Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературных источников 10
1.1 Белки — роль в питании, жизнедеятельности; биологическая ценность белков 10
1.2 Пути повышения пищевой и биологической ценности пшеничной муки и макаронных изделий 18
1.2.1 Способы повышения пищевой и биологической ценности муки 19
1.2.2 Способы повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий 22
1.3 Получение и применение концентрированных и изолированных форм растительных белков 32
1.4 Роль отдельных компонентов пшеничной муки в формировании качества готовых макаронных изделий 44
1.5 Теоретическое обоснование механизма взаимодействия вносимого растительного белка с компонентами макаронного теста 50
Глава 2 Экспериментальная часть 57
2.1 Объекты и методы исследования 57
2.1.1 Объекты исследования 57
2.1.2 Методы исследования 60
2.2 Основные результаты исследований и их анализ 64
2.2.1 Определение целесообразности использования изолятов белков гороха, кукурузы и сои для повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий 66
2.2.2 Влияние различных дозировок изолятов белков гороха, кукурузы и сои на количество и качество клейковины пшеничной муки 73
2.2.3 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на свойства крахмала пшеничной муки 83
2.2.4 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на показатели реологических свойств макаронного теста 86
2.2.5 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на количество белков, способных переходить из макаронного теста в полярный растворитель 99
2.2.6 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на скорость прессования макаронного теста 105
2.2.7 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на скорость сушки макаронных изделий 107
2.2.8 Влияние изолятов растительных белков и макаронных улучшителей на качество готовых макаронных изделий 115
2.2.9 Влияние изолятов растительных белков на показатели качества макаронных изделий при хранении 135
2.2.10 Определение массовой доли белков в макаронных изделиях с изолятами растительных белков, их аминокислотного и элементного состава; определение биологической ценности макаронных изделий 141
2.2.11 Разработка и утверждение технических документов на макаронные изделия с изолятами растительных белков; промышленная апробация новых видов макаронных изделий 156
2.2.12 Расчет себестоимости производства макаронных изделий с изолятами растительных белков 158
Выводы и рекомендации 163
Список литературы 166
- Способы повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий
- Теоретическое обоснование механизма взаимодействия вносимого растительного белка с компонентами макаронного теста
- Определение целесообразности использования изолятов белков гороха, кукурузы и сои для повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий
- Влияние изолятов растительных белков и макаронных улучшителей на качество готовых макаронных изделий
Введение к работе
Актуальность темы. Пищевая ценность продуктов питания является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Рациональное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, продлению жизни людей, повышению работоспособности и создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде. Вместе с тем в последние десятилетия состояние здоровья населения характеризуется негативными тенденциями. Продолжает сокращаться средняя продолжительность жизни. Среди причин повышения смертности ведущее место занимают сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, развитие которых в определенной степени связано с недостаточным потреблением пищевых веществ, в первую очередь полноценных белков, витаминов, макро- и микроэлементов [93,147-149].
Исходя из значимости здоровья нации для развития и безопасности страны, из важности рационального питания подрастающего поколения для будущего России, а также из необходимости принятия срочных мер по поддержке отечественных производителей сельскохозяйственного сырья и пищевой продукции, для повышения уровня самообеспечения страны продуктами питания, принята Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2010 года.
Под государственной политикой в области здорового питания понимается комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в рациональном, здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения, в соответствии с требованиями медицинской науки [93, 147-149].
Основными направлениями государственной политики в области здорового питания в плане производства пищевых продуктов являются:
получение новых видов пищевых продуктов общего и специального назначения с использованием препаратов и биологически активных веществ;
использование побочного сырья пищевой и перерабатывающей промышленности для производства полноценных продуктов питания;
создание технологий производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующим потребностям организма человека, в том числе: продуктов массового потребления для различных возрастных групп населения; продуктов лечебно-профилактического назначения, дифференцированных для профилактики различных заболеваний и укрепления защитных функций организма, снижения риска воздействия вредных веществ; продуктов для питания военнослужащих и определенных групп населения, находящихся в экстремальных условиях;
- создание отечественного производства пищевых веществ в объемах,
достаточных для полного обеспечения населения путем обогащения ими
продуктов массового потребления, а также расширения производства
биологически активных добавок к пище;
организация крупнотоннажного производства пищевого белка и белковых препаратов, предназначенных для обогащения пищевых продуктов.
