CC BY
57
УДК 633.11:664.7 (094)
Переработка зерна пшеницы,
пораженного фузариозом
Л.С. Львова, канд. биол. наук, А.В. Яицких
Российский государственный аграрный университет - ТСХА
Загрязнение растительного сырья токсичными и канцерогенными метаболитами микроскопических грибов - микотоксинами (МТ) установлено во многих странах мира для масличных, кукурузы, риса, пшеницы, ячменя и других культур. По существующему в более чем 100 странах, в том числе и в России, законодательству содержание афлатокси-на В,, дезоксиниваленола (ДОН), токсина Т-2, охратоксина А, зеара-ленона и фумонизинов в зерне и зернопродуктах строго регламентируется. Разработаны общие ограничительные нормативы для стран ЕЭС [1]. Проводится гармонизация методов определения и допустимых уровней МТ в связи со вступлением России в ВТО.
Изучение обезвреживающего действия общепринятых приемов пере-
Ключевые слова: дезоксиниваленол (ДОН); пшеница; загрязнение; помол зерна; варка макарон; мука.
Key words: deoxynivalenol (DON); wheat; milling; bread-baking; macaroni cooking; flour.
работки зерна и степени перехода токсинов в основные и побочные продукты его переработки представляют несомненный интерес, поскольку позволяют объективно оценить уровни контаминации продуктов питания и кормов микотоксинами, а также разработать стратегию производства экологически безопасных продуктов питания. Такие исследования широко проводятся во всем мире; особое внимание уделяется
Таблица 1
Распределение ДОН в муке и отрубях при 75 %-ных односортных помолах фузариозной пшеницы IV типа
Индекс* повреждения зерен фуза- Содержание фузариозных зерен в Содержание ДОН в зерне, Выход муки, % Концентрация ДОН в продуктах помола, % от исходного зерна Выход ДОН, % от суммы в зерне
риозом, % пробе, % мг/кг мука отруби мука отруби
3 5,6 2,6 80 38 340 30 70
5 4,3 2,8 75 43 269 33 67
14 0,8 0,7 81 53 311 40 60
24 6,7 5,4 71 42 161 38 62
39 7,8 6,6 70 58 196 41 69
47 5,1 5,1 79 54 233 46 54
54 5,8 5,8 72 50 232 36 64
63 3,0 3,2 73 48 207 39 61
68 0,9 1,1 75 63 178 51 49
95 1,0 1,3 74 60 161 52 46
x±Sr - - 75 51±8 230±51 40±6 59±6
* Индекс повреждения фузариозом - отношение массы интенсивно пораженных мучнистых зерен к общей массе фузариозных зерен, %.
Таблица 2
Распределение ДОН в муке разных сортов и в отрубях при трехсортном хлебопекарном помоле фузариозной мягкой пшеницы
Продукт помола Выход продукта, % Зольность, % Содержание ДОН Выход ДОН, % от суммы в зерне
мг/кг % от зерна
Мука высшего сорта 34,2 0,45 0,37 51,4 17,4
Мука I сорта 25,7 0,65 0,35 48,6 12,7
Мука II сорта 19,6 0,94 0,39 53,6 9,1
Отруби 19,4 7,11 2,24 311,0 60,3
специфическим для каждой страны приемам переработки [2-4].
Приоритетное направление - изучение переработки зерна пшеницы и других зерновых, пораженных фуза-риозом колоса, в связи с широким распространением заболевания в странах с умеренным климатом и сопутствующим загрязнением зерна микотоксинами ДОН и (реже) зеара-леноном. Так, в отдельные годы фу-зариозом колоса поражалось более 4 млн т озимой пшеницы на Северном Кавказе, наблюдалось массовое загрязнение зерна высокими концентрациями ДОН [5]. В Европе ДОН - самый распространенный ми-котоксин. Из 11 тыс. проб зерна и зернопродуктов, исследованных в 12 странах ЕЭС, ДОН был обнаружен в 57 % случаев, причем в 7 % проб его содержание превышало допустимые уровни [6]. Поэтому основной задачей данной работы стало установление закономерностей распределения ДОН при хлебопекарных и макаронных помолах мягкой и твердой фузариозной пшеницы, а также при выпечке хлеба и варке макарон, что обеспечивало прослеживаемость этого контаминанта на всем пути от зерна до потребителя.
