CC BY
0В.А. Крохалев, канд. экон. наук, доц., e-mail: victorkrohalev@gmail.com Л.А. Кокорева, канд. экон. наук, доц., e-mail: lariko77@mail.ru Уральский государственный экономический университет, г. Екатеринбург
УДК 664.6/7
ОЦЕНКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРУП, НЕ ТРЕБУЮЩИХ ВАРКИ, РАЗРАБОТАННЫХ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ ИК-СУШКИ
В статье представлены результаты анализа физико-химических исследований гречневой крупы, не требующей варки, традиционного и перспективного способа производства, определены такие показатели качества, как массовая доля влаги, водосвязывающая способность, титруемая кислотность, изучена кинетика набухания. Обозначенными методами выявлено содержание декстринов, установлены коэффициент развариваемости и насыпная плотность образцов. Заключают серию исследований определение содержания незаменимых аминокислот и расчет аминокислотного скора. Полученные данные проанализированы и позволяют доказать целесообразность использования полученной гречневой крупы, не требующей варки, в качестве основы для разработки пищевых концентрат-ных смесей с улучшенными потребительскими свойствами.
Ключевые слова: гречневая крупа, не требующая варки, физико-химические показатели качества, методы исследования, пищевые концентратные смеси.
V.A. Krokhalev, Cand. Sc. Economics, Assoc. Prof.
L.A. Kokoreva, Cand. Sc. Economics, Assoc. Prof.
ASSESSMENT OF PHYSICAL AND CHEMICAL PROPERTIES OF CEREALS DEVELOPED ON THE BASIS OF IR DRYING TECHNOLOGY
The article presents the results of the physico-chemical analysis of buckwheat that does not require cooking, a traditional and promising production method. Such quality parameters as mass fraction of moisture, water binding capacity, titratable acidity, and kinetics of swelling were determined. The indicated methods revealed the content of dextrins, the coefficient of digestibility and the bulk density of the samples were established. The determination of the content of essential amino acids and calculation of the amino acid scores conclude a series of studies. The obtained data are analyzed and allow to prove the expediency of using the obtained buckwheat, which does not require cooking, as a basis for the development offood concentrate mixtures with improved consumer properties.
Key words: the buckwheat not requiring cooking, physical and chemical indicators of quality, research methods, food concentrate mixtures.
Введение
Классический (традиционный) способ производства пищевых концентратов, с учетом их влаготепловой и механической обработки, требует больших затрат энергии и времени. Варка крупы осуществляется в условиях острого пара в герметически закрытых аппаратах [4]. Повышенная температура, влажность и длительный во времени процесс варки приводят к снижению потребительских свойств обрабатываемого сырья. Готовый к употреблению продукт, полученный согласно рассматриваемой технологии, характеризуется повышенной вязкостью и слипаемостью крахмалосодержащих частиц.
Разработанная технология производства пищевых концентратных смесей с применением инфракрасной сушки с установленными режимными параметрами способствует осуществлению процесса производства гречневой крупы, не требующей варки, на более высоком энергетическом уровне.
Обработка в условиях инфракрасного излучения приводит к образованию микротрещин на поверхности крупы, происходит ее интенсивное вспучивание, содержимое испытывает ряд превращений, определяющих свойства и структуру углеводного и белкового комплексов [5].
130
Образцы гречневой крупы, полученные согласно разработанной технологии производства, характеризуются наличием пористой и хрупкой структуры зерен, цветность которых определена как более темная в сравнении с исходным образцом исследования. Зерна гречихи отличаются целостью и сохранением своей первоначальной формы, вкус и запах выражены умеренно, посторонние оттенки отрицательного характера не наблюдаются. Массовая доля влаги в исследуемых образцах находится в пределах регламентируемых показателей и не превышает 10 %.
Целью исследования является подтверждение возможности использования гречневой крупы, полученной согласно разработанной технологии, в качестве основы для разработки пищевых концентратных смесей с улучшенными потребительскими свойствами.