Макаронные изделия, по сравнению с другими мучными изделиями, имеют ряд преимуществ: высокая усваиваемость основных питательных веществ, длительный срок хранения, низкая стоимость и доступность для любых слоев населения. Однако в нашей стране пшеница твердых сортов выращивается в небольших количествах, и производителям приходится использовать хлебопекарную муку из мягкой пшеницы, белок которой имеет дефицит важнейших незаменимых аминокислот.
В макаронной отрасли повышение пищевой и биологической ценности продукта достигают за счет введения в рецептуру нетрадиционных видов сырья и специальных пищевых добавок. Наибольшего положительного эффекта при повышении пищевой и биологической ценности конечного продукта позволяет добиться использование изолированных и концентрированных форм белка.
Изоляты и в меньшей степени концентраты белков являются одной из наиболее перспективных форм конечного продукта переработки исходного белоксодержащего сырья. Преимущества изолятов белков связаны главным образом с тем, что они представляют собой наиболее очищенные формы белков и позволяют в максимальной степени обогатить макаронные изделия белком, что является актуальной задачей. В настоящее время отсутствуют работы по использованию изолятов растительных белков в производстве макаронных изделий.
По-прежнему актуальным остается вопрос создания сбалансированных, обогащенных продуктов питания для детских садов, школ, военных частей, определенную долю рациона в которых могут занять макаронные изделия с изолятами растительных белков.
Решению вопросов повышения пищевой и биологической ценности макаронной продукции посвящены работы Глазунова А.А., Корячкиной С.Я., Малкиной В.Д., Медведева Г.М., Осиповой Г.А., Поландовой Р.Д., Черных В.Я., Шнейдер Т.И. и др.
Цель и направления исследования. Цель настоящего исследования состояла в разработке технологии макаронных изделий повышенной пищевой и биологической ценности с изолятами растительных белков.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- определение целесообразности использования изолятов белков гороха,
кукурузы и сои для повышения пищевой и биологической ценности макаронных
изделий;
исследование влияния различных дозировок изолятов растительных белков на основные компоненты пшеничной муки, реологические свойства, продолжительность замеса и скорость прессования макаронного теста;
исследование влияния различных дозировок изолятов растительных белков на скорость сушки и качество готовых макаронных изделий, в том числе при хранении;
- разработка способа производства макаронных изделий с изолятами
растительных белков;
- разработка комбинированной белковой смеси из изолятов растительных
белков, лимитированных по разным аминокислотам, для максимального
повышения биологической ценности макаронных изделий;
разработка и утверждение технических условий и технологических инструкций на макаронные изделия с изолятами растительных белков, промышленная апробация результатов исследования;
расчет себестоимости производства макаронных изделий с изолятами растительных белков.
Научная новизна. Обоснована целесообразность использования изолятов белков гороха, кукурузы и сои для повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий.
Определены рецептурные соотношения пшеничной муки и изолятов растительных белков, позволяющие в максимальной степени повысить пищевую и биологическую ценность макаронных изделий.
Определено влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на свойства клейковины пшеничной муки, структурно-механические свойства макаронного теста, количество белков, перешедших из теста в полярный растворитель, качество готовых макаронных изделий, технологические стадии замеса и прессования макаронного теста, сушки макаронных изделий, что позволило установить оптимальную дозировку изолятов белков, определить оптимальные значения технологических параметров для производства макаронных изделий с изолятами растительных белков.
Выявлены зависимости максимальных дозировок изолятов белков гороха, кукурузы и сои, при которых качество макаронных изделий удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51865-2002, от показателей качества используемой муки.
Практическая значимость. Разработаны и утверждены технические документы на новые виды макаронных изделий: макаронные изделия с
изолятами растительных белков - ТУ 9149-218-02069036-2008, ТИ ТУ 9149-218-02069036. На технические условия получено санитарно-эпидемиологическое заключение № 57.01.01.ООО.Т.000477.09.08 от 03.09.2008 года, заключение ФГУ «Орловский ЦСМ» № 026-0242 от 31 марта 2009 года. Каталожный лист продукции зарегистрирован в ФГУ «Орловский ЦСМ» [Приложение А].
