Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 11
1.1. Общая характеристика гречихи Fagopyrum еsculentum 11
1.2. Сравнительная характеристика зерна гречихи и злаковых культур .18
1.3. Способы получения гречишного солода 21
1.4. Солодорастительные характеристики зерна и технохимические показатели качества солода 23
2. Объекты и методы исследований .34
2.1. Объекты исследований .35
2.2. Методы исследований
2.2.1. Определение энергии и способности прорастания зерна гречихи 36
2.2.2. Определение энергии и индекса прорастания зерна гречихи 36
2.2.3. Определение степени водочувствительности зерна гречихи 37
2.2.4. Определение водочувствительности зерна гречихи 38
2.2.5. Определение массовой доли влаги в зерне гречихи и гречишном солоде 38
2.2.6. Определение пленчатости зерна гречихи 38
2.2.7. Определение содержания крахмала в зерне гречихи 39
2.2.8. Определение белковых веществ в зерне гречихи и гречишном солоде 39
2.2.9. Определение экстрактивности гречишного солода 40
2.2.10. Определение экстрактивности гречишного солода с ячменной вытяжкой 40
2.2.11. Определение амилолитической активности (диастатической силы) гречишного солода 40
2.2.12. Раздельное определение активности - и -амилаз гречишного солода 40
2.2.13. Определение редуцирующих сахаров гречишного солода 40
2.2.14. Определение массовой доли растворимого белка и числа Кольбаха в сусле .41
2.2.15. Определение содержания свободного аминного азота в сусле методом ЕВС 4.10 41
2.2.16. Определение относительной вязкости лабораторного сусла .42
2.2.17. Определение титруемой кислотности лабораторного сусла .42
2.2.18. Определение активной кислотности сусла 42
2.2.19. Определение цвет сусла 42
2.2.20. Определение продолжительности осахаривания сусла .43
2.2.21. Определение рутина в зерне гречихи и гречишном солоде 43
2.2.22. Определение триптофана в зерне гречихи и гречишном солоде 44
2.2.23. Определение аминокислотного состава зерна гречихи и гречишного солода 45
2.2.24. Определение протеолитической активности зерна гречихи и гречишного солода 45
2.2.25. Определение золы в гречишном солоде 47
2.2.26 Определение -каротина в гречишном солоде 47
2.2.27. Получение гречишного солода .47
2.2.27.1. Дезинфекция зерна гречихи 47
2.2.27.2. Проращивание зерна гречихи с использованием воздушно-водяного замачивания 47
2.2.27.3. Проращивание зерна гречихи воздушно-оросительным способом .48
2.2.27.4. Проращивание зерна гречихи оросительным способом .48
2.2.27.5. Солодоращение зерна гречихи в режиме возрастающих и убывающих температур 48
2.2.27.6. Солодоращение зерна гречихи с использованием процедуры томления 49
2.2.27.7. Сушка свежепроросшего гречишного солода 2.2.28. Приготовление образцов слабоалкогольного напитка 49
2.2.29. Определение цвета напитка 51
2.2.30. Определение объемной доли этилового спирта в слабоалкогольном напитке 51
2.2.31. Определение массовой доли осадка в напитке 51
2.2.32. Органолептическая оценка слабоалкогольного напитка 51
2.2.33. Изготовление образцов бисквитного печенья .52
2.2.34. Определение органолептических показателей печенья 52
2.2.35. Определение намокаемости печенья 52
2.2.36. Определение массовой доли влаги в печенье 53
2.2.37. Изготовление хлебопекарного улучшителя на основе гречишного солода 53
2.2.38. Изготовление образцов хлеба 53
2.2.39. Определение массовой доли сырой клейковины 53
2.2.40. Определение качества сырой клейковины 54
2.2.41. Определение органолептических показателей хлеба .54
2.2.42. Определение физико-химических показателей хлеба 54
2.2.43. Статистическая обработка результатов исследований 54
3. Результаты и обсуждения .55
3.1. Технохимические и физиологические показатели зерна гречихи и их значение в формировании качества гречишного солода .55
3.2. Влияние технологических параметров солодоращения на формирование качества гречишного солода . 79
3.3. Разработка технологии томленого гречишного солода .99
3.4 Оценка экономической эффективности технологии томленого солода 104
3.5. Технохимическая характеристика гречишного солода и
перспективы его использования в технологии пищевых продуктов .107 Выводы .127 Список используемой литературы
- Сравнительная характеристика зерна гречихи и злаковых культур
- Определение энергии и индекса прорастания зерна гречихи
- Определение рутина в зерне гречихи и гречишном солоде
- Влияние технологических параметров солодоращения на формирование качества гречишного солода .
