CC BY
25
УДК 582.739:664.641.2(571.13)(045)
Исследование свойств муки сортовой фасоли селекции Омского ГАУ
на основе ее микроструктуры
Х. С. Романова; И. В. Симакова, д-р техн. наук; М. С. Марадудин, канд. техн. наук; В. Н. Стрижевская, канд. техн. наук
Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова
Исследование микроструктуры крахмального зерна имеет большое теоретическое и практическое значение, в частности, для оптимизации режимов различных способов ведения технологического процесса [1]. На сегодняшний день наиболее хорошо изучена микроструктура крахмального зерна пшеницы и изменения, протекающие в нем под влиянием различных способов обработки [2, 3]. Недостаточность сведений в литературе о структуре зерна бобовых культур на молекулярном уровне послужила основанием для проведения нами данных исследований. Крахмальное зерно - это биологическое образование с хорошо организованными формой и структурой. Полисахариды, составляющие крахмальное зерно, подразделяются на две фракции - амилозу и амило-пектин. В амилозную фракцию входят молекулы с преимущественно линейной структурой; различающиеся по длине. Амилопектиновая фракция включает полисахариды с молекулярной массой порядка 5408, с разветвленной структурой, которая до сих пор до конца не изучена. Качественное и количественное содержание в составе полисахаридов амилозы и амилопектина в определенной сте-
пени влияет на физико-химические свойства крахмала, а следовательно и на качество готовой продукции. В изделиях из теста крахмал менее обводнен, соотношение крахмал: вода составляет 1:0,7 или 1:0,8, поэтому недостаточное количество влаги позволяет крахмальным зернам при повышении температуры сохранять свою форму и структуру, т. е. речь идет об ограниченном набухании крахмальных полисахаридов. Способность крахмала к набуханию и клейстеризации является одним из важнейших технологических свойств крахмала, т. к. определяет консистенцию, объем и выход изделий из крахмалсодержащего сырья и, в свою очередь, зависит от условий нагревания (температуры, продолжительности) и соотношения гидромодуля.
Цель исследования - определение технологических свойств муки из селекционных сортов фасоли «Омич-ка», «Лукерья», «Нерусса» на основе анализа ее микроструктуры.
Объекты исследования: мука из фасоли селекции Омского ГАУ сорта «Омичка»; мука из фасоли селекции Омского ГАУ сорта «Лукерья»; мука из фасоли селекции ВНИИЗБК, г. Орел сорта «Нерусса»; мука из крас-
ной и белой товарной фасоли реализуемой для продажи населению.
Микроструктуру фасолевой муки в сухом виде сортов «Омичка» и «Лукерья» изучали на световом стереомикроскопе Leica M 165 (CStereolightmicroscopeLeica M 165 C) на базе ЦКП «Симбиоз» ИБФРМ РАН, а также на монокулярном микроскопе XSP-104 в лаборатории Саратовского ГАУ.
Микрофотографии фасолевой муки в сухом виде выполнены в двух увеличениях - в 100 и 120 раз, они представлены на рис. 1, 2.
Как видно на рис. 1, микроструктура муки из фасоли сорта «Омичка» представлена, главным образом, овальными крахмальными зернами, которые до помола муки были утоплены в белковую матрицу, которая удерживает их недостаточно прочно и при механическом воздействии на семядоли фасоли многие крахмальные гранулы выпали. Подобное строение наблюдается у гороха [4, 5], но при этом плотность упаковки крахмальных гранул у фасоли выше, чем у пшеницы или ячменя [1, 6, 7].
Белковая матрица представляла собой довольно мощный структурный элемент, связанный не только с крахмальными зернами, но и с прикрепленным белком, что можно рассмотреть на рис. 1. Белые вкрапления неправильной формы, большие, чем прозрачные овальные зерна крахмала, свидетельствуют о механическом воздействии, которое нарушило белковую матрицу и высвободило молекулы белка [5]. Как и в горохе, белок фасоли является тем структурным элементом, который определяет связь между клетками [8]. Наличие большого количества воздушных полостей на рис. 1 свидетельствует о том, что связи между клетками были основательно разрушены в результате механического воздействия, что позволит повысить биодоступность пищевых веществ.