Получен патент на изобретение № 2346467 «Способ производства макаронных изделий», приоритетная справка на патент «Состав теста для производства макаронных изделий» (№ 2008121284 от 27.05.2008 г.) [Приложение Б].
Проведена промышленная апробация новых видов макаронных изделий в условиях производства ООО «Орелагропром» (акт от 02.09.2008г.), ООО «Орелагроюг» (акт от 05.09.2008г.), ЗАО «Зерноресурс» (акт от 09.09.2008г.) и ОАО «Орелоблхлеб» (акт от 10.09.2008г.) [Приложение В]. Рассчитана себестоимость производства макаронных изделий с изолятами растительных белков [Приложение Г].
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» Орловского государственного технического университета [Приложение Д].
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ОрелГТУ «Неделя науки» (апрель 2005 г., 2006 г., 2007 г, 2008 г.), на международной научно-практической конференции «Социально-экономические приоритеты региональной политики развития торговли и общественного питания» (Орел, ОГИЭиТ, 2006 г.); на V и VI международных научно-практических конференциях «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, ОрелГТУ, 2006 г., 2007 г.); на второй международной научно-практической конференции «Стратегия развития индустрии гостеприимства и туризма» (Орел, ОрелГТУ,
2007г.); на IV международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел, ОрелГТУ, 2007 г.); на X Всероссийском форуме молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территорий и предприятий меняющейся России» (Екатеринбург, УрГЭУ, 2007 г.); на IV международной научно-практической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, Могилевский государственный университет продовольствия, 2007 г.); на I всероссийской конференции студентов и аспирантов «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2008 г.); на международной научно-практической конференции «Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации» (Воронеж, Российский государственный торгово-экономический университет, 2008 г.); на I научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, МГУПП, 2008 г.); на международной научно-практической интернет-конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел, ОрелГТУ, 2008 г.); на международной научно-практической интернет-конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Одесса, УКРНИИМФ, 2008 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей в журналах, реферируемых ВАК, 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация работы состоит из введения, обзора литературных источников, экспериментальной части, выводов, библиографического списка литературы, приложений. Список литературы включает 179 источник российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 165 страницах основного текста, включает 36 рисунков и 53 таблицы.
Способы повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий
Макаронные изделия, как и все продукты из злаковых, характеризуются несбалансированным составом по содержанию белков, аминокислот, жиров, углеводов, то есть пищевая ценность данного продукта питания (белки - 10,4 г, жиры — 1,1 г, углеводы — 71,5 г) не является оптимальной [76, 124].
Повышение пищевой и биологической ценности макаронных изделий достигается использованием различных добавок, которые позволяют увеличить содержание белков, улучшить их аминокислотный состав.
При разработке новых видов макаронных изделий, имеющих повышенную пищевую и биологическую ценность, и определении оптимальной дозировки белковых добавок, используемых в качестве обогатителей, в соответствии с нормами сбалансированного питания для наиболее полного усвоения организмом необходимо, чтобы соотношение белков и углеводов составляло 1:4 - 1:4,5; в то время как в макаронной продукции данное соотношение составляет приблизительно 1:7. Поэтому в макаронные изделия, содержащие в среднем 10-12 % белка, дополнительно может быть введено такое же количество белков [7, 128]. В настоящее время в разных странах используются разнообразные добавки в зависимости от сырьевой базы.
В России основными обогатителями макаронных изделий являются яйцепродукты (яйцо, меланж, сухой яичный порошок). Применение яицепродуктов в макаронных изделиях значительно повышает содержание в них лизина, метионина, лейцина. Белок яйца является альбуминным белком, который положительно влияет на структуру макаронного теста и готовых изделий, а желток яйца придает готовым изделиям приятный желтоватый оттенок [71].
