CC BY
93
УДК:664.66:634
Глубокая переработка зерна озимой ржи
Андреев Николай Руфеевич, чл.-корр. РАН, доктор техн. наук, директор, Лукин Николай Дмитриевич, доктор техн. наук, зам. директора, Папахин Александр Алексеевич, аспирант
ФГБНУ «ВНИИ крахмалопродуктов», п. Красково, Московская обл.., Россия,
E-mail: [email protected]
Во ВНИИ крахмалопродуктов проведены исследования по глубокой переработке зерна ржи сортов селекции НИИСХ Северо-Востока с целью извлечения крахмала и его гидролиза для получения сахаристых продуктов. Установлено, что ржаной крахмал является полноценным заменителем кукурузного крахмала, используемого для производства сахаристых продуктов в виде карамельной и мальтоз-ной патоки, глюкозно-фруктозного сиропа и кристаллической глюкозы. Из всех зерновых рожь имеет наиболее крупные зерна крахмала, что особенно важно в технологических операциях при осаждении и извлечении крахмала. Отмечено, что при извлечении крахмала из мучной суспензии основной сложностью технологического процесса является высокая вязкость, создаваемая образованием белково-пентозанных комплексов, поэтому технологическая операция их разрушения и экстрагирования должна предшествовать операции извлечения крахмала. В статье приведены результаты исследований по экстрагированию белков из ржаной мучной суспензии с применением ферментных препаратов целлю-лолитического и протеолитического действия. Получены из ржаной муки образцы белково-углеводного концентрата с содержанием белка 25-32%, имеющего сбалансированный состав незаменимых аминокислот. Приведена технологическая схема производства ржаного сиропа, который не кристаллизуется при хранении и содержит микроэлементы и биологически активные компоненты в количествах, соответствующих их содержанию в овощах и фруктах. Разработка технологии белковых продуктов и композитов с заданными составом и функциональными свойствами из растительного сырья является одним из приоритетных направлений увеличения и качественного совершенствования ресурсов продовольственного белка.
Ключевые слова: рожь, крахмал, сироп, фермент, белковый концентрат
Рожь является потенциальным видом сырья для производства крахмала, что следует из результатов проводимых совместных исследований во ВНИИ крахмалопродуктов и Зонального НИИ сельского хозяйства Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого, в таких сортах, как Вятка 2, Фаленская 4, Кировская 89 содержание крахмала составляет более 60% [1, 2]. Кроме того, из всех зерновых рожь имеет наиболее крупные зерна крахмала до 60 мкм, что особенно важно в технологических операциях при осаждении и извлечении крахмала [1].
Глубокая переработка зерна ржи включает извлечение и фракционирование белков, аминокислотный состав которых более сбалансирован, чем у пшеницы и ячменя, поэтому выделенные белковые концентраты зерна ржи могут служить эффективными добавками, повышающими биологическую ценность пищевых продуктов [3].
Цель исследований - разработка технологии глубокой переработки ржи с полным использованием всех компонентов зерна.
Белковые концентраты из зерна ржи. Проведены исследования по биоконверсии некрахмальных компонентов ржаной муки различной степени помола с применением
выбранных гидролаз целлюлолитического и протеолитического действия с целью разработки требований к перерабатываемому сырью - ржаной муке и комплексу ферментных препаратов, обеспечивающих разрушение некрахмальных составляющих муки для получения белково-углеводных продуктов [3].
Исследования проводили с использованием методов: Эверса (определение содержания крахмала), вискозиметрии (определение реологических характеристик), Лейна-Эйнона (определение глюкозного эквивалента), Шоха (определение содержания растворимых веществ), Къельдаля - на автоматическом анализаторе азота и определение аминокислотного состава белков методом ВЭЖХ на хроматографе фирмы Metrohm (Швейцария).
Результаты и их обсуждение. В используемых для извлечения крахмала образцах ржаной муки обдирной и обойной было определено содержание белков и незаменимых аминокислот, отмечено более высокое их содержание у обойной муки, что соответствует данным [3, 4], поэтому дальнейшие опыты по экстрагированию белков проводили с обойной мукой по ГОСТ 7045-90.
В первой серии опытов готовили водную суспензию муки без ферментов в соотношении 1:3, доводили pH до оптимальной величины, выдерживали при температуре 450С и периодически перемешивали в течение 4-х часов. Затем продукт подвергали центрифугированию при 6000 об/мин в течение 10 мин с однократной промывкой осадка. В экстракте определяли содержание сухих веществ (СВ), белка и его аминокислотный состав, глюкозный эквивалент (ГЭ), промои смешивали с экстрактом, и смесь подвергали увариванию и распылительной сушке. Содержание белков по СВ в водном экстракте составило в среднем 21%.