Объекты и методы исследования
В рамках исследования испытуемыми образцами являлись:
1. Гречневая крупа торговой марки «Увелка» (образец № 1), видовая принадлежность -ядрица, сорта - первый, крупа представляет собой целые и надколотые ядра гречихи, не проходящие через сито из решетного полотна с продолговатыми отверстиями 1,6x2,0 мм, вырабатывается из непропаренного зерна, согласно ГОСТ Р 55290-2012 «Крупа гречневая. Общие технические условия» (далее - образец №1).
2. Образцы пищевых концентратных смесей на основе гречневой крупы, полученные согласно выбранной технологии (далее - образец № 2).
3. Гречневые хлопья торговой марки «Алтайская сказка», полученные методом плющения на вальцевом станке с последующим пропусканием их через аспирационную колонку, вырабатываются согласно ТУ 9294-004-21432851-06 «Продукты крупяные и бобовые» (далее -образец № 3).
Цель реализована посредством применения общепринятых, стандартных и специальных методов исследования: органолептических, физико-химических, инструментальных, статистических. Исследования проводились в трехкратной повторности.
Результаты и их обсуждение
Общая схема исследования физико-химических показателей испытуемых образцов, представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Определяемые физико-химические показатели испытуемых образцов
В рамках лабораторных исследований было изучено изменение степени клейстеризации и декстринизации углеводного комплекса исходного образца и разработанного по новой технологии. Результаты расчета степени декстринизации крахмала, обработанные методом математической статистики, с указанием доверительного интервала данных исследования, представлены в таблице 1.
Таблица 1
Значения показателей степени декстринизации крахмала исследуемых образцов, %
Исследуемый показатель Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Степень декстринизации крахмала, % 1,37±0,07 6,61±0,02 2,32±0,06
Все образцы исследования имеют различные показатели степени разрушения крахмала до низкомолекулярных соединений - декстринов, что связано с различиями в режимах их гидротермической обработки, теплового воздействия и технологии производства в целом. Максимальное количество декстринов наблюдается у образца № 2, полученного согласно выбранной технологии (6,61%), степень декстринизации у образца № 3, реально существующего на рынке, - гречневые хлопья, составляет 2,32%, замыкает цепочку образец № 1 - исходное сырье, используемое в ходе всего технологического процесса (1,37%).
Степень клейстеризации крахмала исследуемых образцов представлена на рисунке 2.
50 -28,6 -27,6
0 - И Исходный образец гречневой крупы В Образец, полученный согласно выбранно О Образец, существующий на рынке, - гр< й технлогии рчневые хлопья
Рисунок 2 - Изменение степени клейстеризации крахмала различных образцов исследования, %
Анализируя данные гистограммы, следует отметить, что наибольшими значениями степени клейстеризации крахмала отличаются образцы № 3, 2 (28,6, 27,6% соответственно), образец № 1 - исходное сырье - обладает минимальным значением степени клейстеризации крахмала (2,1%).
Определение массовой доли влаги испытуемых образцов. Установленные значения влажности исследуемых образцов, обработанные методом математической статистики, с указанием доверительного интервала данных исследования представлены в таблице 2.
Таблица 2
Значения показателей влажности исследуемых образцов, %
Номер исследуемого образца Значение показателей влажности в условиях четырехкратной повторяемости опыта Среднее значение показателя влажности
1 2 3 4
1 11,9 11,9 11,8 11,7 11,9±0,03
2 9,1 9,0 9,0 9,1 9,1±0,02
3 7,8 7,6 7,4 7,7 7,6±0,06
Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что максимальное значение влаги наблюдается у образца № 1 - исходного сырья, используемого в рамках всего цикла научного эксперимента, значения влажности остальных образцов находятся в пределах 7,6-9,4%. Стоит отметить, что разработанная последовательность технологического процесса производства пищевых концентров на основе крупяного сырья приводит к уменьшению показателей влаги у образца № 2 в среднем на 21% в сравнении с исходным образцом исследования. Полученные значения влагосодержания не превышают регламентируемых, изложенных в ГОСТ Р 50847-96
«Концентраты пищевые первых и вторых обеденных блюд быстрого приготовления». Согласно государственному стандарту значение массовой доли влаги в кашах без мясного наполнителя должно составлять не более 10% [1].