Количественное определение ДОН проводили с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии и тонкослойной хроматографии по официально утвержденным методикам (МУК, Минздрав СССР, 1990 г.). Предел обнаружения ДОН методом ВЭЖХ составлял 0,05 мг/кг, относительное стандартное отклонение - 0,05-0,09. Объекты исследования: природные пробы зерна твердой и мягкой пшеницы, пораженные фузариозом, полученные из Крыма и Северного Кавказа. При этом исходили из того, что МДУ ДОН как в зерне пшеницы, так и в продуктах его переработки (мука, крупа, пищевые отруби), согласно СанПиН 2.3.2.1078-01, составляли 0,7 мг/кг.
Традиционные методы сепарирования, обычно используемые в производственных условиях, снижают содержание микотоксинов в фуза-риозном зерне лишь на 24-30 %. На последующих этапах переработки фузариозного зерна происходит дальнейшее обезвреживание продуктов. При односортных 75 % помолах пшеницы наиболее загрязненными продуктами были отруби (табл. 1). На них приходилось в среднем около 60 % от общего количества ДОН в зерне. Концентрации микотоксина в отрубях составляли для разных проб 161-340 % от их содержания в исходном зерне. В
VEGETATIVE RAW MATERIALS AND PROCESSED PRODUCTS
муку переходило около 40 % общей массы микотоксина, причем содержание ДОН варьировало в разных пробах от 38 до 63 % от концентраций в зерне [2].
Степень перехода ДОН в муку колебалась в пределах от 30 до 52 % и была достоверно связана с интенсивностью повреждения зерновок фузариозом. Коэффициент парной корреляции между индексом повреждения зерен и содержанием ДОН в муке (% от исходного зерна) составил 0,77. Содержание микотоксина в отрубях (% к исходному зерну), напротив, находилось в обратной зависимости от интенсивности повреждения зерна грибом (г = = -0,73). Чем больше в зерновой массе присутствовало слабо пораженных, хорошо выполненных зерновок, в которых основная часть ДОН сосредоточена в поверхностных слоях, тем большее количество ми-котоксина удалялось с отрубями, и наоборот. На степени перехода ДОН в муку не влияли исходное содержание ДОН в зерне и выход муки.
При трехсортном хлебопекарном помоле мягкой пшеницы, содержавшей 0,72 мг/кг ДОН, микотоксин распределялся в потоках муки относительно равномерно, его концентрации не были связаны с зольностью и белизной потоков. Поэтому в муке высшего, I и II сортов концентрации микотоксина были практически одинаковы и составляли 48,6-53,6 % от исходного зерна (табл. 2). Одинаковые уровни загрязнения потоков муки и отсутствие потоков, свободных от ДОН, свидетельствуют о том, что внутри эндосперма фузариозных зерновок (в которых сосредоточена основная масса микотоксинов) гриб и его метаболиты распределены относительно равномерно, что подтверждается данными микроскопических исследований.
Распределение ДОН при макаронных помолах твердой пшеницы несколько отличалось от помолов мягкой пшеницы. В отрубях также было сосредоточено более половины от общего количества ДОН в зерне (табл. 3), концентрации микотокси-на в них составляли 188-200 % от исходного зерна. В основные продукты макаронных помолов (мука + макаронная крупка) переходило до 45 % от общей массы ДОН в зерне. Отмечено неравномерное распределение ДОН между потоками муки и макаронных крупок: последние были слабее контаминированы ДОН, поскольку вырабатывались из стекловидных, наименее пораженных частей эндосперма.
