CC BY
13
БОТ: 10.15587/2312-8372.2018.124286
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПОВЕРХНЕВИХ ВЛАСТИВОСТЕ1 во Н -БОРОШНЯНИХ СУСПЕНЗ1Й В ПРИСУТНОСТ1 ГВДРОКОЛО1ДШ ТА Б1ЛКОВИХ ДОБАВОК
Галясний I. В., Гавриш Т. В., Шанша О. М.
1. Вступ
Безглютеновi продукти вiдiграють дуже важливу роль у профiлактичному та лжувальному харчуваннi людства. Першочергово це стосуеться хворих на целiакiю, а також споживачiв, що мають рiзноманiтнi розлади харчування -алергш на глютен або його непереносимють [1]. Беручи до уваги досягнення в галузi нутр^еномжи i нутрiгенетики, тенденцiя до шдивщуамзаци дiет зроста-тиме. Це сприятиме збшьшенню обсягiв ринку спещаизованих продуктiв харчування, в тому чи^ безглютенових.
Хлiбобулочнi та кулшарш й кондитерськi борошнянi вироби, що не мю-тять глютену, е одним iз сегментiв цього ринку. В даний час стрiмко розвива-еться виробництво таких спецiалiзованих продуклв харчування.
Зростання наразi iнтересу до продуклв без глютену зумовлюеться значною поширенютю целiакii, яка оцiнюеться як така, що охоплюе щонайменше 0,5...2,0 % населення у бiльшостi европейських краiн та США [2]. Порiвняно з краiнами пiвнiчноi Америки, Свропи, Японп та iн., в Укра1'ш виробництво безглютенових виробiв у достатньому асортимент та обсягах, на жаль, не налаго-джене. Проте, забезпечувати цю категорiю людей спещаизованими продуктами харчування потрiбно постiйно.
Асортимент безглютенових борошняних виробiв на ринку Украши форму-еться в основному за рахунок iмпортноi продукцii, яка мае досить високу вартють. Крiм того, бiльшiсть доступних в краш безглютенових продуктiв е борошняними кондитерськими виробами. Зрозумiло, що приготування низки харчових продук-тiв з виключенням глютену е в першу чергу дiетичним аспектом. Але у виробниц-твi безглютенових хлiбобулочних виробiв вщсутшсть глютену стае серйозним те-хнолопчним викликом i вимагае вирiшення низки технолопчних питань.
Протягом останнiх десятилпъ було проведено багато дослiджень з метою полшшення якостi безглютенового хиба та його поживних властивостей. Проте, й дос залишаються проблеми розробки безглютенового хлiба з задовшьною структурою, термiнами придатностi та вартютю.
З огляду на вищесказане, зрозумшою стае нагальна необхiднiсть розробки нових пiдходiв до детоксикацii глютену або отримання безглютенових компо-зицiй. Крiм того, вiдслiдковуеться очевидна необхiднiсть розробки рецептур i технологiй виробництва борошняних безглютенових виробiв, що мають доста-тню якiсть i прийнятну щну.
2. Об'ект досл1дження та його технолопчний аудит
Об'ектами дослгджень у робот е:
- борошно рисове (Брис), кукурудзяне тонкого помелу (Б^), згiдно дiючоi нормативно!' документации
- борошняна сумiш (Брис:Бкук вiдповiдно 70 %:30 %);
- водно-борошняш суспензп.
В якостi матерiалiв дослiджень були застосовано:
- вода дистильована;
- натрш карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) - 0,5 %-вий розчин;
- концентрат тваринного бтка (КТБ) Сканпро Т95- 0,5.1,5 % до маси борошна
При виробницга безглютенового бездрiжджового тiста технологiчна кон-
цепцiя полягае в наступному. По-перше, потрiбно забезпечити максимальну ш-ноутворюючу здатнiсть рецептурно!! сумiшi, по-друге - максимальну стшюсть тако! пiни протягом розмщення тiста у форми для вишкання.
