CC BY
28
УДК 664.161.8 DOI 10.24412/0235-2486-2021-4-0042
К вопросу о вязкости осахаренного затора гороховой муки
В.В. Ананских*, канд. техн. наук; Л.Д. Шлеина
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, пос. Красково, Московская обл.
Дата поступления в редакцию 27.01.2021 * vniik@arrisp.ru
Дата принятия в печать 02.04.2021 © Ананских В.В., Шлеина Л.Д., 2021
Реферат
Во ВНИИ крахмалопродуктов изучается возможность получения мальтодекстринов из различных видов крахмалсодер-жащего сырья, а именно из кукурузной, пшеничной и гороховой муки. Из кукурузной муки технология разработана: она предусматривает получение мальтодекстринов с РВ 15-25 % осахариванием крахмала, находящегося в муке, термостабильной а-амилазой. Качественные показатели и содержание крахмала кукурузной и гороховой муки различны. В гороховой муке содержится меньше крахмала, а больше некрахмальных примесей. Процессы клейстеризации, разжижения и осахаривания крахмалсодержащего сырья сопровождаются высокой вязкостью продукта, что вызывает трудности при фильтровании на стадии разделения раствора мальтодекстрина и осадка. Значительная часть раствора связывается некрахмальными примесями муки и при фильтровании остается в осадке. Для снижения вязкости продукта требуется растворить присутствующие в перерабатываемом зерне некрахмальные полисахариды, такие как целлюлоза, пентозаны, ксиланы и бетаглюканы. Снизить вязкость горохового затора можно путем внесения в него ферментного препарата «Вискоферм». С использованием вискозиметра Реотест-2 определена зависимость изменения вязкости горохового затора от влияющих факторов, таких как дозировка а-амилазы и температура процесса. По установленной зависимости получены уравнения для определения вязкости от дозировки а-амилазы (0,2-0,6 ед. АС/г крахмала) и температуры (45...102 С). Определена зависимость изменения вязкости горохового затора, обработанного одновременно катализаторами а-амилазой и Виско-фермом, и описана уравнением.
Ключевые слова
затор гороховой муки, вязкость, катализатор, а-амилаза, Вискоферм Для цитирования
Ананских В.В., Шлеина Л.Д. (2021) К вопросу о вязкости осахаренного затора гороховой муки // Пищевая промышленность. 2021. № 4. С. 42-45.
To the question of viscosity of sugar mash of pea flour
V.V. Ananskykh*, Candidate of Technical Sciences; L.D. Shleina
All-Russian Research Institute of Starch Products - Branch of V.M. Gorbatov Federal Science Center of Food Systems of RAS, Kraskovo village, Moscow region
Received: January 27, 2021 * vniik@arrisp.ru
Accepted: April 2, 2021 © Ananskykh V.V., Shleina L.D., 2021
Abstract
The VNII of starch products studies the possibility of producing maltodextrins from various types of starch-containing raw materials, namely, from corn, wheat and pea flour. The technology is developed from corn flour, it provides for the production of maltodextrins with RS of 15-25 % by saccharification of starch in flour with a thermally stable a-amylase. The quality and starch content of corn and pea flour are different. Pea flour contains less starch, and more non-starch impurities. The processes of claysterization, thinning and saccharification of starch-containing raw materials are accompanied by high viscosity of the product, which causes difficulties in filtering in the stage of separation of the solution of maltodextrin and precipitate. A significant part of the solution is bound by non-starch impurities of flour and remains in the precipitate during filtration. To reduce the viscosity of the product, it is necessary to dissolve non-starch polysaccharides such as cellulose, pentosanes, xylanes and betaglucans present in the grain to be processed. It is possible to reduce the viscosity of the pea mash by introducing the enzyme preparation «Viscoferm» into it. Using the Rheotest-2 viscometer, the dependence of the change in the viscosity of the pea mash on influencing factors such as a-amylase dosage and process temperature is determined. According to the established dependence, equations were obtained for determining viscosity from the dosage of a-amylase (0.2-0.6 units. AC/g starch) and temperature (45...102 °C). The dependence of the change in viscosity of the pea mash treated simultaneously with the catalysts a-amylase and Viscoferm was determined, and the equation is described.
