ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ СОЛОДОВ Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

DOI: 10.25712^т2072-8921.2019.01.004 УДК 663.43:577.19

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПРОИЗВОДСТВЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ СОЛОДОВ

Т.Ф. Киселева, Ю.Ю. Миллер, А.Л. Верещагин, Ю.В. Гребенникова

С целью расширения ассортимента продуктов и напитков здорового питания производители рассматривают возможность привлечения нового функционального сырьевого источника, в том числе зернового. К сожалению, в некоторых случаях зерновые культуры, отличающиеся повышенным содержанием функциональных веществ, не имеют возможности быть использованными в пищевых технологиях ввиду технической сложности их переработки. Данная проблема может быть устранена специфическим подходом к проращиванию труднообрабатываемого зерна. В исследовании показана возможность совершенствования технологии солода посредством применения химической обработки зерна на одной из стадий солодоращения. Целью работы являлось исследование возможности использования биологически активных веществ в виде комплекса органических кислот из цикла Кребса на стадии замачивания зерна, способствующего ускорению развития зерна и биохимических превращений, получению солода с требуемым химическим составом. В качестве объектов исследования выбраны ячменный, пшеничный, ржаной неферментированный, овсяный и соевый солода. В процессе солодоращения контролировали изменение ферментативной активности зерна, в готовом солоде - качественные показатели традиционными методами, используемыми в пивобезалкогольной отрасли. Результаты проведенных исследований показали эффективность органической обработки зерна, отражающейся в накоплении гидролитических ферментов повышенного уровня - в среднем на 10-20 % относительно необработанного зерна (в готовом солоде). Кроме этого данная обработка позволяет снижать концентрацию нежелательных соединений в нетрадиционных злаках, тем самым делая их перспективными в пищевых технологиях. Органическая обработка злаков позволяет получить высококачественный солодовенный продукт.

Ключевые слова: комплекс органических кислот, ячменный, пшеничный, ржаной нефер-ментированный, овсяный, соевый солода, ферментативная активность, качество солода

Зерновые культуры, занимающие первостепенное место в питании человека за счет присутствия в них углеводов, витаминов группы В, а в случае бобовых еще белка и жира, являются основным или дополнительным сырьем в большинстве секторов пищевой промышленности. Однако основными пищевыми перерабатывающими отраслями принято считать хлебопечение и производства алкогольных и безалкогольных напитков.

Технология хлебопечения предусматривает переработку зерна в нативном виде и, в основном, традиционных злаков, в то время как производство напитков преимущественно связано с переработкой зерна в виде солода, при этом в последнее время в технологию привлекается не используемое ранее зерновое сырье. Традиционными солодами в пиво-безалкогольной отрасли считаются ячменный, пшеничный и ржаной солода, применение в технологии других видов зернового сы-

рья тем более в соложеном виде ограничено в виду сложности их переработки в напитки.

Существующие способы солодоращения ориентированы на повышение качества солода в целом или улучшение его отдельных технологических показателей, сокращения продолжительности стадий, снижения экономических затрат, производственных потерь, получения нового вида солода [1-2,5,6]. При этом используются основные три вида воздействия на зерно: физическое, химическое и биохимическое, однако, преимущественно на практике применяют менее затратные химические и биохимические способы, основными достоинствами которых является простота в применении, не требующая дополнительных капитальных вложений, и получение высокого технологического эффекта. Однако, несмотря на все выше сказанное основной целью со-лодоращения является синтез и активация ферментной системы зерна, позволяю-щейприменять зерновое сырье в производ-

стве в большей степени пива и безалкогольных сброженных напитков. В то же время проращивание нетрадиционных зерновых культур дает перспективы их использования наряду с традиционным зерном, что позволит расширить зерновой ресурс, разнообразить ассортимент товарной группы, повысить пищевую ценность напитков.