Процес пiноутворення е складним через сптьний вплив численних фiзико-хiмiчних, фiзико-механiчних та iнших чинниюв. Закономiрностi, якими характе-ризуеться процес утворення пiни, суттево залежать вщ умов проведення конкретного технолопчного процесу. Безлiч змiнних параметрiв, вплив яких не завжди пiддаеться облшу, значно ускладнюе можливiсть точно! ктьюсно! оцiнки проце-сiв, що протжають. Тим не менше, утворення i руйнування шару пiни шдпорядко-вуеться рiзним закономiрностям залежно вiд поверхневих властивостей розчинiв на межi з повпрям i механiчних властивостей рщких прошаркiв мiж бульбашками.
Узагальнюючи вищевикладене, можна стверджувати, що для забезпечення максимально! шноутворюючо!! здатностi та стшкост рецептурно! сумiшi безглютенового бездрiжджового тiста необхiдними е дослiдження впливу КМЦ та КТБ на поверхневi властивост водно-борошняних суспензiй.
3. Мета та задачi дослiдження
Метою дослгдження е визначення впливу КМЦ та КТБ на поверхневi вла-стивост водно-борошняних суспензiй з використанням борошна рисового, ку-курудзяного та !!х сумiшi.
Для досягнення поставлено! мети необхщно виконати такi завдання:
1. Визначити крайовий кут (а) змочування водно-борошняних суспензш без добавок, а також в присутност 0,5 % КМЦ та 0,5.. .1,5 % КТБ.
2. Визначити показник формостшкост (Н/D) крапель води та водно-борошняних суспензш за умов введення добавок вказаних концентрацш
3. Встановити залежшсть даного показника вщ застосування рiзних видiв безглютенового борошна за умов додавання добавок та без них.
4. Дослщження кнуючих р1шень проблеми
Для компенсацп вiдсутньоi клейковини науковщ рекомендують викорис-товувати функцiональнi можливост рiзноманiтних iнгредiентiв.
Дослiдження фахiвцiв свггово!! харчово! галузi спрямованi на пошук безглю-тенових основних та допомiжних сировинних компонентiв (гiдроколоiдiв, бшко-вих компонентiв, крохмалiв, псевдозерново! сировини та ш.). А також на розробку новiтнiх технологiчних пiдходiв, що передбачають використання ферментiв, за-
стосування високого тиску, проведення r^poTepMi4Hoi обробки, екструдування та пророшування зерновоi та борошняноi сировини, заквашування тiста та ш.
В якостi найбiльш розповсюджених i широко вживаних сировинних шгре-дiентiв застосовують рисове борошно [3] та рисовий крохмаль; кукурудзяне бо-рошно i кукурудзяний крохмаль; картопляний крохмаль; манюковий крохмаль; пшеничний крохмаль [4]. Як альтернативна сировина пропонуються таю: без-глютенове борошно з зернових (соргове, просяне, вiвсяне) [5]; безглютенове борошно з псевдозернових (гречане, амарантове, кiноа) [6].
Бiлки вщграють вирiшальну роль у визначеннi структури багатьох продуклв харчування, в тому чи^ безглютенового хлiба [2, 7]. Через !х вiдмiннi фу-нкцiональнi властивостi, протеiни тваринного походження широко дослщжеш i використовуються в харчових системах. Деяк твариннi бшки мають вiдмiннi функцiональнi та органолептичш властивостi, але вони тягнуть за собою бшьш високу вартiсть виробництва [8].
Бшки з рiзних джерел (соя, горох, яечний бiлок та казеш та iн.) можуть бути додаш до основних безглютенових композицш [7]. Бiлки призводять до збь льшення модуля пружностi шляхом зшивання бiлковоi мережi, посилення ко-льору, смаку та аромату через реакщю Майера, полiпшення структури за допо-могою покращання гелеутворення та стнювання [9].