Выработка макарон практически
Таблица 3
Распределение ДОН в продуктах макаронного помола твердой фузариозной пшеницы
Исходное содержание ДОН в зерне, мг/кг Продукт помола Выход продукта, % Концентрация ДОН Выход ДОН, % от суммы в зерне
мг/кг % от исходного зерна
1,00 Мука драных систем 11,0 0,67 67 7,3
Мука размольных систем 11,1 0,66 66 7,5
Крупка макаронная 49,5 0,54 54 29,8
Отруби 27,5 2,00 200 55,0
Макароны - 0,56 56 29,8
Макароны после варки - 0,25 25 13,3
2,16 Мука драных систем 9,3 2,20 100 9,3
Мука размольных систем 9,8 1,62 75 7,3
Крупка макаронная 46,5 1,25 58 23,2
Отруби 30,8 4,06 188 57,7
не повлияла на содержание ДОН. При варке макарон происходило перераспределение микотоксина между макаронами и водой: в варочную воду переходило до 60 % ДОН, который затем снова частично сорбировался макаронами. В конечном продукте потребления - вареных макаронах - содержание ДОН составило 25 % от исходного зерна. Таким образом, общий эффект обезвреживания при макаронном помоле твердой пшеницы и производстве макарон достигал 75 %. Аналогичные результаты были получены итальянскими исследователями [4].
Для производства макаронных крупок в РФ наряду с твердой пшеницей используют сильные и ценные сорта мягкой пшеницы. В этом случае на мельничных предприятиях наряду с мукой трех сортов вырабатывают манную крупу и макаронную крупку. Результаты производственных помолов пяти партий фузариозной пшеницы IV типа с содержанием ДОН 0,5-1,6 мг/кг представлены на рис. 1.
Среди продуктов подобных помолов наиболее безопасными были манная крупа и макаронная крупка, содержание ДОН в муке высшего, I и II сортов было заметно выше (8193 % от зерна), чем в муке хлебопекарного помола (49-54 % от зерна). Наиболее загрязненными продуктами оставались отруби (до 153 %). Неравномерное распределение ми-котоксина в основных продуктах подобных помолов связано с прочностными (структурно-механическими) свойствами пораженных зерен и особенностями процесса получения крупок. При размоле непрочных поврежденных зерен снижается выход крупок и образуется больше мелких частиц, которые вместе с микотокси-нами переходят в муку. Основную часть крупок и манной крупы вырабатывают из здоровых и слабопора-
женных стекловидных зерен. В результате эти продукты наиболее безопасны.
Процесс выпечки хлеба практически не отразился на содержании ДОН, поскольку этот микотоксин достаточно термостойкое соединение. В тесте концентрации ДОН снижались на 20-60 % по сравнению с мукой, вероятно за счет временного связывания с биополимерами муки, однако при выпечке хлеба содержание токсина восстанавливалось до исходного. В среднем, при анализе пяти проб муки с разными уровнями загрязнения, содержание ДОН в подовом хлебе составляло 105±8,3 %, в формовом - 102±9,9 % от концент-
раций в муке (в расчете на воздушно-сухое вещество). В потребляемом свежевыпеченном хлебе концентрация ДОН при расчете на сырое вещество была ниже, чем в муке на 2230 %, в связи с его высокой влажностью. Колебания концентраций ми-котоксина в муке, хлебе и отдельных его частях (мякиш, корка) носили случайный характер и не превышали ошибку определения. Таким образом, этап хлебопечения не влиял на загрязнение хлеба дезоксинивале-нолом.