Сравнительная характеристика зерна гречихи и злаковых культур
Размеры зерна (плодов) обыкновенной гречихи варьируют в широких границах. Плодовая оболочка имеет толщину 0,1…0,2 мм, она состоит из нескольких рядов толстостенных клеток, часть из них заполнены пигментом. Семенная оболочка тонкая, нежная. В ней различают ряд пустотелых клеток и губчатый слой. Семенная оболочка розового или кремового цвета, а у недозрелого зерна зеленоватая [60].
Зерно гречихи имеет характерный зародыш. Он очень крупный и в виде ленты, похожей на латинскую; букву S, пронизывает все тело ядра, частично проходя у поверхности зерна [60, 178]. Гречиху также различают по сортовым особенностям. В настоящее время в Приморском крае возделывают 3 сорта гречихи, основными являются При 7 и Изумруд. Сорт Приморская местная занимает лишь 3 % от площади посева. Сорт гречихи При 7 создан методом многократного индивидуально семейственного отбора из материала, обработанного гамма лучами, в ПримНИИСХ ФАНО (г. Уссурийск, Приморский край). Сорт полуинтенсивного типа, среднеспелый, продолжительность периода вегетации – 80 суток. Потенциал продуктивности составляет 25 ц/га. В Приморском крае занимает 65 % от общей площади посева гречихи, также высевается и в других районах Дальневосточного региона. В 1989 г. был внесен в Государственный реестр селекционных достижений. Допущен к использованию как ценный по качеству сорт. Характеризуется следующими технологическими показателями: выравненность зерна до 95 %, выход крупы – 79,3 %, крупность ядра – 62,6 %, пленчатость – 20,3 %, коэффициент разваримости – 3,7 %, содержание белка – 13,1 %, жира – 3,1 %, вкус каши – 5 баллов [17]. Сорт гречихи Изумруд получен методом индивидуального отбора из гибридной популяции Приморская местная х к-4326 (Хмельницкая область), размноженной и улучшенной в условиях тетраплоидной изоляции ПримНИИСХ ФАНО (г. Уссурийск, Приморский край). Сорт интенсивного типа, среднеспелый, продолжительность периода вегетации – 78…82 суток. Потенциал продуктивности составляет до 30 ц/га. С 1997 г. включен в Государственный реестр селекционных достижений. Допущен к использованию как ценный по качеству сорт по Дальневосточному региону. Характеризуется следующими технологическими показателями: выравненность зерна до 92 %, выход крупы – 78,2 %, крупность ядра – 72,4 %, пленчатость – 23,8 %, коэффициент развариваемости – 3,9 %, содержание белка – 13,6 %, жира – 3,2 %, вкус каши – 5 баллов [17].
Таким образом, использованные в работе сорта гречихи Изумруд и При 7 являются хозяйственно-ценными сортами и в настоящее время основные, возделываемые в Приморском крае.
Гречиха – единственная в нашей стране зерновая культура, содержащая рутин (витамин Р). Он способствует укреплению стенок капилляров и рекомендуется для профилактики различных заболеваний [138, 156, 175].