Натуральное молоко не придает изделиям вкуса, присущего молочным продуктам, при этом содержание белка увеличивается незначительно. Поэтому следует добавлять сухое молоко (8 % к массе муки). При этом соотношении значительно повышается биологическая ценность макаронных изделий без ухудшения качества. Количество белков в продукте увеличивается в среднем на 4 % [43]. В последние два десятилетия появилось новое направление в использовании молочных белков - производство белковых концентратов. В сухом обезжиренном молоке содержится около 30 % белка, в казиците - 80 %, в казеинате натрия - 85 % - 87 %, в копреципитате - 82 % - 84 % [128]. Преимуществом их является высокое содержание белка, что позволяет применять их в качестве эффективных белковых обогатителей макаронных изделий. В Московском государственном университете пищевых производств разработан способ производства макаронных изделий с обогатительной добавкой, включающей в себя кисломолочный продукт СГОЛ (молочная гидролизованная сыворотка, обогащенная лактатами) в количестве 20 % от массы муки и сухую пшеничную клейковину в количестве 5 % от массы муки. Применение обогатительной добавки позволяет повысить содержание белков в макаронных изделиях, витаминов Вь В2, РР, макроэлементов [75].
В Государственном научно-исследовательском институте хлебопекарной промышленности разработан способ производства макаронных изделий (Патент Российской Федерации № 2147202) предусматривающий внесение в макаронное тесто сухой молочной сыворотки, соли фосфорной кислоты, аскорбиновой кислоты, пищевого красителя, аминокислот (глицин, цистин). Изобретение позволяет облегчить формование и улучшить варочные свойства макаронных изделий, повысить содержание в готовом продукте лизина, треонина, глицина и цистина [102].
За рубежом широкое распространение получили добавки рыбного белкового концентрата. Смесь пшеничной муки и рыбного белкового концентрата имеет большую пищевую и биологическую ценность по сравнению с пшеничной мукой. Установлено, что при внесении в муку 10 % рыбного белкового концентрата содержание белков в этой смеси увеличивается более чем в 1,5 раза. Рыбный белок хорошо связывается в структуре макаронного теста, о чем свидетельствует низкий процент потерь белка и сухих веществ в варочной воде [128].
В Воронежской технологической академии также предложено для обогащения макаронных изделий использовать концентраты рыбных белков. Установлено, что рыбный белковый концентрат, полученный ферментативным способом, в отличие от полученного химическим способом, легко растворяется в воде и не дает рыбного запаха. Оптимальная дозировка рыбного белкового концентрата равна 3,5 % к массе муке [43]. В Астраханском государственном техническом университете разработан способ производства макаронных изделий с обогатительной добавкой (заявка на Патент Российской Федерации, № публикации 2007111007), включающей в себя рыбный гидролизат без отделения непроферментированного белкового остатка. Гидролизат получают из малоценного сырья с глубиной гидролиза 22 % - 25 % от общего азота сырья. Гидролиз осуществляют при дозе воды 30 % к массе фарша и температуре 55 С, при значении рН среды 6,5-6,6 на основе автопротеолиза или с добавлением протеолитических ферментных препаратов. Полученный гидролизат вносят в количестве 10 % - 12 % к массе муки. Изобретение позволяет получить макаронные изделия с повышенным содержанием всех незаменимых аминокислот. В последнее время активно разрабатываются иные способы повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий.
В Государственном научно-исследовательском институте хлебопекарной промышленности разработан способ производства макаронных изделий с обогатительной добавкой (Патент Российской Федерации № 2166863), включающей в себя порошок топинамбура и йодированную соль, взятые в соотношениях (9,9-98,5) : (1,5-90,9) массовых частей, при этом обогатительную добавку вносят в количестве 0,1 % - 20 % к массе муки. Применение добавки позволяет заменить часть пшеничной муки на ржаную, кукурузную, гречневую или овсяную. Изобретение позволяет получить макаронные изделия с повышенной биологической ценностью и обогащенные инулином, витаминами и йодом. Применение гречневой муки позволяет повысить содержание в продукте лизина, метионина, треонина и триптофана; овсяной муки - валина, лизина и триптофана [103].