Гiдроколоiди широко використовуються в якосл структуруючих агентiв для iмiтацii в'язко-пружних властивостей клейковини. Ц iнгредiенти, як правило, використовуються в якосл замшника глютену через !х здатнiсть до загушення, висо-кi водозв'язувальнi i гелеутворюючi характеристики. Вони збшьшують об'ем лс-та, стабiлiзують його пiнну структуру за рахунок збiльшення в'язкостi. Пдроколо-1'ди також запобiгають впливу водно!' фази на пiнну структуру, покращуючи стш-кiсть рiдини в плiвках, що оточують пухирцi газу [10, 11].
Переважна бiльшiсть робiт присвячена перспективним питанням виробництва дрiжджового безглютенового хлiба з використанням дрiжджiв в якосл ро-зпушувачiв тiста. Тому, наукових даних стосовно впливу пдроколощв та кон-центратiв тваринних бшюв на поверхневi властивостi бездрiжджових тнних тiстових мас у сучасних шформацшних джерелах не було знайдено.
5. Методи дослщжень
Для визначення поверхневих властивостей водно-борошняних суспензiй за-стосовано метод лежачо1' краплi [11]. Дiаметр краплi (у декiлькох повторностях) дорiвнював 6±1 мм. Це гарантуе, що крайовий кут не буде залежати вiд дiаметра. Оскiльки вiдомо, що в разi дуже малих крапельок значним е вплив поверхневого натягу само1' рiдини (тенденц1я до формування сферично1' краплi), а в разi великих крапель починають домiнувати сили гравiтацii. За цим методом вимiрювали кут м1ж твердою поверхнею i рiдиною в точцi контакту трьох фаз (рис. 1, а).
Додатково застосовували графiчний метод визначення формостшкосл (Н/D) краплi - через стввщношення висоти краплi до ii дiаметру (рис 1, б).
v Y
Рис. 1. Визначення: а - куту змочування крапл рщини; б - формосттйкосг! крапл рщини
Обробку огриманих експерименгальних даних здшснювали з викорисган-ням пакету прикладних програм MS Office Excel (США).
6. Результаты досл1джень
На першому егaпi дослiдження визначали куг змочування крапель води га водно-борошняних суспензш в присугносгi добавок га без них. Резульгаги екс-перименгу наведен на рис. 2-5, а даш !хньо! обробки наведено в габл. 1.
Шд час експерименгу догримували час вимiрювaння 10 с (однаковий для вшх зрaзкiв), оскiльки навпъ пiсля негривалого вигримування зрaзкiв перед ви-мiрювaнням спричиняе змiну формосгшкосг крaплi
д
Рис. 2. Зовшшнш вигляд дослiдних зрaзкiв - крапель води з добавками:
а - без добавок; б - 0,5 % КМЦ; в - 0,5 % КМЦ+0,5 % Сканпро Т95; г - 0,5 % КМЦ+1,0 % Сканпро Т95; д - 0,5 % КМЦ+1,5 % Сканпро Т95
а
б
в
Рис. 3. Зовтшнш вигляд дооидних зpэr>кiв - кpaпель водно-боpошняних cy-cnerorn з добaвкaми: а - Б^; б - БpИC+0,5 % КМЦ; в - Бpиc+0,5 % КМЦ+1,0 % Скaнпpо Т95
а
б
в
Рис. 4. Зовнiшнiй вигляд доcлiдних зpaзкiв - ^anenb води з добaвкaми: а - Бкук; б - Бкук+0,5 % КМЦ; в - Бкук+0,5 % КМЦ+1,0 % Скaнпpо Т95
а
б
в
Рис. 5. Зовшшнш вигляд дослщних зразкiв - крапель води з добавками:
70/30+0,5 % КМЦ; в - Брис/Бкук 70/30+0,5 % КМЦ+1,0 % Сканпро Т95
а - Брис/Бкук 70/30; б - Брис/Бкук
Кут змочування (крайовий кут) е основною характеристикою змочування. Це кут нахилу поверхш рщини до змочено!' поверхш твердого тiла. Сама ж рь дина завжди знаходиться всередиш крайового кута. Вершина кута змочування знаходиться на лши змочування, яка проходить ^зь лiнiю контакту трьох фаз. Характеристики кута змочування наведеш в табл. 1.