Ранее было изучено содержание рутина в зерне семи сортов гречихи селекции ПримНИИСХ ФАНО, районированных и перспективных для районирования [63]. Минимальное содержание рутина характерно для сортов При 356, При 268, При 373 и При 345. Сорта гречихи Изумруд, При 312 и При 7 содержат более высокие концентрации рутина. Больше всего его в зерне гречихи сорта При 7 – (0,080±0,003) %. Таким образом, из семи изученных сортов При 7, При 312 и Изумруд можно использовать для получения продуктов питания, обогащенных рутином.
Также было установлено, что в процессе хранения зерна гречихи в течении двух лет содержание рутина снижается, однако достоверные отличия были получены только для сорта При 356, где концентрация рутина уменьшилась на 29 % [63]. Установлено, что содержание рутина в продуктах, изготовленных из зерна гречихи, ниже по сравнению с его содержанием в сырье. Одна из возможных причин такого снижения – присутствие фермента, разрушающего рутин. Например, если в крупе содержится рутина 230 мг/кг, то в крупе после термической обработки – только 88 мг/кг. Кроме того, высокие температуры технологических операций также могут быть причиной снижения его содержания в готовых продуктах. Сообщалось, что пиво из гречихи практически не содержит рутина [156]. В то же время в литературе имеются сведения о том, что содержание рутина в процессе солодоращения существенно увеличивается [155, 175].
Рядом ученых было определено содержание общих липидов в шелухе гречихи. Установлено, что оно изменяется в зависимости от сорта растения в интервале 0,97…2,46 % от массы сухого сырья. Определен состав полярных и нейтральных липидных фракций и содержание фосфолипидов, количество которых составляет 0,12…0,49 % от массы общих липидов. Изучен качественный состав фосфолипидов и показано, что гречишные отходы содержат до 6 компонентов. Все изученные образцы характеризуются высоким содержанием моногалактозилдиацилглицерида.
Определение энергии и индекса прорастания зерна гречихи
Содержание крахмала в ячмене снижается с повышением доли белковых веществ. Соотношение крахмала и белка зависит от сорта и года выращивания. При выращивании ячменя одного сорта в одинаковых условиях повышение содержания белков на 1 % ведет к снижению содержания крахмала на 1… 2 %, а экстрактивности на 0,7 % [88]. Например, сравнение двух образцов ячменя, различающихся содержанием белка - 13,8 % и 11,7 %, показало, что для них характерны отличия как по уровню крахмала - 63,3 % и 66,5 %, так и экстрактивности - 74 % и 75,3 %, соответственно [78].
Таким образом, для получения солода высокого качества, очень важно контролировать содержание крахмала и белка в зерне.
Другой не менее значимой характеристикой качества зерна является кислотность. В нормальном состоянии спелый ячмень имеет слабокислую реакцию, обусловленную солями фосфорной кислоты и органическими кислотами. При выходе зерна из состояния покоя в зерне вследствие усиления ферментативных процессов накапливаются вещества, имеющие кислую реакцию, поэтому кислотность увеличивается. Контролируя кислотность, можно судить о качестве зерна или контролировать хранение. Титруемая кислотность здорового ячменя - 1,8…2,5 к.е., а у испорченного зерна кислотность может достигать 8 к.е. [57].
Помимо критериев пригодности ячменя, существует такой показатель, который влияет на выбор режима солодоращения. Это - степень водочувствительности. Он важен, поскольку, избыток воды при замачивании ячменей приводит к резкому снижению их способности прорастать, а при оптимальной влажности они прорастают нормально [76, 83, 150]. Ее определяют как разность проросших зерен через трое суток в 4 и 8 см3 воды. Ячмень считается водочувствительным, если разница превышает 20 %. Оценка водочувствительности происходит по шкале:
Одним из показателей, который учитывается в других странах, но не в России, является индекс прорастания. Если энергия прорастания показывает количество зерен, проросших за 72 часа инкубации, то индекс прорастания -это темп прорастания за этот период [142, 169]. Иногда он дает больше информации о зерне, чем энергия прорастания. Установлено, что величина индекса прорастания коррелирует с активностью ферментов и с различными параметрами качества солода. Поэтому, индекс прорастания является хорошим физиологическим показателем качества пивоваренного ячменя [139, 180].
