливают возможность его применения при разработке изделий функционального и специализированного назначения.
Разработанные полуфабрикаты для профитролей, приготовленные без сахарозы, из цельнозерновой овсяной муки, полученной из нетоксичного сорта овса, могут быть рекомендованы в питании лиц, больных сахарным диабетом и целиакией.
Литература
1. K.Poutanen, Dietary fibre in a gluten-free diet, The Science of gluten-free foods and beverages, edited by E.K.Arendt and F.Dal Bello, AACC International Inc., pp.125-129 (2009).
2. Баталова Г.А. Перспективы и результаты селекции голозерного овса // Зернобобовые и крупяные культуры, 2014. - №2.
3. J.F.Holthaus, J.B.Holland, P.J.White, K.F.Frey, Inheritance of P-Glucan content of oat grain, Crop Science. 36, pp.567-572 (1996).
4. Koom Chang Cho, P.F.White, Enzymatic Analysis of P-glucan content in different oat genotypes, Cereal Chemistry, 70, №5, 539-542 (1993).
5. P.Aman, K.Hesselman, Analysis of starch and other main constituents of cereal grains, Swedish J.Agr.Res., 14, pp.135-139, 1984.
6. Структурометр СТ-2. Методика №5 работы на приборе. - Москва, 2011 - 3 с.
7. Барсукова, Н.В. Разработка технологии пряничных изделий на основе безглютенового мучного сырья. Ав-тореф. дисс. канд. техн. наук: 05.18.15 / Н.В. Барсукова. - СПб., 2005. - 19 с.
8. Попов, В.С. Разработка технологии и рецептур вафель диетического назначения на пшеничной и овсяной муке с использованием комбинаций сахарозаменителей. Ав-тореф. дисс. канд. техн. наук: 05.18.07 / В.С. Попов. -СПб., 2008. - 16 с.
9. Пат. Россия 2337550 (2007).
© В. С. Попов, канд. техн. наук, старший преподаватель Высшей школы биотехнологии и пищевых технологий, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, popovitaly@yandex.ru; С. С. Сергеева, аспирант Высшей школы биотехнологии и пищевых технологий, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, sergeeva_ss@mail.ru; Н. В. Барсукова, канд. техн. наук, доцент Высшей школы биотехнологии и пищевых технологий, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, nvb911@rambler.ru.
© V. S. Popov, Senior Lecturer of Graduate School of Biotechnology and Food Science, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, popovitaly@yandex.ru; S. S. Sergeyeva, Postgraduate of Graduate School of Biotechnology and Food Science, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, sergeeva_ss@mail.ru; N. V. Barsukova, Associate Professor of Graduate School of Biotechnology and Food Science, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, nvb911@rambler.ru.