Теоретическое обоснование механизма взаимодействия вносимого растительного белка с компонентами макаронного теста
Перед окончательной сушкой продукта функциональные свойства белковых концентратов и изолятов могут быть модифицированы следующим путем: доведением рН натриевой или кальциевой щелочью, применением физических воздействий, химической модификацией боковых групп белка, а также на основе гидролиза протеолитическими ферментами [35, 37].
Под физическими способами подразумевается нагрев или мягкая щелочная обработка, в результате которой происходят структурные изменения во вторичной и в третичной структуре белка без разрыва ковалентных связей [85, 160, 161].
Химические способы предполагают модификацию боковых групп белка путем ацилирования, фосфорилирования, диамидирования для улучшения функциональных характеристик. Более изучен способ модификации ацилированием с использованием ангидрида уксусной кислоты. Эти процессы пока проходят апробацию и реализованы в основном в научных исследованиях.
Между стадией экстракции белка и его сушкой перспективно проведение этапа ферментативной модификации.
В настоящее время различными российскими и зарубежными фирмами в промышленных масштабах производится большое количество протеолитических ферментов растительного, микробного и животного происхождения. Они различаются по субстратной специфичности, избирательности гидролиза пептидных связей в зависимости от вида аминокислот, образующих пептидную связь, а также оптимальным условиям, влияющим на скорость реакции (рН, температура, ингибиторы) [39].
Пенообразующие ферментативно модифицированные соевые белки -пример белков для специальных областей использования. Нехватка яичного альбумина стала причиной появления на рынке трех видов пенообразователей (аэрирующих агентов): соевых альбуминов, ферментативных гидролизатов, получаемых на основе сырого соевого изолята, и ферментативных гидролизатов, вырабатываемых непосредственно из соевой муки [35, 36, 39]. Одним из сырьевых резервов белков являются побочные продукты производства кукурузного крахмала. Белки зародышей зерна кукурузы по биологической ценности практически не уступают говядине и куриному яйцу. В кукурузном зародыше содержится до 20 % белка, в жмыхах - 25 % - 28 %, а в измельченном шроте, который является вторичным продуктом производства кукурузного масла, - около 25 % протеина [115]. Разработан способ получения кукурузной белковой пасты из жмыха зародышей кукурузы. Кукурузный белковый концентрат - вещество пастообразной консистенции светлосерого цвета, без запаха и вкуса, содержащее до 85 % влаги и до 10,5 % белка. Комплекс исследований физико-химических и биохимических свойств кукурузного белкового концентрата показал его высокую пищевую и биологическую ценность [37, 59, 70, 80]. В диссертации Медведева П.В. «Системный анализ свойств сырья и научные основы управления качеством хлеба путем использования белковых концентратов» на соискание ученой степени доктора технических наук показана целесообразность использования кукурузного белкового концентрата в количестве 7,5 % - 15 % как улучшителя хлебопекарных свойств пшеничной муки вследствие: - упрочнения гидрофобных, ионных и водородных взаимодействий и связей белковых веществ муки при внесении белкового концентрата; - снижении активности ферментов в присутствии кукурузного белкового концентрата ввиду связывания реакционноспособных групп ферментов функциональными группами вносимого белка. Показана возможность управления при помощи кукурузного белкового концентрата структурно-механическими свойствами полуфабрикатов хлебопекарного производства. Установлено продление сроков хранения хлеба с кукурузным белковым концентратом на 6-8 часов, повышение его пищевой и биологической ценности [80]. При переработке гороха можно получить высококачественный крахмал и растительный белок. Как сырье для производства этих продуктов он может представлять интерес в районах, непригодных для выращивания сои и кукурузы. В зависимости от сорта и условий выращивания семена гороха содержат 21 % - 34 % белка, то есть в 2-3 раза больше, чем в зерновых злаках [3, 24]. Из гороховой муки получают белковый концентрат - пастообразное вещество светло-желтого цвета с бобовым запахом, содержанием белка 30 % - 32 % влажностью около 63 % и рН 4,2. Гороховый концентрат может храниться при 4 С в течение 4 суток [8, 135]. Препараты из гороха с содержанием белка не менее 85 % (изоляты) отличаются лучшей растворимостью в воде, чем белки концентратов и изолятов сои. Водопоглотительная способность протеина гороха ниже, чем пшеничной клейковины, а способность связывать жир лучше, чем у соевого белка и такая же, как у клейковины пшеницы. Протеины гороха обладают лучшей эмульгирующей способностью по сравнению с соевыми и в них содержится больше незаменимых аминокислот. Пенообразующие свойства их снижаются при нагревании до 70 С. Установлена возможность получения белковых фракций гороха различных по молекулярной массе, числу SH- и -S=S- групп, с различными технологическими характеристиками для использования в пищевой промышленности [65]. Из муки семян гороха путем гидролиза белков можно получить модифицированный белковый продукт, показатели качества которого аналогичны показателям гидратированного соевого белкового изолята [24].