Анализ общей (титруемой) кислотности испытуемых образцов. Показатель общей (титруемой) кислотности крупы является критерием ее свежести и доброкачественности. Титруемая кислотность определяется числом миллилитров нормального щелочного раствора, пошедшего на нейтрализацию кислот в 100 г измельченной крупы при титровании.
Содержание в крупе кислореагирующих веществ - органические и неорганические кислоты, белки, жирные кислоты - обусловливает ее нормальное или повышенное значение показателя титруемой кислотности. Гречневая крупа отличается содержанием щавелевой, молочной, яблочной и аконитовых органических кислот [2].
Значение показателя общей кислотности у нормальной здоровой крупы колеблется в диапазоне от 1 до 3°Т. Нарушение условий хранения крупы или же нарушение цикла ее производства в целом могут вызывать стремительный рост данного показателя и, как следствие, порчу продукта, не подлежащего дальнейшей реализации.
Результаты исследования показателей общей (титруемой) кислотности представлены на рисунке 3.
5 0
□ Исходный образец гречневой крупы И Образец, полученный согласно выбранной технологии И Образец, существующий на рынке, - гречневые хлопья
Рисунок 3 - Значение общей (титруемой) кислотности исследуемых образцов, Т°
Вышеописанные данные свидетельствуют о том, что значения общей (титруемой) кислотности опытных образцов № 2, полученных в рамках разработанной технологии уменьшаются в 1,4 раза в сравнении с исходным образцом № 1. Полученные результаты предполагают увеличение срока безопасного хранения гречневой крупы, не требующей варки.
Изучение кинетики набуханиях испытуемых образцов 60
50
40
30
20
10
0
-Образец, полученный согласно выбранной технологии
Образец, существующий на рынке, - гречневые хлопья
Продолжительность процесса, мин
Исходный образец гречневой крупы
Рисунок 4 - Кинетика набухания исследуемых образцов
Из представленных данных следует, что максимальное поглощение воды образцами № 2 происходит в течение первых 6 мин восстановления. Спустя некоторое время процесс гидратации крупы снижается, последующие минуты характеризуются равномерно малым поглощением воды, спустя 12 мин объем испытуемых образцов стабилизируется, достигая значения 55 см3. Исходный образец гречневой крупы отличается более плавной степенью движения процесса поглощения, резкого ускорения темпа гидратации не наблюдается. По истечении заданного времени объем образца № 1 составляет 35 см3, и лишь в течение последующих 10 мин объем образца № 1 достигает значений, равных уровню объема образца № 2, - 55 см3. У образца № 3 высокая скорость поглощения воды наблюдается в рамках первых 4 мин его выдержки, далее гидратация происходит равномерно при отсутствии скачкообразных переходов. Конечный объем образца, существующего на рынке, составляет 47 см3, дальнейшая выдержка не приводит к изменению его значений.
Определение водосвязывающей способности испытуемых образцов. Показатель водо-связывающей способности характеризует то количество влаги, которое способны связать опытные образцы в процентном выражении к собственной массе. Определение данного показателя дает возможности ведения контроля в рамках всего технологического процесса производства, предопределяя конечную консистенцию и выход готового продукта. Полученные экспериментально данные определения водосвязывающей способности исследуемых образцов представлены в таблице 3.
Таблица 3
Значения показателей водосвязывающей способности исследуемых образцов, %
Наименование образца исследования Масса пробирки, предназначенной для центрифугирования, г Масса взятой навески, г Масса пробирки с взятой навеской после удаления неадсорбированной жидкости, г Водосвязывающая способность, %
Образец №1 5,96 1,02 10,39 236,32±0,01
Образец №2 5,95 1,01 11,11 312,89±0,09
Образец №3 5,89 1,01 12,14 419,81±0,03
Вышеописанные результаты расчета позволяют сделать вывод, что максимальным значением водосвязывающей способности обладает образец № 3, существующий на рынке, -гречневые хлопья (419,81%), далее следует образец № 2, полученный согласно разработанной технологии (312,89%), заключает серию результатов образец № 1 - исходное сырье, используемое в ходе экспериментальной части исследования.