Key words
pea flour mash, viscosity, catalyst, a-amylase, Viscoferm For citation
Ananskykh V.V., Shleina L.D. (2021) To the question of the viscosity of the sugar mash pea flour // Food processing industry = Pischevaya promyshlennost'. 2021. No. 4. P. 42-45.
Введение. Гороховую муку получают из гороха путем его измельчения. Мука содержит около 50 % крахмала, до 22 % белка, до 10 % клетчатки и около 4 % жира. Из-за высокой стоимости гороха его не перерабатывают на крахмал, а используют как продукт питания и в качестве гидромодулей с целью их гидролиза ферментными препаратами для накопления аминного азота [2, 3].
Зерновые культуры содержат несбалансированные по аминокислотному составу белки. Белок гороховой муки отличается высоким содержанием незаменимых аминокислот и повышенной растворимостью [4]. С целью покрытия дефицита белковосодержащих препаратов из растительного сырья ведутся разработки по выделению белков из зернобобовых культур с использованием ферментных препаратов, исключающих разрушение структуры и состава белковых фракций [5]. Современные технологии позволяют выделять белковые концентраты из экстрактов зерновых культур и гороховой муки [6].
Разрабатываемая нами технология получения мальтодекстрина из гороховой муки позволяет получить сразу два продукта: мальтодекстрин и осадок с высоким содержанием полноценного белка, который можно использовать в пищевых и кормовых целях. В осадке содержится около 40 % углеводов и более 33 % белка. Выход осадка из гороховой муки составляет до 52 %.
Цель исследования - подобрать оптимальную дозировку термостабильной а-амилазы и исследовать ее действие совместно с ферментным препаратом Вискоферм на затор гороховой муки для снижения его вязкости.
Материалы и методы исследования.
Материалы: затор гороховой муки, полученный из цельносмолотой гороховой муки по СТО 38744625-001-2012, кислота соляная синтетическая техническая марки А по ГОСТ 857-95, ферментный препарат Вискоферм и термостабильный ферментный препарат бактериальная а-амилаза Liquozyme Supra 2,8X фирмы Novozymes (Дания).
Методы исследования: вязкость затора гороховой муки определяли с помощью вискозиметра Реотест-2. Обработка полученных данных по вязкости разжиженных заторов гороховой муки проводилась с использованием компьютерной программы ТаЫеСигее 3D 4.0.01.
Результаты и их обсуждение. При
разжижении и осахаривании крахмала,
находящегося в гороховой муке, образуется вязкий продукт, что приводит к необходимости снижения содержания СВ в суспензии до 25 %. При фильтровании некрахмальные примеси связывают часть раствора, снижают выход мальтодекстрина и уменьшают содержание СВ в осадке. Для увеличения выхода мальтодекстрина и повышения СВ осадка необходимо снизить вязкость полученного гидролизата. Снизить вязкость гидроли-зованного продукта можно путем расщепления некрахмальных полисахаридов (целлюлозы, пентозанов и др.) ферментным препаратом Вискоферм. Вискоферм - это сбалансированный мультиэнзимный комплекс (разработанный компанией Novozymes, Дания), состоящий из ксила-назы, бетаглюконазы и целлюлазы, полученный путем глубинной ферментации штамма Trichoderma sp. и генетически модифицированного штамма Aspergillus.
Для определения значений вязкости затора гороховой муки с применением Вискоферма и без него проведены исследования с использованием вискозиметра Реотест-2.
Водная суспензия гороховой муки, в дальнейшем называемая затором, подвергалась разжижению при различной дозировке термостабильной а-амилазы непосредственно в измерительных цилиндрах вискозиметра Реотест-2.
Определение вязкости затора гороховой муки в зависимости от температуры и дозировки катализатора на вискозиметре Реотест-2
1. Вязкость затора гороховой муки в присутствии катализатора а-амилазы
Вязкость затора гороховой муки зависит от ее концентрации и температуры. Чем выше концентрация затора, тем больше ее вязкость. В ходе эксперимента установлено, что оптимальная концентрация затора, направляемого на разжижение, составляет 25-26 % СВ.