В целом можно представить следующую последовательность распределения ДОН в пищевой цепочке от зерна до хлеба (рис. 2). Действующая технология очистки зерна перед помолом позволяет уменьшить содержание ДОН на 25 %. Хлебопекарный помол приводит к дальнейшему снижению концентраций ми-котоксина. Так, в муке они составляют в среднем 50-60 % от содержания в неочищенном зерне. В отрубях эти значения достигают 170 %, однако в отдельных пробах отрубей концентрации ДОН были значительно выше (370 %). В свежевыпеченном хлебе средние уровни микотоксина
составляют примерно 40 % от его содержания в исходном зерне.
Таким образом, при переработке зерна с допустимыми уровнями загрязнения ДОН остаточные концентрации ДОН в основных продуктах продовольственного назначения (мука, манка, макароны, хлеб) находятся в допустимых пределах и обеспечивают безопасность зернопродуктов.
Исключение составляют пищевые отруби, в которых концентрации ДОН могут превышать зерно до 3,7 раза, поскольку значительная часть микотоксина сосредоточена в поверхностных слоях зерновки. При помоле пшеницы, содержащей 0,7 мг/кг ДОН, концентрация ДОН в отрубях может достигать 2,6 мг/кг, тогда как ДУ ДОН для отрубей составляет 0,7 мг/кг. Отсюда вытекает необходимость снижения МДУ ДОН для пшеницы, предназначенной для получения пищевых отрубей, до 0,2 мг/кг. Манную крупу часто используют в диетическом и детском питании, где действуют более жесткие ограничения для ДОН (< 0,05 мг/кг), поэтому для выработки этого продукта желательно использовать пшеницу, не загрязненную ДОН.
ЛИТЕРАТУРА
1. Commission Regulation (EC) №1881/2006 от 19.12.2006. Official Journal of the European Union. L 364.
2. Мачихина, Л.И. Научные основы продовольственной безопасности зерна (хранение и переработка)/Л.И. Мачихина, Л.В. Алексеева, Л.С. Львова. - М.: ДеЛипринт, 2007. - 382 с.
3. Stability of Fusarium toxins during traditional Turkish maize bread production/Е. Numanoglu [et al.]// Quality Assurance and Safety of Crops and Foods. - 2010. - Vol. 2. - P. 84-92.
4. Reduction of deoxynivalenol during durum wheat processing and spaghetti cooking/A.Visconti [et al.]// Toxicology Letters. - 2004. - Vol. 153. - P. 181-189.
5. Микотоксины фузариозной пшеницы, особенности ее приемки, хранения и переработки: Обзорная информация/Л.С. Львова [и др.]. -М.: ЦНИИТЭИ Минхлебопродуктов, 1992. - 14 с.
6. Larsen, J.Ch. Workshop on trichothecenes with a focus on DON: summary report/J.Ch. Larsen, J. Hunt, S. Perrin, P. Ruckenbauer//Toxicology Letters. - 2004. - Vol. 153. - P. 1-22.
d
АГРОРУСЬ
XXII МЕЖДУНАРОДНАЯ АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ВЫСТАВКА-ЯРМАРКА
АГРОРУСЬ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, ЛЕНЭКСПО 26 АВГУСТА - 1 СЕНТЯБРЯ 2013
Организаторы: Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, Комитет Государственной Думы по аграрным вопросам. Правительство Санкт-Петербурга, Правительство Ленинградской области. Ассоциация крестьянских (фермерских) хозяйств и сельскохозяйственных кооперативов России (АККОР)
АГРОРУСЬ - КРУПНЕЙШАЯ ВЫСТАВОЧНАЯ ПЛОЩАДКА РОССИИ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ДОСТИЖЕНИЙ МАЛЫХ ФОРМ ХОЗЯЙСТВОВАНИЯ АПК
БОЛЕЕ 1700 УЧАСТНИКОВ БОЛЕЕ 115 000 ПОСЕТИТЕЛЕЙ ПЛОЩАДЬ ВЫСТАВКИ 55 600 м2
EXPOFORUM
тел. +7 (812) 240 40 40 доб. 231,234,235,188,254 Большой пр. В. О., 103, [email protected] www.agrorus.expoforum.ru