Таблиця 1
Характеристики кута змочування (п=3, Р<0.05)
Вид i кiлькiсть добавки Характеристики кута змочування
вода вода/Брис вода/Бкук вода/Брис/Бкук
а, ° Бта а, ° Бта а, ° Бта а, ° Бта
Без добавок 83 0,993 72 0,951 76 0,970 78 0,978
0,5 % КМЦ 80 0,985 80 0,985 82 0,990 79 0,982
0,5% КМЦ+0,5 % Сканпро Т95 74 0,961 - - - - - -
0,5 % КМЦ+1,0 % Сканпро Т95 71 0,946 79 0,982 80 0,985 79 0,982
0,5% КМЦ+1,5 % Сканпро Т95 80 0,985 - - - - - -
На наступному етапi до^джень визначали показник формостiйкостi крапель води та водно-борошняних суспензiй за умов введення добавок на рис. 6, 7.
к
35
30
25
£ 20
о
«
15
н
Я 10
° 5 О 5
31.94
25.93
27.62
20.34
21.19
Без добавок 0,5% КМЦ 0,5% КМЦ 0,5% КМЦ 0,5% КМЦ
+0,5%Сканпро+1,0%Сканпро+1,5%Сканпро
Рис. 6. Формостшюсть крапель дослiджуваних зразюв води з добавками
0
30.0
ä 25.0
§
Л Н О
'3
'S
'н
о 10.0
л о
О 5.0
15.0
0.0
26.0
21.3
23.8
26.5
2/./
27.4
25.0
25.0
23.1
вода /Брис
вода /Бкук вода /Брис/Бкук
□ Без добавок 0,5% КМЦ
]0,5% КМЦ +1,0%Сканпро
Рис. 7. Фоpмостiйкiсть крапель дослщжуваних зpaзкiв водно-борошняних су-
спензш з добавками
Анaлiзуючи дaнi, наведен на рис. 6, слiд надати наступш пояснення. По-перше, запропоноваш добaвки-полiпшувaчi структури загалом зумовлюють зниження формостшкосп, нaйбiльшою мipою - в paзi сумiсного застосування. Показник Н/D контрольного зразка доpiвнюе 32, а в присутност 0,5 % КМЦ з добавками 0,5...1,0 % КТБ - 20...21. Таю дaнi свщчать про можливiсть утворен-ня полшшено! пiнноi структури тiстa завдяки зменшенню поверхневого натягу дослiджувaних зpaзкiв. Пояснити зниження ефективност КТБ в кшькост 1,5 % можна звоpотнiм тдвищенням поверхневого натягу piдкоi фази тюта (це тдт-верджуе зростання показника Н/D до 27,6), що вщбуваеться через можливi про-цеси драглеутворення за та^' кiлькостi добавки.
Анaлiз фоpмостiйкостi крапель водно-борошняних суспензiй (рис. 4-7) свщ-чить про те, що юнуе певна невiдповiднiсть експериментальних даних теоретич-ним мipкувaнням. Тобто, якщо Н/D для Брис доpiвнюе 21,3, Бкук - 26,5, то для бо-pошняноi сумiшi у сшввщношенш Брис/Бкук 70/30 вiн повинен мати значення мiж цими двома показника (за правилом пропорцшност - 22,8). Проте, таке твер-
дження вщповщало б дiйсностi, якщо м1ж цими видами борошна у водно-борошнянiй суспензii не було б жодно! взаемодп. Реально цей показник для боро-шняно!' сумiшi зростае до 27,4. Тобто, поверхневий натяг водно-борошняноi су-спензii з борошняно! сумiшi зростае. Вважаемо, що це е наслiдком м1жмолекуляр-но! взаемодii мiж водорозчинним бтками борошна рисового та кукурудзяного (оскiльки у рщку фазу суспензii переходять саме бтки водорозчинно1' фракцii).