Во второй серии опытов при тех же условиях в водную суспензию добавляли
40
ферменты. Результаты исследований показали, что наиболее эффективными катализаторами процесса экстрагирования некрахмальных составляющих ржаной муки являются композиции следующих ферментных препаратов: протеолитического Distizym Protacid Extra Экстра и ксиланазы Distizym XL Erbsloh Дистицим XL фирмы ERBSLOH (Германия). Содержание белков в экстракте, полученном с применением ферментов, составило 30%.
Полученные образцы экстрактов были подвергнуты аминокислотному анализу с выборкой содержания незаменимых аминокислот в сравнении с исходной ржаной мукой, зерном ржи и эталонным яичным белком ФАО [3], представленных на рисунке 1.
го
О) S I
Si
Ср
а) ч: о О
35 30 25 20 15 10 5 0
=1
■ Фенилаланин
□ Треонин Ш Тирозин UЛейцин
В Изолейцин
■ Валин
□ Триптофан
■ Метионин И Лизин
ЭкстрактФ ЭкстрактВ Мука ржан Рожь
Яйцо
Рис. 1. Сравнительное содержание незаменимых аминокислот в белках: ржаного экстракта с ферментом (ЭкстрактФ), ржаного экстракта водного (ЭкстрактВ), ржаной муки (Мука ржан), зерна ржи и яйца (эталон ФАО).
Отмечена высокая сбалансированность белков ржи по незаменимым аминокислотам за исключением метионина, что необходимо будет учитывать при комбинировании белковых концентратов в функциональных пищевых продуктах.
В результате исследований получены из ржаной муки образцы белково-угле-водного концентрата с содержанием белка 25-32%, редуцирующих веществ 20-30%, имеющего сбалансированный состав незаменимых аминокислот, комплекс витаминов и минеральных веществ.
Белки ржи содержат все незаменимые аминокислоты, состав которых можно регулировать при разных условиях экстрагирования с применением протеаз и создавать белково-углеводные композиты для пищевых целей [3].
Сахаристые продукты из крахмала.
Глубокая переработка зерна ржи включает не только извлечение крахмала, но и его дальнейший гидролиз для получения целой гаммы сахаристых продуктов. В опытно-производственных условиях ВНИИ крахма-лопродуктов были проведены сравнительные испытания по гидролизу ржаного крахмала для получения сахаристых продуктов [5] со следующими характеристиками:
- карамельная ферментативная патока -продукт неполного гидролиза крахмала с использованием ферментных препаратов и получения следующего углеводного состава: глюкозы - менее 10%, мальтозы -30.. .40% и декстринов 50.. .60%;
- мальтозная патока - продукт неполного ферментативного гидролиза крахмала с
содержанием ГЭ 38 с углеводным составом: глюкозы - менее 7%, мальтозы - 50...60% и декстринов 30.40%, используется при производстве пива и кондитерских изделий;
- высокоосахаренная патока - продукт неполного ферментативного гидролиза крахмала с содержанием ГЭ более 45% с углеводным составом: глюкозы - 30.40%, мальтозы - 30.35% и декстринов 30.35%, применяется при производстве кондитерских изделий, мороженого, муссов, засахаренных фруктов.
- глюкоза кристаллическая ангидридная - продукт полного гидролиза крахмала с содержанием ГЭ около 100%. Относится к моносахарам с влажностью 0,4 %, применяется для производства сорбита, аскорбиновой кислоты, антибиотиков и глюкозы фармакопейного качества в медицинских целях;
- глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС) - продукт полного гидролиза крахмала до глюкозы с последующей ферментативной изомеризацией части глюкозы во фруктозу, используется взамен сахара в производстве безалкогольных напитков и фруктовых напитков, кондитерских изделий, сгущённого молока, плодоовощных консервов, мороженого, вин, ликеров.
В результате испытаний выявлено, что ржаной крахмал является полноценным заменителем кукурузного и пшеничного крахмалов, используемых для производства сахаристых продуктов.
К сахаристым продуктам, получаемым из ржаного крахмала, относится и ржаной сироп, его состав и блок-схема производства представлены на рисунке 2.
Зерно ржи
Измельчение
Вода
Замачивание Ферменты
Осахаривание Фильтрование
Состав ржаного сиропа
Глюкоза 17%
Мальтоза 45%
Декстрины 30%
Белки 5%
Жир 0,5%
Зола 1,3%
Сладость к сахарозе 0,6
Уваривание
Жмых
Ржаной сироп
3
Рис. 2. Блок-схема производства ржаного сиропа
Технологический процесс включает следующие операции: измельчение зерна и ячменного солода, приготовление солодовой суспензии и раствора ферментного препарата, осахаривание мучной суспензии, фильтрование, уваривание ржаного сиропа до содержания СВ 72%.
Ржаной сироп отличается достаточной сладостью, не кристаллизуется в процессе длительного хранения, содержит биологически активные компоненты: аминокислоты, витамины В1, В2 и РР в количествах, соответствующих их содержанию в овощах и фруктах, макро и микроэлементы (магний, калий, фосфор и др.) [5].