Крахмальные зерна представлены двумя фракциями: мелкозернистой и среднезернистой [10]. Преобладаю-
»A*
щими являются мелкие зерна - примерно 80% от общего количества зерен крахмала.
Как видно на рис. 2, микроструктура муки из фасоли сорта «Лукерья» представлена, главным образом, крахмальными зернами, которые скучены довольно плотно у молекул белка. Белковая матрица фасоли сорта «лукерья» имела более прочное строение, поскольку даже при мощном механическом воздействии, многие крахмальные гранулы остались утоплены в нее. Однако следует отметить, что крахмал фасоли сорта «лукерья» имеет более крупные зерна овальной формы.
Для того чтобы исследовать изменения в крахмальном зерне при нагревании, использовали гидромодули фасолевой муки различных сортов при соотношении 1:3. Нагревали поэтапно до температуры 58 °С, 80 °С и 100 °С. На каждом этапе смотрели через микроскоп изменения происходящие в крахмальном зерне.
Фотографии микроструктуры крахмальных зерен фасолевой муки при гидромодуле 1:3, при нагреве до 58 °С, при увеличении 40х15 представлены на рис. 3, 4, 5, 6, 7.
На рис. 3 отчетливо видно, что крахмальные зерна фасоли сорта «омич-ка» прошли интенсивное набухание и увеличились в объеме в несколько раз, но еще сохранены контуры крахмального зерна. Однако малоконцентрированный золь амилозы уже присутствует в воде, что может свидетельствовать о начале процесса клейстеризации. На рис. 4, 5, 6,7 процесс набухания только начался, темные поля по центру крахмального зерна и более светлые ближе к контурам свидетельствуют об определенной упорядоченности структуры. Полисахариды в крахмальном зерне связаны между собой главным образом водородными связями и принято считать, что больше всего амилозы концентрируется в центральной части крахмального зерна. Поэтому можно предположить, что в селекционных сортах «лукерья» и «Нерусса» (рис. 4, 5) зона амилозы больше, нежели в белой и красной фасоли (рис. 6, 7) следует отметить еще одну особенность,
шЩ * *
Рис. 3. Микрофотография гидромодуля муки фасоли «Омичка»
Рис. 4. Микрофотография гидромодуля муки фасоли «Лукерья»
Рис. 5. Микрофотография гидромодуля муки фасоли «Нерусса»
относящуюся к размеру крахмального зерна. На рис. 3, 4, 5 у каждого сорта фасоли крахмальные зерна примерно одного размера, тогда как на рис. 6, 7 крахмальные зерна имею разные размеры крахмального зерна. Это может свидетельствовать о более стабильных технологических свойствах селекционной фасоли в отличие от товарной.
Фотографии микроструктуры крахмальных зерен фасолевой муки при гидромодуле 1:3, при нагреве до 80 °с, при увеличении 40х15 представлены на рис. 8, 9, 10, 11, 12.
В крахмальном зерне фасоли сорта «Омичка» (рис. 8) с повышением температуры видно продолжение процесса клейстеризации, концентрация растворенной амилозы в окружающей среде возрастает, внутри крахмального зерна продолжается процесс ее растворения. На рис. 9, 10, 11 при просмотре темные поля по центру крахмального зерна не определяются, продолжается процесс набухания, крахмальные зерна увеличиваются в размерах, на поверхности образовываются
складки и бороздки. Увеличение внутренней полости крахмального зерна связано с разрывом и ослаблением водородных связей между полисахаридных цепей, в результате чего они раздвигаются и упорядоченность исчезает, часть полисахаридов растворяется, но еще пока находится в полости крахмального зерна, диффузия в окружающую среду не началась. На рис. 12 процесс набухания идет слабо, крахмальные зерна лишь немного увеличились в размерах.
Фотографии микроструктуры крахмальных зерен фасолевой муки при гидромодуле 1:3, при нагреве до 100 °С, при увеличении 40х15 представлены на рис. 13, 14, 15, 16, 17.