Расширение сырьевой базы и промышленной переработки гороха на белковые концентраты и изоляты - важное направление в использовании растительного сырья в качестве резерва белковых продуктов. Белки растительного происхождения имеют много областей применения, потому что обладают необходимыми функциональными свойствами в комбинированных продуктах и имеют меньшую стоимость по сравнению с такими альтернативными добавками животного происхождения, как сухое молоко, казеин, белки яиц или желатин [12, 81, 84].
Определение целесообразности использования изолятов белков гороха, кукурузы и сои для повышения пищевой и биологической ценности макаронных изделий
Белковые вещества пшеничной муки (их содержание, состав, состояние и свойства) в значительной степени определяют не только пищевую ценность макаронных изделий, но и технологические свойства пшеничной муки, теста и качество готовой макаронной продукции. Содержание белковых веществ в пшеничной муке колеблется в широких пределах - от 7 % до 26 % (св.) [6]. В их состав входят в основном белки - протеины и соединения белков с другими веществами — протеиды, к которым относятся, например, нуклеопротеиды, липопротеиды и гликопротеиды. Г.Осборн, опубликовавший в 1907 году свое исследование белков пшеницы [88], сделал вывод о том, что протеины пшеничной муки делятся на четыре группы по способности растворяться в различных растворителях: альбумин, глобулин, глиадин и глютенин [60]. Среднее содержание белковых фракций в крупке твердой пшеницы и в хлебопекарной муке (из мягкой пшеницы) [76, 155] приведено в таблице 1.4.
Существенную роль в технологическом процессе производства макаронных изделий играют водонерастворимые белки - глиадин и глютенин, которые при замесе теста формируют своеобразный комплекс белковых веществ, называемый клейковиной [6, 10, 55, 57, 76, 88, 155]. Основу структуры клейковины образует глютенин, с которым плотно ассоциированы молекулы глиадина и других белков, а также некоторые небелковые компоненты. Формирование клейковины можно представить как процесс агрегации молекул глютенина и глиадина и включения в этот комплекс растворимых белков, нуклеопротеидов, липидов и углеводов [10, 57].
В эндосперме пшеничного зерна и полученной из него муке клейковина находится в виде мелкогидратированных, то есть практически сухих, частиц, расположенных между крахмальными зернами и непосредственно на их поверхности [10]. При замесе теста клейковинные белки, обладающие высокой гидрофильностью, способны набухать в воде и образовывать непрерывную/ фазу гидратированного белка, которая наподобие сетки охватывают все крахмальные зерна [10, 88]. Образование клейковины происходит полностью при замесе хлебного теста, однако не является полным при приготовлении макаронного теста вследствие недостаточного количества добавляемой воды: макаронное тесто является самым сухим и крутым, т.к. его влажность находится в пределах 28 % - 34 %. В макаронном тесте водопоглотительная способность клейковины используется примерно наполовину [76, 88]. Причем, клейковина муки мягкой пшеницы набухает быстро, но поглощает меньше воды, а клейковина муки из твердой пшеницы, наоборот, набухает медленно, но поглощает больше воды [9, 88].