Таким образом, при выборе зерна для солодорощения необходимо учитывать не только нормируемые показатели, но и экстрактивность, содержание крахмала, кислотность зерна, энергия и индекс прорастания, степень водочувствительности. Поскольку, для гречихи сегодня отсутствуют какие-либо нормативы, а многие солодорастительные свойства вообще не исследовались, необходимо изучить ее физико-химические и физиологические характеристики для определения пригодности зерна к солодоращению, а также определения необходимых условий для получения качественного солода.
Как известно качество перерабатываемого солода во многом определяет и качество получаемого из него продукта, поэтому кроме оценки пригодности зерна к солодоращению, также необходимо знать и правильно оценивать физико-химические показатели используемого в производстве солода.
Кроме того существуют и другие характеристики, которые не нормируются ГОСТ [36], но имеют большое значение. К ним относятся продолжительность фильтрования, вязкость сусла, содержание аминного азота, уровень амилолитической активности солода, рН сусла, конечная степень сбраживания и т.д. [76, 83, 89].
Как и в случае с зерном, влажность солода является важным критерием, поскольку влияет на процесс дробления и затирания [76, 83, 89, 120]. Влажность свежевысушенного солода составляет 1,5…4,0 %. При хранении она, как правило, возрастает на 0,5… 1 % и по современным представлениям не должна превышать 5,0 %, так как в более влажном солоде возобновляется действие ферментов, и его качество снижается [76, 83, 89]. Кроме того, повышенное содержание влаги снижает экстрактивность солода и вызывает проблемы во время его хранения [76, 83, 89].
Определение рутина в зерне гречихи и гречишном солоде
Свежеубранные семена многих злаковых и других культур обычно имеют пониженные семенные и технологические свойства. Сразу после сбора зерно находится в состоянии неглубокого физиологического покоя, которое по времени совпадает с периодом послеуборочного дозревания [61, 89]. Продолжительность этого периода зависит от многих факторов: генотипа растения, местности произрастания, погодно-климатических условий [86, 163, 170], а также условий хранения зерна [139].
Известно, что показатели энергии и способности прорастания определяют в зерне не ранее, чем через 45 суток после уборки, когда зерно большинства злаковых культур в процессе послеуборочного дозревания достигает физиологической зрелости и выходит из состояния покоя [24]. Свидетельством этому является высокое, не ниже нормируемого, значение способности прорастания [41], что и определяет готовность зерна к переработке в солод.
Знание продолжительности периода послеуборочного дозревания очень важно, поскольку только после завершения этого процесса можно получать солод высокого качества [13, 146, 171, 180]. Эти сведения важны также не только с точки зрения технологии, но и экономики предприятия, поскольку хранение зерна требует определенных затрат, перерасход которых можно избежать в случае своевременной его переработки и реализации. Считается, что чем короче период послеуборочного дозревания зерна ячменя, тем более качественный солод можно из него получить [139].
Поскольку было выявлено, что для определения физиологических показателей зерна гречихи наиболее эффективен метод ЕВС (п. 3.6.2), в дальнейшей работе использовали именно его. Он позволяет определить энергию и индекс прорастания зерна, его водочувствительность, а также степень водочувствительности, но не предназначен для определения способности прорастания. Именно эту методику используют зарубежные исследователи для определения пригодности зерна к солодоращению [139, 141, 146, 171, 172].
Для исследований использовали зерно гречихи сорта Изумруд урожая 2011 года. После уборки (конец сентября) до начала эксперимента в течение месяца зерно хранилось в естественных условиях при среднесуточных ночных и дневных температурах 7 оС и 16 оС, соответственно, и влажности воздуха 67,0…85,0 %. Далее зерно с исходной влажностью 14 % хранили в течение года при контролируемой температуре 2 оС (холод) и 20 оС (тепло) и влажности воздуха 45,0 %. Ежемесячно отбирали пробы, в которых определяли энергию и индекс прорастания, водочувствительность и степень водочувствительности зерна. Параллельно зерно использовали и для получения солода.