Водосвязывающая способность образца № 2, обработанного согласно выбранной последовательности технологических операций, выше на 32% в сравнении с исходным образцом № 1. Данную разницу можно объяснить большим накапливанием воды в структуре пор обработанных образцов, которые отличаются более развитой поверхностью эффективного радиуса.
Также необходимо учесть, что стадия «плющения», предусмотренная традиционной технологией получения хлопьев на основе крупяного сырья, предполагает более глубокие структурно-механические изменения исходного сырья, в том числе необратимое разрушение клеточных стенок используемой крупы. Подобные изменения определяют внутреннее содержимое хлопьев более открытым и доступным действию воды; в процессе приготовления гречневых хлопьев поступление питательных веществ в отвар происходит интенсивнее в сравнении с традиционной гречневой крупой, что также способствует существенному сокращению продолжительности их кулинарного восстановления.
Определение водорастворимых веществ испытуемых образцов. Определяемый показатель весьма важен в вопросе определения пищевой ценности и усвояемости продукта. Данные об изменении содержания в растворимых веществах в испытуемых образцах, обработанные
методом математической статистики, с указанием доверительного интервала сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Содержание водорастворимых веществ в испытуемых образцах, %
Наименование образца Содержание водорастворимых на сухое вещество, %
Исходный образец гречневой крупы № 1 Образец, полученный согласно выбранной технологии № 2 Образец, существующий на рынке, - гречневые хлопья, № 3 9,3±0,01 24,0±0,02 27,5±0,03
В соответствии с представленными данными максимальное значение водорастворимых веществ наблюдается у образца № 3, существующего на рынке, - гречневые хлопья - 27,5%, далее сессию результатов продолжает образец, полученный согласно выбранной технологии, № 2 - 24,0%, минимальное значение водорастворимых веществ отмечается у исходного образца гречневой крупы № 1 - 9,3%. Стоит заметить, что содержание водорастворимых веществ на сухой остаток у образца № 2 практически в 2,6 раз больше, нежели у первоначальной крупы, которая не подвергалась механической и тепловой обработке (образец № 1). Данное обстоятельство может быть объяснено тем, что во время тепловой обработки крупы - ее варки и инфракрасной сушки - происходит нарастающее растворение гемицеллюлозы и слизистых веществ, а также полисахаридов в процессе деструкции и клейстеризации крахмала. Денатурированные белки, содержащиеся в продукте, напротив, теряют способность к гидрофильности.
Изучение изменений насыпной плотности испытуемых образцов. Результаты определения насыпной плотности испытуемых образцов, обработанные методом математической статистики, с указанием доверительного интервала данных исследования, представлены в таблице 5.
Таблица 5
Значения показателей насыпной плотности исследуемых образцов, г/дм3
Исследуемый показатель Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3
Насыпная плотность, г/дм3 870±0,01 610±0,01 580±0,01
Насыпная масса (плотность) продукта является значимым критерием физико-химических модификаций, происходящих в крупе в условиях последовательной технологической обработки. Насыпная масса позволяет оценить степень разрушения внутриклеточного строения крупы, происходящего на разных стадиях технологии производства.
Анализируя данные таблицы, можно заключить, что в результате разработанной технологии производства наблюдается увеличение объема крупы образца № 2 в 1,5 раза (610 г/дм3) в сравнении с исходным образцом исследования № 1 (870 г/дм3). Происходящие изменения обусловливают стремительный рост площади взаимодействия крупы с другими вспомогательными компонентами, предусмотренными рецептурной формулой.