Рис. 8. Микрофотография гидромодуля муки фасоли «Омичка» Рис. 9. Микрофотография Рис. 10. Микрофотография гидромодуля муки фасоли гидромодуля муки фасоли «Нерусса» «Лукерья»
Рис. 11. Микрофотография гидромодуля муки фасоли белой товарной
Рис. 12. Микрофотография гидромодуля муки фасоли красной товарной
в размерах в несколько раз, и начался выход золей амилозы в окружающую среду, что отчетливо видно на рис. 15. Процесс набухания товарной фасоли (рис. 16, 17) идет медленнее и особенно медленно у красной фасоли (рис. 17). Крахмальные зерна целые, процесс влагопоглощения продолжается, золи амилозы в растворе не просматриваются. Из этого
начинают разрушаться, что также следует учитывать при процессе те-стоведения в производстве мучных кондитерских изделий.
Применение муки из фасоли новых селекционных сортов в мучном кондитерском производстве предпочтительнее, чем применение не селекционной фасоли, так как свойства селекционной фасоли более прогнозируемы и стабильны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аверьянова, Е. В. Пектин. Получение и свойства: Методические рекомен-
Рис. 17. Микрофотография гидромодуля муки фасоли красной товарной
При нагревании до 100 °С крахмальные зерна фасоли сорта «Омичка» (рис. 13) полностью разрушены, процесс набухания закончился. Растворенные золи амилозы полностью вышли в раствор. Это может свидетельствовать о том, что при дальнейшем повышении температуры крахмальные зерна больше не смогут увеличиваться в размерах, а, следовательно, можно предположить стабильные структурно-технологические свойства данного вида фасоли. Крахмальные зерна фасоли сорта «Лукерья» (рис. 14) увеличились в размере в несколько раз, процесс влагопоглощения подходит к концу, но крахмальные зерна еще не разрушены. Крахмальные зерна фасоли сорта «Нерусса» также увеличились
следует, что структурно-технологические свойства не селекционных сортов не стабильны.
Таким образом, на основе изучения микроструктуры муки из нового селекционного сорта фасоли «Омичка», следует сделать выводы о том, что крахмал этого сорта фасоли имеет не высокую температуру клейстериза-ции, что говорит о достаточно большом количестве амилозы [2, 7]. Крахмальные зерна практически полностью разрушены при 100 °С, процесс набухания больше не продолжается, этим подтверждаются высокие структурно-технологические свойства этой фасоли, что может быть использовано при производстве мучных кондитерских изделий и определять технологии тестоведе-ния.
Снимки фотографий микроструктуры свидетельствуют том, что в муке фасоли сорта «Лукерья» и «Нерусса» крахмальные зерна в основе свой имеют преимущественно амилопек-тин, но и в небольших количествах амилозу, что подтверждает их высокую пищевую ценность. Крахмальные зерна этих сортов при 100 °С только
дации по выполнению лабораторных работ/Е. В. Аверьянова, Р. Ю. Митрофанов. - Бийск: Изд-во Алт. гос. тех. ун-та, 2006. - 44 с.
2. Егоров, Г. А. Технология муки. Технология крупы/Г. А. Егоров. - М.: Колос, 2005. - 296 с.
3. Орлов, А. И. Влияние пропаривания и экструдирования на микроструктуру зерна ячменя/А. И. Орлов, В. А. Афанасьев // Тр. ВНИИКП, 1984. - Вып. 25. -С. 67-72.
4. Аксенов, В. В. Комплексная переработка растительного крахмалсодер-жащего сырья в России/В. В. Аксенов // Вестник КрасГАУ. - 2007. - № 4. - С. 213218.
5. Колмаков, Ю. В. Фасолевый компонент в хлебобулочных и кондитерских изделиях / Ю. В. Колмаков [и др.]. -Омск: Полиграфический центр КАН, 2013. - 50 с.
6. Андреев, Н. Р. Основы производства нативных крахмалов/ Н. Р. Андреев. - М.: Пищепромиздат, 2001. -289 с.
7. Егоров, Г. А. Технология и оборудование мукомольно-крупяного иком-бикормового производства/Г. А. Егоров, Е. М. Мельников, Б. Ф. Журавлев. - М.: Колос, 1979. - 368 с.