С момента начала эксперимента в октябре, то есть через один месяц после сбора урожая, энергия прорастания составляла (88±1) % (рис. 3.1). Через месяц у зерна, которое хранилось при 20 оС, она достоверно возрастала до (97±1) % и находилась примерно на одном уровне в течение всего года, за исключением 7-го месяца хранения (апрель). Поскольку использовали метод ЕВС (п. 3.6.2), способность прорастания не определялась, но, как известно, этот показатель обычно выше, чем энергия прорастания примерно на 2 %. Следовательно, в соответствии с этим критерием, зерно, хранившееся при 20 оС, можно подвергать солодоращению через 2 месяца после уборки.
Таким образом, согласно полученным данным об энергии прорастания зерна гречихи урожая 2011 г., следует считать, что период послеуборочного дозревания заканчивается через 60 дней после уборки, когда значения этого показателя достигают 94…97 %, что свидетельствует о его готовности к переработке в солод.
Поскольку на данном этапе не были изучены физиологические показатели зерна гречихи в течение первого месяца хранения, эти исследования провели позже. Для этого использовали зерно гречихи сорта Изумруд урожая 2014 года. Результаты представлены в таблице 3.4.
Исследования показали, что энергия прорастания возрастала в первые три недели после сбора урожая с (65±2) % до (94±1) %, достигая требуемого значения на 40 дней раньше, чем зерно урожая 2011 г. Следовательно, уже через 21 день зерно выходило из состояния покоя и было пригодно для солодоращения. Это может быть связано с тем, что в течение вегетационного периода 2014 г. сумма температур была выше, а уровень осадков ниже, чем в 2011 г. (табл. 3.3). Подобная зависимость ранее была установлена для ячменя и пшеницы: более холодные условия во время созревания зерна приводят и к более длительному периоду его покоя [175].
Таким образом, эксперименты с зерном 2011 и 2014 гг. урожая показали, что продолжительность периода послеуборочного дозревания гречихи зависит от погодно-климатических особенностей года произрастания. В зависимости от условий периода вегетации, зерно гречихи можно использовать для получения солода спустя 21…60 дней со дня уборки урожая. Зерно гречихи, выращенное в более теплое и сухое лето, имеет и более короткий период послеуборочного дозревания. Это можно использовать для прогнозирования сроков выхода зерна из состояния покоя и определения его пригодности к солодоращению. Косвенным показателем, по-видимому, может служить и уровень белка в зерне, который также зависит от погодно-климатических условий вегетационного периода. Исходя из данных об энергии прорастания, можно считать, что температура хранения зерна гречихи после уборки (2 оС и 20 оС) не оказывала существенного влияния на продолжительность периода послеуборочного дозревания.
Одновременно с определением энергии прорастания рассчитывали индекс прорастания [142, 169]. Этот показатель характеризует темп прорастания зерна, хорошо коррелирует с активностью ферментов, образующихся во время солодоращения, и качеством солода. Считается, что индекс прорастания служит не только критерием наступления физиологической зрелости зерна, окончания периода покоя и выхода его из состояния послеуборочного дозревания, но и индикатором потенциала качества солода (indicator of malting potential) [146, 169, 180].
Влияние технологических параметров солодоращения на формирование качества гречишного солода .
Как известно, на формирование качества солода оказывают влияние не только физиологические и технохимические показатели зерна, но и условия солодоращения. Важнейшими из них являются уровень влажности и способы его достижения, температура и продолжительность проращивания. При разработке эффективной технологии солодоращения необходимо подбирать такие условия, при которых за короткий промежуток времени можно получить солод с высокой экстрактивностью, амилолитической активностью, степенью цитолитической и протеолитической растворенностью, и, напротив, низкой вязкостью.