Гречиха отличается содержанием растворимых в воде альбуминов и глобулинов, нерастворимых белков (склеропротеинов), которые в основном сконцентрированы в периферических слоях зерна и его оболочках. Склеропротеины практически недоступны пищеварению и выполняют роль структурного компонента в зерне. Помимо белковых веществ в зерне гречихи заключается небелковый азот, который включает в себя нуклеотиды, пептиды и свободные аминокислоты. Большинство белка находится в эндосперме (60,5-73%), далее следуют зародыш (12,5-20,6%) и алейроновый слой (7,9-14,5%).
В рамках исследования был произведен расчет аминокислотного скора испытуемых образцов согласно известному методу Х. Митчелла и Р. Блока. Аминокислотный скор выражается в процентах и характеризует отношение содержания незаменимой аминокислоты в изучаемом белке к ее количественному значению в идеальном белке [3].
В ходе экспериментальной части исследования произведен расчет коэффициента рациональности аминокислотного состава, характеризующего сбалансированность незаменимых аминокислот относительно эталонного белка. Данные расчета с указанием коэффициентов утилизации и различия аминокислотных скоров перечислены в таблицах 6-9.
Таблица 6
Оценка качества белка исходного образца гречневой крупы
Наименование образца Содержание аминокислот в образце, г/100 г продукта Содержание аминокислот в образце, г/100 г белка Аминокислотный скор, % Коэффициент утилизации (КО
Валин 0,560 4,67 93,3 0,82
Изолейцин 0,439 3,66 91,4 0,83
Лейцин 0,707 5,89 84,2 0,90
Метионин+цистин 0,699 5,82 143,3 0,53
Треонин 0,381 3,17 79,4 0,96
Фениаланин+тирозин 0,966 8,05 134,0 0,57
Триптофан Лизин Сумма аминокислот 0,170 0,503 4,425 1,42 4,19 36,87 141,7 76,2 0,54 1,00
Как следует из приведенных данных, первой лимитирующей аминокислотой в исходном образце № 1 является лизин. Значение аминокислотного скора данной аминокислоты (76,2%), определяет степень усвоения белков необработанной гречневой крупы и ее биологическую ценность. Скор остальных аминокарбоновых кислот близок к 100% или превышает заданный порог.
Таблица 7
Оценка качества белка образца, полученного согласно выбранной технологии
Наименование образца Содержание аминокислот в образце, г/100 г продукта Содержание аминокислот в образце, г/100 г белка Аминокислотный скор, % Коэффициент утилизации (К^
Валин 0,431 3,59 71,8 0,90
Изолейцин 0,368 3,07 76,7 0,84
Лейцин 0,657 5,47 78,2 0,83
Метионин+цистин 0,580 4,83 138,8 0,47
Треонин 0,342 2,85 71,3 0,91
Фениаланин+тирозин 0,884 7,37 123,1 0,53
Триптофан 0,129 1,07 100,3 0,65
Лизин 0,428 3,57 64,8 1,00
Сумма аминокислот 3,819 31,82
Образец № 2, полученный согласно выбранной технологии, отличается более высокими значениями показателей аминокислотного скора по каждой отдельной аминокислоте. Сравнение образца № 2 с исходным образцом гречневой крупы № 1 фиксирует следующие отклонения по уменьшению содержания незаменимых аминокислот: валина - на 21,6%, изолейцина -на 2,9%, лейцина - на 7,1%, лизина - на 1,3%, метионина и цистина - на 3,7%, треонина - на 8,9%, фенилаланина и тирозина - на 8,1%, триптофана - на 29,2%.