8. Шелепина, Н. В. Особенности микроструктуры резистентных крахмалов гороха/Н. В. Шелепина // Товароведе-
ние, экспертиза и технология продовольственных товаров. Сборник докладов II межвед. науч.-практ. конф./Отв. ред. Ю. И. Сидоренко. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2009. - С. 98101.
9. Мухтарова, М. Р. Крахмал бобовых культур и его физико-химические свой-ства/М. Р. Мухтарова, Г. Н. Ловачева // Науч.-техн. реф. сб./ЦНИИТЭИ Пищепром. Сер. Крахмало-паточная промышленность. - 1972. - С. 41-47.
10. Попова, Е. П. Особенности микроструктуры семян бобовых культур / Е. П. Попова, Т. И. Веселовская, Л. В. Мантейфель. - М.: 1985. - 19 с. -Деп. в ВИНИТИ 7.06.85; № 56932-Д85.
REFERENCES
1. Aver'janova, E. V. Pektin. Poluche-nie i svojstva: Metodicheskie reko-mendacii po vypolxieniju laboratornyh rabot/E. V. Aver'janova, R. Ju. Mitrofanov. -
Bijsk: Izd-vo Alt. gos. teh. un-ta, 2006. -44 s.
2. Egorov, G. A. Tehnologija muki. Teh-nologija krupy/G. A. Egorov. - M.: Kolos, 2005. - 296 s.
3. Orlov, A. I. Vlijanie proparivanija i jekstrudirovanija na mikrostrukturu zerna jachmenja/A. I. Orlov, V. A. Afa-nas'ev // Tr. VNIIKP, 1984. - Vyp. 25. -s. 67-72.
4. Aksenov, V. V. Kompleksnaja pere-rabotka rastitel'nogo krahmalsoderzhash-hego syr'ja v Rossii/V. V. Aksenov // Vestnik KrasGAU. - 2007. - № 4. - S. 213-218.
5. Kolmakov, Ju. V. Fasolevyj kompo-nent v hlebobulochnyh i konditerskih izdelijah/Ju. V. Kolmakov [i dr.]. - Omsk: Poligraficheskij centr KAN, 2013. - 50 s.
6. Andreev, N. R. Osnovy proizvodstva nativnyh krahmalov/N. R. Andreev. - M.: Pishhepromizdat, 2001. - 289 s.
7. Egorov, G. A. Tehnologija i oboru-dovanie mukomol'no-krupjanogo ikom-
bikormovogo proizvodstva/G. A. Egorov, E. M. Mel'nikov, B. F. Zhuravlev. - M.: Kolos, 1979. - 368 s.
8. Shelepina, N. V. Osobennos-ti mikrostruktury rezistentnyh krah-malov goroha/ N. V. Shelepina // To-varovedenie, jekspertiza i tehnologija prodovol'stvennyh tovarov. Sbornik dokla-dov II mezhved. nauch.-prakt. konf./Otv. red. Ju. I. Sidorenko. - M.: Izdatel'skij kompleks MGUPP, 2009. - S. 98101.
9. Muhtarova, M. R. Krahmal bobovyh kul'tur i ego fiziko-himicheskie svojstva/ M. R. Muhtarova, G. N. Lovacheva // Nauch.-tehn. ref. sb./CNIITJeI Pishhep-rom. Ser. Krahmalo-patochnaja promysh-lennost'. - 1972. - S. 41-47.
10. Popova, E. P. Osobennosti mikrostruktury semjan bobovyh kul'tur/E. P. Popova, T. I. Veselovskaja, L. V. Mantejfel'. - M.: 1985. - 19 s. - Dep. v VINITI 7.06.85; № 56932-D85.