От структурно-механических свойств клейковины зависит реологическое поведение макаронного теста. Клейковина пшеничной муки характеризуется трехмерной механической моделью, обладающей определенными упругими, вязкими, когезионными и пластичными свойствами, которые в значительной степени определяются свойствами основных клейковинных белков - глиадина и глютенина. Выделенный из муки гидратированный глютенин представляет собой резинообразную массу, по свойствам близок к клейковине, но менее растягивается и плотнее ее, а глиадин — жидкий, сиропообразный, сильнорастяжимый, вязкотекучий, липкий и неупругий белок [6, 10, 19, 44, 55, 57, 76, 88, 155, 171]. Отсюда характерные для пшеничного теста упругость и эластичность обусловливаются наличием и свойствами глютениновой фракции клейковины. Текучесть и связанность теста определяет глиадиновая фракция. Для макаронного производства наиболее ценной фракцией является глиадин [76]. Однако роль глютенина также достаточно важна: он придает необходимую упругость и эластичность сырым макаронным изделиям, именно с ним около 80 % липидов муки формируют связанные и прочносвязанные комплексы, предохраняющие каротиноидные пигменты от окисления [76].
С химической точки зрения значительную роль в формировании клейковины играют окислительно-востановительные реакции. Перемешивание пшеничной муки и воды в атмосфере воздуха вызывает окисление сульфгидрильных групп -SH кислородом с образованием дисульфидных связей -S-S-, нарастание которых приводит к упрочнению клейковины. Однако, по мнению Г.М. Медведева [76], дисульфидные группы не выполняют значительных функций в макаронном тесте и выпрессовываемых сырых изделиях, поскольку не влияют на связующие свойства клейковины. Это подтверждается тем, что макаронные изделия, вырабатываемые на современных макаронных прессах, где замес теста ведется под вакуумом, что предотвращает окисление сульфгидрильных групп и образование дисульфидных связей, не уступают по своим физическим свойствам традиционной макаронной продукции [76]. Кроме того, в процессе прессования макаронного теста на шнековых прессах происходит довольно глубокое изменение физических свойств клейковины: она теряет эластичность, упругость, становится короткорвущейся, губчатой [78] вследствие механической деструкции, то есть процесса интенсивного трения теста о лопасти шнека, постоянного смещения и внутреннего трения его слоев друг о друга, приводящее к разрыву белковых молекул. На данном этапе производства макаронных изделий происходит снижение содержания глютениновой фракции, определяющей упруго-эластичные свойства клейковины и теста, до 50 %, в то время как снижение содержания глиадиновой фракции составляет в среднем только 20 %. Таким образом, в дальнейшем процессе формирования макаронного теста огромную роль играют клеящие, связующие свойства клейковины.
Уникальность клейковины состоит в том, что сформированный при прессовании теста клейковинный каркас, который удерживает массу крахмальных зерен в выпрессовываемых сырых изделиях и упрочняется при сушке изделий, при опускании в кипящую воду, то есть при варке, не только не разжижается, а напротив — фиксируется и упрочняется в результате денатурации белков клейковины. Степень целостности и прочности белковой решетки в процессе варки имеет первостепенное значение для качества сваренных макаронных изделий [76, 88, 155, 171, 177]. В данном вопросе существенное значение имеет не только качество клейковины, но и ее количество в пшеничной муке. С точки зрения пластических и прочностных свойств сырых макаронных изделий оптимальным является содержание сырой клейковины не менее 28 % [4, 78].
Влияние изолятов растительных белков и макаронных улучшителей на качество готовых макаронных изделий
При внесении в тесто изолята белка сои в количестве 5 % и 10 % от массы муки содержание сырой клейковины увеличивается соответственно на 4,4 % и 8,5 %, содержание сухой клейковины увеличивается на 11,1 % и 21,2 %; при увеличении дозировки до 15 % и 20 % содержание сырой клейковины снижается соответственно на 10,5 % и 39,0 % по сравнению с контролем. При этом установлено увеличение упругих свойств клейковины (показатель прибора ИДК) при внесении 5 %, 10 %, 15 % и 20 % изолята белка сои соответственно на 9,4 %; 15,6 %; 50,0 % и 53,1 %. Установлено повышение когезионнои прочности клейковины на 1,9 %; 13,3 %; 24,8 %; 25,7 % и снижение ее гидратационной способности на 9,1 %; 15,8 %; 19,8 %; 20,6 % по сравнению с контролем соответственно при внесении изолята белка сои в количестве 5 %, 10 %, 15 % и 20 % от массы муки.