Таблица 8
Оценка качества белка образца, существующего на рынке, - гречневые хлопья
Наименование образца Содержание аминокислот в образце, г/100 г продукта Содержание аминокислот в образце, г/100 г белка Аминокислотный скор, % Коэффициент утилизации (К)
Валин 0,338 2,82 56,3 0,89
Изолейцин 0,348 2,90 72,5 0,69
Лейцин 0,562 4,68 66,9 0,75
Метионин+цистин 0,544 4,53 127,8 0,39
Треонин 0,240 2,00 50,0 1,00
Фениаланин+тирозин 0,772 6,43 107,5 0,46
Триптофан 0,109 0,91 75,0 0,67
Лизин 0,411 3,42 62,3 0,80
Сумма аминокислот 3,324 27,69
У образца № 3, существующего на рынке, - гречневые хлопья, рассчитанный аминокислотный скор свидетельствует о смене первой лимитирующей аминокислоты, в данном образце - гидроксиаминокислота треонин (50%). Сравнение с образцом № 2 показывает существенное снижение показателей скора по каждой отдельной аминокислоте в образце № 3. Следовательно, биологическая ценность и усвояемость белков образца № 3 значительно ниже, нежели у предыдущих изучаемых образцов исследования.
Таблица 9
Данные расчета коэффициентов рациональности аминокислотного состава и различия аминокислотных скоров испытуемых образцов, %
Наименование образца Коэффициент рациональности аминокислотного состава Коэффициент различия аминокислотных скоров, %
Исходный образец гречневой крупы № 1 Образец, полученный согласно выбранной 0,76 0,73 24,8 25,8
технологии, № 2
Образец, существующий на рынке, - гречневые хлопья, № 3 0,65 29,2
Экспериментально установлено, что наибольшей сбалансированностью аминокислотного состава к потребностям взрослого человека обладает белок исходного образца гречневой крупы - 0,76, наименьшей сбалансированностью по содержанию аминокарбоновых кислот обладает образец, существующий на рынке, - гречневые хлопья, № 3. Стоит отметить, что образец, полученный согласно выбранной технологии, № 2 лишь на 3,9% уступает исходному образцу гречневой крупы. Коэффициент различия аминокислотных скоров подтверждает сложившуюся иерархичность в части сбалансированности аминокислотного состава испытуемых образцов: максимальная величина биологической ценности характерна для образца № 1 (75,2%), минимальная - для образца № 3 (70,8%).
Заключение
Полученные физико-химические показатели подтверждают целесообразность использования разработанной гречневой крупы, не требующей варки, в ходе дальнейшего лабораторного изучения в части последующего моделирования рецептурной формулы пищевой концен-тратной смеси. Гречневая крупа, не требующая варки, характеризуется улучшенными физико-химическими показателями качества относительно других испытуемых образцов.
Библиография
1. ГОСТ Р 50847-96 Концентраты пищевые первых и вторых обеденных блюд быстрого приготовления. - М.: Изд-во стандартов, 2011. - 12 с.
2. Микулович Л.С. Лисовская Д.П. Товароведение и экспертиза зерномучных товаров. - М.: Вышэйшая школа, 2009. - 480 с.
3. Нечаев А.П. Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. Пищевая химия: учебник. - СПб.: ГИОРД, 2007. - 635 с.
4. Селевцов Л.И., Селевцов А.Л. Автоматизация технологических процессов. - М.: Академия, 2012. - 352 с.
5. Титова Л.М., Алексанян И.Ю., Нугманов А.Х. Массообменные процессы в химической и пищевой технологии. Лабораторные и практические занятия: учеб. пособие [Текст]. - СПб.: Лань, 2014.
- 224 с.
Bibliography
1. GOST P 50847-96 Food concentrates of first and second fast food courses. - M.: Publishing house of standards, 2011. - 12 p.
2. Mikulovich L.S., Lisovskaya D.P. Commodity research and examination of grain products [Text]. -M.: High School, 2009. - 480 p.
3. Nechaev A.P., Traubenberg S.E., Kochetkova A.A. Food chemistry: Textbook [Text]. - SPb.: GIORD, 2007. - 635 p.
4. Selevtsov L.I., Selevtsov A.L. Automation of technological processes [Text]. - M.: Academy, 2012.
- 352 p.
5. Titova L.M., Aleksanyan I. Yu., Nugmanov A.Kh. Mass transfer processes in chemical and food technology. Laboratory and practical training: Manual [Text]. - SPb.: Lan, 2014. - 224 p.