Процесс производства солода включает несколько этапов: мойка и дезинфекция зерна, замачивание, проращивание (солодоращение), сушка свежепроросшего солода, отделение ростков от солода и его отлежка [56, 89, 113, 115, 120]. Условия проведения каждой из этих технологических операций важны для обеспечения высокого качества получаемого солода. Способы замачивания
Как известно, технологической целью замачивания является увлажнение зерна до 43…48 % для обеспечения хорошего растворения эндосперма и биосинтеза ферментов [8, 76, 83, 89, 113, 115, 120].
Процесс замачивания может осуществляться различными способами: воздушно-водяной способ замачивания. При этом способе зерно попеременно находится под водой и без воды до достижения необходимого уровня влажности [76, 89, 120]. Замачивания может длиться несколько суток, при этом количество и продолжительность воздушной паузы и нахождения зерна под слоем воды варьирует в широких пределах. Является традиционным для ячменя и большинства других культур. Его используют и для получения гречишного солода [64, 91, 92, 110, 147, 148, 162, 164, 167, 175, 176, 178]. оросительный способ замачивания. Зерно после промывки и дезинфекции непрерывно орошают водой и аэрируют кондиционированным воздухом [89, 119, 120]; воздушно-оросительный способ замачивание. Орошение зерна водой чередуется продолжительными воздушными паузами, во время которых осуществляется аэрирование [120].
Далее эти термины (воздушно-водяной, оросительный и воздушно-оросительный) использовали для обозначения способов проращивания. К тому же, у последних двух разграничить процедуры замачивания и проращивания затруднительно. Для гречихи обычно используют воздушно-водяное замачивание [64, 91, 92, 110, 147, 148, 162, 164, 167, 175, 176, 178]. В самой первой работе ирландских исследователей сообщалось о водяном способе замачивания [172].
Поскольку на сегодняшний день отсутствуют сравнительные данные о различных способах солодоращения зерна гречихи и их влиянии на качество солода, был проведен ряд экспериментов, направленных на их изучение.
Было исследовано изменение влажности, амилолитической активности, соотношение - и -амилаз свежепроросшего солода гречихи в процессе проращивания при различных способах: воздушно-водяном, воздушно-оросительном и оросительном. Также были исследованы качественные показатели готового гречишного солода: амилолитическая активность, экстрактивность, содержание общего и растворимого белка, аминного азота, число Кольбаха, вязкость и кислотность конгрессного сусла. Для опыта использовали гречиху сортов При 345 урожая 2010 года и Изумруд урожая 2011 года. Ранее были изучены влияние температуры и продолжительности проращивания на изменение амилолитической активности и влажности в зерне гречихи. Исследования показали, что наиболее интенсивное поглощение влаги зерном происходило в первые 24 ч проращивания. В течение этого периода влажность зерна достигала более 50,0 %, и далее ее содержание изменялось незначительно, при этом температура не оказывала влияния на этот процесс [117]. Амилолитическая активность во время проращивания зерна гречихи при 10 оС и 15 оС была высокой в обоих случаях – 280…300 ед. W-K, но при 15 оС скорость накопления активности амилолитических ферментов и достижение максимальных значений была выше. Поэтому в дальнейших исследованиях использовали температурный режим 15 оС и продолжительность солодоращения – 72 ч. [117].
В первой серии опытов по изучению накопления влажности и амилолитической активности для сорта При 345 использовали воздушно-водяной и воздушно-оросительный способы солодоращения, а для сорта Изумруд еще и оросительный. При воздушно водяном способе замачивания зерно находилось под слоем воды в течение 4-х часов с двумя 30-ти минутными воздушными паузами, после чего зерно направляли на проращивание. При воздушно-оросительном и оросительном сразу после мойки и дезинфекции зерно помещали в камеру для проращивания, где оно подвергалось постоянному (оросительный способ) или периодическому орошению (воздушно-оросительный способ) на протяжении всего проращивания. Таким образом, в последних двух способах процедура замачивания, как отдельная технологическая операция отсутствовала. Динамика накопления влажности зерна гречихи сортов При 345 и Изумруд при различных способах проращивания была примерно одинакова (рис. 3.11).q