Увеличение содержания сырой и сухой клейковины при внесении изолятов растительных белков в количестве 5-10 % от массы муки можно объяснить взаимодействием белков пшеничной муки и вносимых растительных белков. Следует отметить, что за счет большей концентрации серосодержащих аминокислот взаимодействие изолятов белков гороха и сои с клейковинными белками муки происходит в большей степени по сравнению с изолятом белка кукурузы. По мнению К.Н. Чижовой, применительно к процессу тестоприготовления можно ожидать, что создание оптимальной пространственной сетки из белка клейковины зависит от равномерного распределения массы с разным размером молекул [157]. Средне- и низкомолекулярные белки соле- и водорастворимых фракций, вносимые с изолятами растительных белков, вполне могут выполнять функции промежуточного строительного материала для образования прочного клейковинного каркаса. Этим можно объяснить повышение упругих свойств клейковины и ее когезионнои прочности при внесении изолятов растительных белков.
Уменьшение содержания клейковины при увеличении дозировки изолятов растительных белков до 15 % и 20 % от массы муки можно объяснить тем, что изоляты белков гороха, кукурузы и сои обладают большей водопоглотительной способностью по сравнению с пшеничной мукой, и при замесе теста, влажность которого по методике составляет 45 %, на набухание белков клейковины не хватает влаги, а недостаточно гидратированные белки слабее взаимодействуют друг с другом. Данный вывод согласуется с экспериментами К.Н. Чижовой, доказавшей, что молекулы белка, находящиеся в наиболее развернутом состоянии, более склонны к агрегации [157]. Также А.Б. Вакар показал, что прибавление сахарозы к муке в больших количествах препятствует образованию теста и снижает выход клейковины [10, 157]. Бекстер и Хестер показали, что причина этого заключается в конкуренции между сахарозой и белками клейковины в отношении прибавленной к муке воды, что затрудняет набухание клейковины и снижает ее выход [10]. Очевидно, изоляты растительных белков, аналогично сахарозе, вступают в конкуренцию с клейковинными белками за вносимую воду и снижают выход клейковины.
Для подтверждения предположения о конкуренции изолятов растительных белков с клейковинными белками за вносимую на замес воду определили время образования теста с изолятами белков гороха, кукурузы и сои. Эксперимент проводили в Московском государственном университете пищевых производств на фаринографе Brabender. Использовали месилку на 50 г муки. Температура воды в термостате составляла 28±0,1 С. Изоляты растительных белков в количестве 10 % смешивали с мукой (образец № 1) перед замесом теста. Контролем служило тесто без добавок. Требуемая консистенция теста составляла 500 единиц фариногафа. Результаты исследований представлены в таблице 2.13.
Анализ экспериментальных данных показал, что при добавлении к пшеничной муке 10 % изолятов белков гороха, кукурузы и сои время образования теста увеличивается соответственно на 118 %, 114 % и 145 %. Добавление к пшеничной муке изолятов растительных белков приводит к увеличению времени набухания белков клейковины и образования теста в среднем на 125 %, очевидно, между клейковинными белками и изолятами растительных белков наблюдается конкуренция за вносимую на замес воду.
Следует отметить, что при изменении условий отмывания клейковины -увеличение количества воды на замес теста согласно водопоглотительной способности смеси муки и изолятов белков - положительной динамики влияния 15 % - 20 % изолятов растительных белков на количество и качество клейковины пшеничной муки также не наблюдается.
Еще более полно описать влияние изолятов растительных белков на качество клейковины помогает исследование количества белков, перешедших из клейковины в полярный растворитель (чем выше концентрация белков в полярном растворителе, тем слабее белки клейковины взаимодействуют друг с другом). В работах Вакара А.Б., Дроздова З.Б., Кретовича В.Л., Соседова Н.И. [57, 157] для диспергирования клейковины использовались растворы щелочей, органических и неорганических кислот, концентрированные растворы мочевины, растворы солицилата и бензоната натрия. В работах Корячкиной С.Я., Медведева П.В. [59, 80] в качестве растворителей для клейковины использовались 0,1 Н раствор уксусной кислоты, 0,5 % раствор додецилсульфата натрия, 6 М раствор мочевины.