Определить вязкость затора при температуре более 70 °С сложно, так как он относится к неньютоновским жидкостям. Установлено, что суспензия гороховой муки, как и кукурузной, является псевдопластичной жидкостью, то есть с увеличением скорости
сдвига измеряемого вещества кажущаяся вязкость суспензии снижается. Снижение кажущейся вязкости характерно для суспензий, содержащих асимметричные частицы [7]. С физической точки зрения псевдопластичное поведение жидкости можно объяснить тем, что с возрастанием скорости сдвига главные оси длинных молекул полимерных материалов поворачиваются на определенный угол, как бы ориентируясь в направлении потока. Чем выше скорость сдвига, тем меньше значения кажущейся вязкости суспензии.
При определении вязкости затора гороховой муки были подобраны такие цилиндровые измерительные устройства, при которых число оборотов вращающегося цилиндра должно оставаться без изменений. В данном случае степень числа оборотов соответствовала показателю 12а-9Ь, что соответствует 243 и 121,5 об/мин, а цилиндровые устройства были выбраны с маркировкой N/N.
При повышении температуры затора гороховой муки более 70 оС вязкость резко возрастает. Если снижать скорость вращения ротора вискозиметра, то вязкость еще больше увеличится. В связи с этим скорость вращения ротора поддерживали на одном уровне и значения вязкости изменялись только от степени клейстериза-ции крахмала.
Определение вязкости проводили при концентрации затора 25 % СВ, при повышении температуры от 55 до 102 °С и дозировке термостабильной а-амилазы Liquozyme Supra 2,8X (компания Novozymes, Дания) от 0,2 до 0,6 ед. АС/г крахмала, находящегося в гороховой муке.
Данный прибор позволяет определить вязкость от 1 до 200000 мПа.с, используя
Рис. 1. Зависимость изменения вязкости затора гороховой муки от температуры и дозировки фермента а-амилазы
Рис. 3. Зависимость изменения вязкости затора гороховой муки от температуры и дозировки фермента а-амилазы в присутствии ферментного препарата Вискоферма
V4
шгг л '.</ .ЛЙ*
Рис. 4. Зависимость изменения вязкости затора гороховой муки от температуры и дозировки катализатора в присутствии ферментного препарата Вискоферма
при этом цилиндр (N/N), который при диапазоне максимального вращательного момента 1 имеет константу KI = 3,43, а при диапазоне 2 - KII = 32,7. Скорость нагрева образца затора гороховой муки, находящегося в измерительных цилиндрах, составляла 3,5 °С/мин.
Показатели вязкости представлены графически на рис. 1. Видно, что с увеличением дозировки ферментного препарата а-амилазы вязкость затора снижается. Изменение значений вязкости затора гороховой муки при различных дозировках катализатора а-амилазы имеет одинаковый характер. Вначале идет набухание, затем клейстериза-ция крахмальных зерен, при температуре более 70 °С вязкость резко возрастает и при температуре 79...80 °С достигает максимального значения. При нагревании свыше 80 °С вязкость затора резко снижается. Это обуславливается переходом крахмала в растворимое состояние и в результате воздействия катализатора (ферментного препарата) на внутримолекулярные связи полисаха-ридных цепочек. следует отметить, что в зависимости от дозировки фермента а-амилазы максимальные значения вязкости изменяются. При дозировке а-амилазы 0,2 ед. АС/г вязкость составляет около 2500 мПа.с, а при дозировке 0,6 ед. вязкость снижается почти в 2,7 раза и составляет около 900 мПа.с.
исходя из этих данных, для получения продукта с минимальной вязкостью и с целью снижения расхода фермента для дальнейших исследований выбрана дозировка а-амилазы 0,5 ед. АС/г крахмала.
Полученные данные обработаны с помощью компьютерной математиче-
ской программы Table Curve 3D v4.0 и представлены графически в 3D-изображении на рис. 2. Данная программа позволяет не только определить характер кривых, но и описать их математическим уравнением.