В настоящей работе показана возможность применения биологически активных веществ в виде комплекса органических кислот из цикла Кребса в производстве солода из различных нетрадиционных злаков. Проведенные ранее исследования показали эффективность воздействия комплекса кислот (а-кетоглутаровой, янтарной, яблочной, лимонной и фумаровой) на примере растений и микроорганизмов, заключающееся в возможности снижения проницаемости клеточных мембран, провоцирующее в конечном итоге ускорение роста и развития растений и микроорганизмов [3]. Кроме этого применение органического препарата на одной из стадий производства позволить стабилизировать определенный уровень рН системы, оптимальный для протекания биохимических превращений в зерне и накопить в первую очередь ростовые соединения, а в последующем - ферменты преимущественно гидролитического действия.

Целью работы является исследование возможности применения комплекса органи-

ческих кислот в производстве нетрадиционных солодов на основе различных злаков, позволяющего повысить ферментативную активность и другие качественные показатели традиционных и нетрадиционных солодов.

Объектами исследования являются ячменный, пшеничный, ржаной, овсяный и соевый солода. Материалы исследования - зерновые культуры следующих сортов: ячмень «Дворан», пшеница «Алтайская 100», рожь «Товарный», овес «Мирный» и соя «Гармония», проросшие зерна на отдельных этапах солодоращения, комплекс органических кислот.

Методы исследования - традиционные методы, используемые в пивобезалкогольной отрасли, предусмотренные действующими стандартами.

Технология солода на основе всех перечисленных в объектах видов зернового сырья представляла собой последовательное проведение всех классических стадий солодо-ращения, начиная с мойки, продолжая замачиванием и проращиванием, заканчивая сушкой и удалением ростков, в том числе для ржаного солода, поскольку в исследовании предполагалось получить неферментирован-ный вид данного солода. Основные органо-лептические и исходные физико-химические показатели зернового сырья представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Органолептические зерна

и физико-химические показатели исследуемых образцов

Наименование показателя Содержание в зерне

ячмень пшеница рожь овес соя

Цвет, запах, вкус свойственный зерновому сырью, без посторонних оттенков во вкусе и запахе

Массовая доля влаги, % 11,3 ±0,1 8,6 ±0,1 8,3±0,1 14,6±0,1 10,8 ±0,1

Натура, г/дм3 710±1,0 780±1,0 720,0±1,0 515,0±1,0 705±1,0

Абсолютная масса, г 45,6±1,0 32,2±1,0 36,5±1,0 37,6±1,0 48,9±1,0

Способность прорастания, % 96,8±0,5 94,8±0,1 92,4±0,1 93,7±0,5 96,6±0,5

Массовая доля белка, % 12,5±0,1 10,9±0,1 11,8±0,1 15,0±0,1 38,9±0,1

Массовая доля крахмала, % 55,93±0,5 63,2±0,5 59,4±0,5 52,7±0,5 28,4±0,5

Массовая доля жира, % 1,1±0,1 2,0±0,1 1,9±0,1 5,4±0,1 11,7±0,1

Массовая доля клетчатки, % 4,2±0,1 2,0±0,1 2,1 ±0,1 11,7±0,1 4,5±0,1

Амилолитическая активность, ед/г 119,2±1,0 146,6±1,0 64,3±1,0 61,8±1,0 85,4±0,1

Протеолитическая активность, ед/г 33,2±1,0 81,1±1,0 13,5±1,0 12,1±1,0 29,1±0,1

Цитолитическая активность, ед/г 18,5±1,0 14,6±1,0 92,70±1,0 90,8±1,0 -

Активность уреазы, ед. рН - - - - 0,8±0,01

Представленные в таблице 1 результаты отражают высокие качественные характеристики объектов исследования и исходные данные по уровню ферментативной активности зерна. В случае исследования соевой

культуры интерес представляла оценка изменения не только основных гидролитических ферментов, но и, прежде всего, активности уреазы как фермента, коррелирующего с уровнем антипитательных веществ сои, чем и

отличается данная культура от остальных зерновых и ограничивается ее использование в производстве пищевых продуктов. В связи с этим в сое в ходе эксперимента контролировали изменение амилолитических, протеоли-тических ферментов и фермента уреазы вместо цитолитической активности как во всех остальных случаях.

Отличительной особенностью получения отдельных видов солода являлись технологические факторы - температура, влажность зерна, продолжительность операций, общим являлось использование на стадии замачивания комплекса органических кислот, который вносили в последнюю замочную воду и выдерживали с ним зерно в течение 6 часов за исключением сои, продолжительность выдержки в этом случае составила 4 часа.