Исследование свойств муки сортовой фасоли селекции Омского ГАУ на основе ее микроструктуры
Ключевые слова
амилоза; амилопектин; крахмальные зерна; мука из фасоли Реферат
Сегодня во всем мире существует дефицит пищевого белка. Одним из перспективных источников белка являются семена фасоли. Фасолевая мука содержит до 25,5% белка и может быть белковым обогатителем для повышения пищевой ценности хлебобулочных или мучных кондитерских изделий. Цель исследования - определение технологических свойств муки из разных сортов фасоли на основе исследования ее микроструктуры. В статье рассматриваются результаты изучения микроструктуры муки селекционных сортов фасоли «Омичка», «Лукерья», «Нерусса» и белой и красной товарной. Фотографии микроструктуры сделаны в лаборатории Учреждения Российской академии наук Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН на световом стереомикроскопе Leica M 165 в 100 и 120 кратном увеличении и в лаборатории кафедры «Технологии продуктов питания» ФГБОУ СГАУ «Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. Вавилова» на монокулярном микроскопе XSP-104 при увеличении 40х15. В результате сделаны выводы об изменении и составе крахмальных зерен в разных сортах фасоли при нагревании, при гидромодуле фасолевой муки 1:3. Крахмал фасоли сорта «Омичка» имеет невысокую температуру клейстеризации, и изменения микроструктуры при нагревании свидетельствуют о большом количестве амилозы в его составе. Крахмальные зерна практически полностью разрушены при 100 °С, процесс набухания больше не продолжается, этим подтверждаются высокие структурно-технологические свойства этой фасоли, что может быть использовано при производстве мучных кондитерских изделий и определять технологии тестоведения. В муке фасоли сорта «лукерья» и «Нерусса» крахмальные зерна в основе свой имеют преимущественно амилопектин, но и в небольших количествах амилозу, о чем свидетельствуют снимки фотографий микроструктуры. Применение муки из фасоли селекционных сортов в мучном кондитерском производстве предпочтительнее, чем применение неселекционной фасоли, так как свойства селекционной фасоли более прогнозируемые и стабильные.
Авторы
Романова Христина Сергеевна,
Симакова Инна Владимировна, д-р техн. наук,
Марадудин Максим Серафимович, канд. техн. наук,
Стрижевская Виктория Николаевна, канд. техн. наук
Саратовский государственный аграрный университет
им. Н. И. Вавилова, 410005, г. Саратов, ул. Соколовая, д. 335,
The study of the properties of flour of bean breeding Omsk state agrarian university on the basisof its microstructure
Key words
amylopectin; amylase; grain starch; flour of beans Abstracts
Today, there is a deficit of food protein all over the world and a person's diet containing a high-grade protein in the required quantity can be created only on the basis of using food products obtained by protein fortification of traditional foods. Flour confectionery products are one of the most common products present in the diet of almost every person, so the protein enrichment of flour confectionery products suitable for a wide range of consumers is an urgent task. To a promising source of food protein, beans can be classified. Special attention should be paid to new varieties of beans with increased nutritional value. The purpose of the study was to determine the technological properties of the bean flour varieties «Omichka» and «Lukerya» on the basis of a study of its microstructure. The article examines the results of studying the microstructure of the flour of the «Omichka» and «Lukerya» bean cultivars. Photos of the microstructure were made in the laboratory of the Institution of the Russian Academy of Sciences of the Institute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms of the Russian Academy of Sciences (IBPFM RAS) using a Leica M 165 stereomicroscope in 100 and 120 times magnification. As a result, conclusions were drawn about the composition of starch grains in different grades. In the flour of Omichka beans, starchy grains predominantly consist of amylose, which confirms the high nutritional value of this variety and determines the features of the technological process of test testing when enriching flour confectionery products. In the bean flour of the Lukerye variety starch grains are mainly represented by amylopectin, and the presence of dark color in the picture confirms the presence of alpha-linoleic acid. The results of the conducted researches give grounds to recommend the use of flour from new selection bean varieties in the production of flour confectionery products in order to increase their nutritional value, and the microstructure peculiarities of different varieties determine the technological process of test studies.
Authors
Romanova Hristina Sergeevna,
Simakova Inna Vladimirovna, Doctor of Technical Sciences, Maradudin Maksim Serafimovich, Candidate of Technical Sciences, Strizhevskaya Viktoriya Nikolaevna, Candidate of Technical Sciences Saratov State Agrarian University named after Vavilov, 335, Sokolovaya str., Saratov, 410005, [email protected]