На рис. 2 приведена зависимость изменения вязкости затора гороховой муки от температуры и дозировки катализатора.
Полученная зависимость описана уравнением:
где h - вязкость затора горохо-
^ 'горох. муки 1 1
вой муки, мПа.с;
t - температура затора гороховой муки, °С;
а - дозировка а-амилазы, ед. АС/г крахмала.
На рис. 1 и 2 видно, что значения вязкости образуют поверхность в виде уменьшающегося гребня, у которого при температуре более 70 °С вязкость продукта резко увеличивается и достигает максимального значения при температуре 80 °С. Затем вязкость резко снижается и при температуре около 100 °С имеет минимальные значения. Полученное уравнение позволяет определить значения вязкости затора гороховой муки
при изменении температуры от 60 до 102 °С и дозировки фермента а-амилазы Liquozyme Supra 2,8X от 0,2 до 0,6 ед. Ас/г крахмала, находящегося в заторе.
2. Вязкость затора гороховой муки в присутствии катализаторов а-амилазы и Вискоферма
Процессы клейстеризации, разжижения и осахаривания крахмалсодержа-щего сырья сопровождаются высокой вязкостью продукта, что вызывает трудности при фильтровании на стадии разделения раствора мальтодекстрина и осадка. При этом большое количество раствора остается в осадке, что приводит к его увеличенной влажности. Для снижения вязкости продукта требуется уменьшить количество некрахмальных полисахаридов, таких как целлюлоза, пентозаны, ксиланы и бетаглюканы, которые присутствуют в различных количествах разного типа перерабатываемого
зерна. Для снижения расхода воды и энергопотребления необходимо снизить вязкость обрабатываемого зернового продукта путем внесения в него ферментного препарата Вискоферм. Расход Вискоферма, по данным разработчика Novozymes, составляет 0,1-0,3 кг на 1 т СВ суспензии.
Значения вязкости затора гороховой муки с катализатором а-амилазой и ферментным препаратом Вискофермом представлены графически на рис. 3. Видно, что изменение вязкости затора гороховой муки при различных дозировках катализатора а-амилазы и в присутствии фермента Вискоферма имеет одинаковый характер. Значения вязкости осахаренного затора в присутствии а-амилазы от 0,2 до 0,6 ед. АС/г, с добавлением фермента Вискоферма, по сравнению с предыдущим опытом, более чем в 5 раз ниже.
Полученные данные обработаны с помощью компьютерной математической программы Table Curve 3D v4.0 и представлены в графически в 3D-изображении на рис. 4.
Полученная зависимость описана уравнением:
а а
где h - вязкость затора гороховой муки, мПа.с;
t - температура суспензии гороховой муки, °С;
а - дозировка а-амилазы, ед. АС/г крахмала.
из рисунка видно, что значения вязкости осахаренного затора резко снижаются в интервале дозировки а-амилазы от 0,2 до 0,4 ед. АС/г. Таким образом, при использовании Вискоферма при разжижении можно снизить расход а-амилазы до 0,4 ед. АС/г.
Однако следует иметь в виду, что препарат Вискоферм, расщепляя молекулы некрахмальных примесей, часть их переводит в растворимое состояние, которые, попадая в раствор мальто-декстрина, способствуют снижению его доброкачественности. Количество вводимого препарата Вискоферма и влия-
ние его на качество мальтодекстрина требуют аналитического подтверждения.
Выводы.
1. Вязкость затора гороховой муки при увеличении дозировки ферментного препарата термостабильной а-амилазы от 0,2 до 0,6 ед. АС/г крахмала снижается в 2,7 раза.
2. При разжижении затора гороховой муки применение термостабильной а-амилазы в комплексе с ферментом Вискофермом снижает его вязкость почти в 5 раз, что позволит улучшить и ускорить процесс фильтрации и снизить количество раствора мальтодекстрина в фильтрационном осадке.
3. Полученные уравнения дают возможность определять значения вязкости разжиженного затора гороховой муки в пределах температуры от 60 до 102 °С и дозировки фермента от 0,2 до 0,6 ед. АС/г крахмала, а также использовать их для подбора оборудования при создании линии разжижения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ананских, В.В. Мальтодекстрины из крахмалсодержащего сырья, их качество и использование в отраслях пищевой промышленности / В.В. Ананских, Л.Д. Шлеина // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2018. - № 7-8. -С. 51-52.