Проращивание зерна проводили по пневматическому типу с периодическим во-

440

390

ф

£ 340

0

| 290

Ё

* 240

го

1 190

т

I 140

0

1 90

<

40

Как видно из представленных результатов обработка зерна комплексом органических кислот стимулирует развитие зерна и ускорение биохимических в нем превращений уже со стадии замачивания, чему свидетельствует общая тенденция прироста уровня амилолитической активности относительно необработанного на стадии замачивания зерна (контрольного варианта) - минимально от 5 % для пшеницы и ржи и максимально на 19 % для сои. Прирост протеолитической активности (рисунок 2) также для отдельных зерновых культур носит более или менее выраженный положительный характер, так для ячменя, пшеницы и ржи уровень протеолити-

рошением зерновой массы 1 -2 раза в сутки и орошением для поддержания необходимого уровня влажности. Продолжительность проращивания для отдельной зерновой культуры составила: ячмень - 7 суток контрольный образец, 5,5 - опытный; пшеница - 7 суток контрольный образец, 6 - опытный; рожь - 5 суток контрольный образец, 4 - опытный; овес - 7 суток контрольный образец, 5,5 - опытный; соя - 3 суток контрольный образец, 2,5 -опытный.

Динамика накопления амилолитической и протеолитической активности образцов зерна представлена на рисунках 1 и 2, изменение цитолитической активности ячменя, пшеницы, ржи и овса носило аналогичный характер, уровень накопленных ферментов представлен в сводной таблице 2.

ческих ферментов превысил контрольные значения в среднем на 5 %, в то время как для сои и овса активность протеаз возросла почти на 20 %.

Дополнительным показателем ферментативной активности для исследуемых объектов ячменя, пшеницы, ржи и овса являлась цитолитическая активность, которая на стадии замачивания возросла от 10 (для ячменя и пшеницы) до 17 % (для ржи и овса) в сравнении с уровнем активности тех же ферментов контрольных образцов аналогичного сырья.

• ячмень оп

готовый

исход. замочен. проросший

Стадии солодоращения Рисунок 1- Динамика накопления активности амилолитических ферментов в зерне в процессе солодоращения

i 160

0

§ 140

m

1 120 ! 100

I §80 | 60 I 40

I 20

с

0

Рисунок 2- Динамика накопления активности протеолитических ферментов в зерне в

процессе солодоращения

При исследовании сои, как уже отмечалось ранее, на протяжении всего процесса солодоращения контролю подвергали содержание антипитательных веществ путем определения уровня уреазы в зерне. Как известно из опыта проведенных исследований на предмет снижения в ней антипитательных соединений [4], сам процесс солодоращения положительным образом отражается на концентрации опасных веществ, снижая их содержание в течение этапа проращивания, а затем на стадии сушки под действием высоких температур. Применение дополнительной органической обработки сои на стадии замачивания усилило данное явление и привело к еще большему снижению антипитательных соединений, уже начиная со стадии замачивания, а в конечном итоге - в 1,5 раза относительного контрольного варианта и в 2 раза относительно исходного сырья, чему свидетельствуют данные рисунка 3. Качественные

Таблица 2 - Качественные показатели солода

Наименование показателя Содержание в солоде

ячменный пшеничный ржаной (нефер-ментир.) овсяный соевый

1 2 3 4 5 6

Цвет, запах, вкус свойственный данному виду солода, без посторонних оттенков

во вкусе и запахе

Массовая доля влаги, % 5,8±0,1 5,9±0,1 8,0±0,1 6,0±0,1 4,0±0,1

Массовая доля экстракта в сухом солоде, % 78,5±0,1 68,2±0,1 84,8±0,1 62,3±0,1 62,4±0,1

Массовая доля белка, % 11,0±0,1 7,8±0,1 12,4±0,1 13,2±0,1 33,8±0,1

исход.

замочен. проросшим

Стадии солодоращения

готовый

показатели готовых солодов представлены в таблице 2.