7. SWOT-аналiз результат дослiдження
Strengths. Серед сильних сторш даного дослiдження необхiдно вiдмiтити те, що отримаш данi вказують на позитивний вплив КМЦ та КТБ на поверхневi властивост водно-борошняних суспензш. Запропонованi добавки-полiпшувачi структури загалом зумовлюють зниження формостiйкостi, найбiльшою мiрою -в разi сумiсного застосування, що вказуе на утворення полшшено1' шнно1' структури безглютенового бездрiжджового тюта.
Weaknesses. Слабкi сторони даного дослщження пов'язанi з тим, що виро-бництво тваринного бiлка в 10 разiв дорожче, нiж рослинного. Як наслщок, за останне десятилiття кшькють дослiджень функцiональних властивостей рос-линних бшюв суттево зросли. Функцiональнiсть рослинних бшюв часто е недо-статньою через !х низьку розчиннiсть у водному середовишд, яка е найпошире-нiшою у харчових продуктах, зокрема, хлiбобулочних.
Opportunities. Специфiка виробництва бездрiжджового безглютенового ть ста шляхом збивання полягае в тому, що отримана тнна структура пiддаеться небажаним зовшшшм впливам, що приводять до зниження ii стiйкостi.
До таких факторш варто вщнести перемшування збитш сум^ з борошном i розмщення тюта у форми. В таких умовах важливо не тшьки одержати шнну систему з заданими характеристиками, але й зберегти протягом технологiчного процесу.
Для розвитку цього напрямку дослщжень необхдно комплексно дослщиги шноу-творювальну здатнiсть та стшюсть шни до руйнування структури безглютенового тюта.
Threats. Складнощ! у впровадженш отриманих результатв можуть бути пов'язаш з тим, що наявнiсть глютену, а також його залишкв у безглютеновому хлiбi, не допус-каеться. Тому виробникам для виробництва безглютеново1' продукцii необхщно на етапi розробки технологii безглютенових хлiбобулочних вироб1в враховувати доброя-кiснiсть та безпечнiсть вхщно1' сировини, високi експлуатацiйнi характеристики облад-нання, санiтарно-гiгiенiчнi норми та правила, високий професiоналiзм персоналу.
8. Висновки
1. Визначено, що показник кута змочування при дослщжеш зразкiв на водi в присутностi КМЦ та КТБ знижуеться: вода без добавок - 83°, вода + 0,5 % КМЦ -80°, вода + 0,5 % КМЦ + 0,5 % Сканпро Т95 - 74°, вода + 0,5 % КМЦ + 1,0 % Сканпро Т95 - 71°. Зменшення кута змочування, за умов введення добавок, свщчить про зменшення поверхневого натягу, що в свою чергу, сприятиме полшшенню шнно1' структури бездрiжджового безглютенового тюта тд тютоведення.
2. ст овлено, що запропоноваш добавки-полтшувач структури загалом зумовлюють зниження формостшкосп, найбшьшою мiрою - в разi сумiсного застосування. Так, показник формостшкосп контрольного зразка (вода) дорiвнюе 32, а в
присушосп 0,5 % КМЦ з добавками 0,5...1,0 % КТБ - 20...21. За умов введения КТБ в кшькосп 1,5 % спостергаеться тдвищення поверхневого нагягу рщко! фази тюта (показник Н/D до 27,6). Пояснити зниження ефективностi КТБ в кшькосп 1,5 % мо-жна через можливi процеси драглеугворення за тако1 кiлькостi добавки.