2. Милорадова, Е.В. Получение фермен-толизата гороховой муки / Е.В. Милорадова, В.И. Стукалова // Пищевая промышленность. - 2012. - № 10. - С. 46-47.
3. Гольдштейн, В.Г. Горох как сырье для получения крахмала и белка. - М.: Агро-НИИТЭИПП, 1990. - Вып. 2. - 24 с.
4. Шелепина, Н.В. Исследование продуктов переработки зерна гороха в пищевых технологиях // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. - 2016. -Т. 6. - № 4. - С. 110-118.
5. Pasupuleti, V.K. Protein Hydrolysates in Biotechnology, / V.K. Pasupuleti, A.L. Demain // Hardcover. - 2010. - 229 p.
6. Куликов, Д.С. Биологическая переработка зерна гороха и вторичного сырья крахмального производства с получением пищевых и кормовых белковых концентратов / Д.С. Куликов, В.В. Колпакова,
Р.В. Уланова [и др.] // Биотехнология. -2020. - Т. 36. - № 4. - С.49-58.
7. Перминов, А.В. Движение жидкостей с различной реологией во внешних силовых полях; дис. ... на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. -Пермь, 2015.
REFERENCES
1. Ananskih VV, Shleina LD. Mal'todekstriny iz krahmalsoderzhashchego syr'ya, ih kachestvo i ispol'zovanie v otraslyah pishchevoj promyshlennosti [Maltodextrins from starch-containing raw materials, their quality and use in the food industry]. Konditerskoe i hlebopekarnoe proizvodstvo [Confectionery and bakery]. 2018. No. 7-8. P. 51-52 (In Russ.).
2. Miloradova EV, Stukalova VI. Poluchenie fermentolizata gorohovoj muki [Obtaining fermentolysate of pea flour]. Pischevaya promyshlennost' [Food industry]. 2012. No. 10. P. 46-47 (In Russ.).
3. Gol'dshtejn VG. Goroh kak syr'e dlya polucheniya krahmala i belka [Peas as raw material for starch and protein]. Moscow: AgroNIITEIPP, 1990. Issue 2. 24 p.
4. Shelepina NV. Issledovanie produktov pererabotki zerna goroha vpishchevyh tekhnologiyah [Research of processed pea grain products in food technologies]. Izvestiya vuzov. Prikladnaya himiya i biotekhnologiya [Proceedings of universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016. No. 6 (4). P. 110-118. (in Russ.)
5. Pasupuleti VK, Demain AL. Protein Hydrolysates in Biotechnology. Hardcover. 2010. 229 p.
6. Kulikov DS, Kolpakova VV, Ulanova RV, Chumikina LV, Bessonov VV. Biologicheskaya pererabotka zerna goroha i vtorichnogo syr'ya krahmal'nogo proizvodstva s polucheniem pishchevyh i kormovyh belkovyh koncentratov [Biological processing of pea grain and secondary raw materials of starch production to obtain food and feed protein concentrates]. Biotekhnologiya [Biotechnology]. 2020. No. 36 (4). P. 49-58 (In Russ.).
7. Perminov AV. Dvizhenie zhidkostej s razlichnoj reologiej vo vneshnih silovyh polyah [The movement of fluids with different rheology in external force fields]; thesis of Doctor of Physical and Mathematical Sciences. Perm', 2015.
Авторы
Ананских Виктор Владимирович, канд. техн. наук, Шлеина Любовь Даниловна
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 140051 Московская обл., пос. Красково, ул. Некрасова, д. 11, vniik@arrisp.ru
Authors
Viktor V. Ananskikh, Candidate of Technical Sciences, Lyubov D. Shleina
All-Russian Research Institute of Starch Products - Branch of V.M. Gor-batov Federal Science Center of Food Systems of RAS, 11, Nekrasova str., Kraskovo village, Moscow region, 140051, vniik@arrisp.ru