Выводы. Глубокая переработка зерна ржи включает не только извлечение крахмала и его гидролиз на сахаристые продукты, но и извлечение белков с применением про-теолитических ферментных препаратов, что позволяет получать концентраты с содержанием белка до 30%.
Выделение растворимых белков и некрахмальных углеводов в начале технологического процесса извлечения крахмала снижает вязкость мучной суспензии, упрощает процесс ситования и промывку крахмала.
Разработка технологии белковых продуктов и композитов с заданным составом и функциональными свойствами является
одним из приоритетных направлений увеличения и качественного совершенствования ресурсов продовольственного белка из растительного сырья.
Список литературы
1. Андреев Н.Р. Основы производства на-тивных крахмалов. М.: Пищепромиздат, 2001. 282 с.
2. Сысуев В.А., Кедрова Л.И., Уткина Е.И., Лаптева Н.К. Методы и технологии промышленной переработки зерна озимой ржи с целью эффективного использования в хлебопекарной, комбикормовой, крахмалопаточной и других отраслях промышленности // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. № 1 (32). С. 4-10.
3. Колпакова В.В, Мартынова И.В., Невский А.А., Чумикина Л.В. Функциональные свойства растительных белковых композитов и физико-химические характеристики их белков и липидов // Известия вузов. Пищевая технология. 2006. №4. С. 36-40.
4. Лаптева Н.К., Митькиных Л.В. Оптимальное соотношение пшеничной, ржаной и тритикалевой муки в производстве сдобного печенья // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2013. №3 (34). С.35-38.
5. Лукин Н.Д. Сахаристые продукты -вчера, сегодня, завтра // Пищевая промышленность. 2003. №8. С. 22-25.
Deep processing of rye grain
Andreev N.R., corresponding member of RAS, DSc, Director, Lukin N.D., DSc, the deputy director on scientific work, Papahin A.A., postgraduate student All-Russian Research Institute of Starch products
All-Russian Scientific Research Institute of Starch products have carried research works for deep processing of some rye cultivars breed by North-East Agricultural Research Institute, the aim was to extract starch then to hydrolyze it into starch sweeteners. There was established that rye starch is good substitute for corn starch used for production of sweeteners such as glucose, maltose, glucose-fructose syrup and crystallized glucose. Rye has the largest starch grains among all cereals, which is especially important in technological processes such as sedimentation and extraction of starch. It is noted that extraction of starch from rye flour is more complicated because of high viscosity caused by formation of protein-pentosanes complexes; therefore they must be destroyed and extracted before extraction of starch. The paper presented results of extraction of protein-carbohydrate concentrate by treatment of rye flour with cellulolytic and proteolytic enzymes. The content of protein in protein-carbohydrate concentrate was 2532% that has good balance of irreplaceable amino acids. There was given technological flowchart of rye syrup production, which is not crystallized at storage and contains microelements and biologically active components in quantity corresponding to its content in fruits and vegetables. The development of technology of protein products with desired content and functional features is one of priority direction to enhance production of qualified food protein from plant raw materials.
Key words: rye grain, starch, syrup, enzyme, protein concentrate
References
1. Andreev N.R. Osnovy proizvodstva native-nykh krakhmalov. [Basics of native starch production]. Moscow: Pichshepromizdat, 2001. 282 p.
2. Sysuev V.A., Kedrova L.I., Utkina E.I., Lapteva N.K. Metody i tekhnologii promyshlennoj pererabotki zerna ozimoj rzhi s cel'yu effektivnogo ispol'zovaniya v khlebopekarnoj, kombikormovoj, krakhmalopatochnoj i drugikh otraslyakh promyshlennosti. [Methods and technologies of industrial processing of winter rye for efficient application in bakery, feeds, starch and other industries]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [An Agrarian Science of Euro-North-East]. 2013. no. 1 (32).pp. 4-10.
3. Kolpakova V.V., Martynova I.V., Nevskij A.A., Chumikina L.V. Funkcional'nye svojstva rastitel'nykh belkovykh kompozitov i fiziko-
khimicheskie kharakteristiki ih belkov i lipidov [Functional properties of native protein composites and physicochemical properties of its proteins and lipids]. Izvestiya vuzov. Pishchevaya tekhnologiya [Transactions of High Schools. Food technology]. 2006. no. 4. pp. 36-40.
4. Lapteva N.K., Mit'kinyh L.V. Optim-al'noe sootnoshenie pshenichnoj, rzhanoj i tritika-levoj muki v proizvodstve sdobnogo pechen'ya. [Optimal ratio of wheat, rye and triticale flour in production of butter biscuits]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [An Agrarian Science of Euro-North-East]. 2013. no. 3 (34). pp. 35-38.
5. Lukin N.D. Sakharistye produkty - vchera, segodnya, zavtra [Starch sweeteners - yesterday, today, tomorrow] // Pishhevaya promyshlennost' [Food industry]. 2003. no. 8. pp. 22-25.