Рисунок 3 - Динамика изменения активности уреазы в сое при получении соевого солода

Продолжение таблицы 2

1 2 3 4 5 6

Массовая доля крахмала, % 52,1±0,5 57,5±0,5 59,67±0,5 49,2±0,5 22,8±0,5

Продолжительность осаха-ривания, мин 13±1 20±1 5±1 20±1 -

Амилолитическая активность, ед/г 350,5±1,0 273,2±0,5 215,2±1,0 324,8±1,0 132,5±0,1

Протеолитическая активность, ед/г 60,5±1,0 152,3±0,5 13,5±1,0 76,4±1,0 76,4±0,1

Цитолитическая активность, ед/г 69,1±1,0 84,6±1,0 413,2±1,0 345,0±1,0 -

Активность уреазы, ед. рН - - - - 0,4±0,01

Представленные в ходе исследований результаты подтверждают возможность использования комплекса органических кислот из цикла Кребса в производстве солода на основе различных видов зерновых культур. Данная обработка за счет изменения химического состава зерна в процессе солодораще-ния позволяет расширить зерновой ресурс функциональных продуктов питания и напитков посредством использования в качестве альтернативного сырья овса и сои. Биохимические превращения зерновых культур в процессе проращивания под воздействием органического стимулятора позволяют добиться требуемого химического состава зерна, в том числе снизить содержание нежелательных соединений, таких как некрахмальные полисахариды в овсе, жир и антипитательные вещества в сое, ограничивающие использование данного зернового сырья в производстве пищевых продуктов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хоконова, М.Б. Применение ферментных препаратов в производстве пивоваренного солода / М.Б. Хоконова // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В.М. Кокова. - 2016. - № 1. - С. 50-54.

2. Совершенствование технологии овсяного солода / Т.Ф. Киселева, Ю.Ю. Миллер, С.В. Степанов, И.А. Вдовкина, С.Е. Терентьев // Пиво и напитки. - 2014. - № 1. - С. 28-30.

3. Биологическая активность сверхмалых концентраций ряда природных органических кислот - интермедиатов цикла Кребса / А.Л. Верещагин, В.В. Еремина, Ю.И. Захарьева, А.Н. Хмелева, Л.Л. Кунец // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2012. - № 2 (3). - С. 72-75.

4. Влияние проращивания на содержание антипитательных веществ в семенах сои

/ Т.Ф. Киселева, Н.Ф. Ульянкина, Ю.Ю. Миллер, С.В. Степанов, В.А. Помозова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. - № 6. - С. 28-30.

5. Kalita, D., Influence of germination conditions on malting potential of low and normal amylose paddy and changes in enzymatic activety and hysic chemical properties / D. Kalita, B. Sarma, B. Srivastava // Food Chemistry, 2017, Vol. 220, pp. 67-75.

6. Optimization of wheat sprouting for production of selenium enriched kernels using response surface methodology and desirability function / Marco A. Lazo-Vélez, Jonnatan Avilés-González, Sergio O. Serna-Saldivar, Maria C. Temblador-Pérez // LWT -Food Science and Technology, 2016, Vol. 65, pp. 1080-1086.

Киселева Татьяна Федоровна, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Технология продуктов питания из растительного сырья» ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650000, г. Кемерово, ул. Красная, 6, e-mail: tf@kemtipp.ru, тел.: 8 (3842) 39 09 79.

Миллер Юлия Юрьевна, к.т.н. доцент кафедры «Товароведение и экспертиза товаров» ЧОУ ВО Центросоюза РФ «Сибирский университет потребительской кооперации», 630087, г. Новосибирск, пр. К.Маркса, 26, e-mail: miller. yuliya@mail.ru, тел.: 8 (383) 346-17-53.

Верещагин Александр Леонидович, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Общая химия и экспертиза» ФГБОУ ВО «Бийский технологический институт (филиал) «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 659305, Россия, Алтайский край, г. Бийск, ул. Трофимова, д. 27, e-mail: val@bti.secna.ru, тел.: (3854) 43-53-18.

Гребенникова Юлия Владимировна, аспирант кафедры Технология продуктов питания из растительного сырья» ФГБОУ ВО «Кемеровский государственный университет», 650000, г. Кемерово, ул. Красная, 6, e-mail: 982077@mail.ru тел.: 8 (3842) 39 09 79.