3. Визначено, що показник Н/D для Брис доршнюе 21,3, Бкук - 26,5, Брис/Бкук 70/30 -27,4. За правилом пропорцшносп показник Н/D для зразка Брис/Бкук 70/30 повинен бути -22,8 за умов, якщо мiж цими видами борошна у водно-борошнянш суспензи не було б жодно1 взаемоди. Припускаемо, що це е насшдком мiжмолекулярноi взаемоди мiж во-дорозчинним бтками борошна рисового та кукурудзяного.
Таким чином, експериментальними дослщженнями шдтверджено, що поверхне-вий натяг водно-борошняноi суспензii з борошняноi сум^ зростае, що е насшдком мiжмолекулярноi взаемодii м1ж водорозчинним бтками Брис та Бкук. Наявнiсть КМЦ та КТБ у водно-борошнянш суспензй з борошняно!' сумiшi знижуе показник формостш-косп краплi, що пов'язано зi зменшенням показника ii поверхневого натягу.
Лггература
1. Shewry P. R., Hey S. J. Do we need to worry about eating wheat? // Nutrition Bulletin. 2016. Vol. 41, No. 1. P. 6-13. doi:10.1111/nbu.12186
2. Reilly N. R., Green P. H. R. Epidemiology and clinical presentations of celiac disease // Seminars in Immunopathology. 2012. Vol. 34, No. 4. P. 473-478. doi: 10.1007/s00281-012-0311-2
3. Rheological properties of gluten-free bread formulations / Demirkesen I. et al. // Journal of Food Engineering. 2010. Vol. 96, No. 2. P. 295-303. doi: 10.1016/i.ifoodeng.2009.08.004
4. Analysis of ingredient lists of commercially available gluten-free and gluten-containing food products using the text mining technique / Do Nascimento A. B. et al. // International Journal of Food Sciences and Nutrition 2012. Vol. 64, No. 2. P. 217-222. doi: 10.3109/09637486.2012.718744
5. Marston K., Khouryieh H., Aramouni F. Evaluation of sorghum flour functionality and quality characteristics of gluten-free bread and cake as influenced by ozone treatment // Food Science and Technology International. 2014. Vol. 21, No. 8. P. 631-640. doi: 10.1177/1082013214559311
6. Torbica A., Hadnadev M., Dapcevic T. Rheological, textural and sensory properties of gluten-free bread formulations based on rice and buckwheat flour // Food Hydrocolloids. 2010. Vol. 24, No. 6-7. P. 626-632. doi:10.1016/i.foodhyd.2010.03.004
7. Supplementation of gluten-free bread with non-gluten proteins. Effect on dough rheological properties and bread characteristic / Ziobro R. et al. // Food Hydrocolloids. 2013. Vol. 32, No. 2. P. 213-220. doi:10.1016/i.foodhyd.2013.01.006
8. Lusk J. L., Norwood F. B. Some Economic Benefits and Costs of Vegetarianism // Agricultural and Resource Economics Review. 2009. Vol. 38, No. 2. P. 109-124. doi:10.1017/s1068280500003142
9. Ronda F., Villanueva M., Collar C. Influence of acidification on dough viscoelasticity of gluten-free rice starch-based dough matrices enriched with exogenous protein // LWT - Food Science and Technology. 2014. Vol. 59, No. 1. P. 12-20. doi: 10.1016/i.lwt.2014.05.052
10. Dickinson E. Food emulsions and foams: Stabilization by particles // Current Opinion in Colloid & Interface Science. 2010. Vol. 15, No. 1-2. P. 40-49. doi: 10.1016/i.cocis.2009.11.001
11. Gorelov V. O., Dranchuk M M. Vymryuvannya poverkhnevoho natyahu chystykh ridyn i rozchyniv metodom lezhachoyi krapli // Metody ta prylady kontrolyu yakosti. 2003. Vol. 10. P. 31-35.
