Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Семена амаранта как источник ценного пищевого сырья 9
1.2. Химический состав семян амаранта 12
1.3. Технологии переработки семян амаранта и использование в питании 24
1.4. Постановка задачи исследований 29
2. Организация эксперимента. материалы и методы исследований
2.1. Организация эксперимента ; 33
2.2. Объекты исследований 33
2.3. Методы исследований и методика постановки экспериментов 37
2.4. Разработка метода определения содержания глобулинов в семенах амаранта 41
2.5. Обработка результатов экспериментов 48
3. Исследование семян видового разнообразия амаранта
3.1. Характеристика белков семян амаранта 49
3.2. Характеристика липидов семян амаранта 54
3.3. Характеристика углеводов семян амаранта 59
3.4. Антоцианы семян амаранта 63
3.5. Минеральный состав и витамины семян амаранта 64
3.6. хМедико-биологические исследования семян амаранта
3.6.1. Химические исследования 65
3.6.2. Биологические исследования 65
3.6.3. Морфологические исследования 67
3.7. Разработка технических условий на семена амаранта 67
4. Исследование и разработка технологий получения муки и фракций, обогащенных липидами, белками и крахмалом, из семян амаранта
4.1. Влияние режимов подготовки семян амаранта к помолу на степень измельчения 69
4.2. Сепарирование амарантовой смеси 78
4.3. Разработка технологии получения муки
4.3.1. Схема технологического процесса производства амарантовой муки 90
4.3.2. Приемка сырья 90
4.3.3. Подготовка сырья 90
4.3.4. Гидротермическая обработка зерна 91
4.3.5. Измельчение
4.3.5.1. Цельносмолотая мука 93
4.3.5.2. Сортовая мука 94
4.4. Разработка нормативно-технической документации на продукты переработки семян амаранта
4.4.1. Разработка технологической инструкции на производство муки амарантовой пищевой 101
4.4.2. Разработка технических условий на муку амарантовую пищевую 106
5. Исследование процессов экструзии семян и и продуктов переработки семян амаранта
5.1. Экструдирование семян амаранта 107
5.2. Экструдирование композиций П0
5.3. Экструдирование муки амарантовой обезжиренной 110
5.4.0рганолептические, физико-химические и функциональные
характеристики экструдированных продуктов 111
6. Исследование процессов ферментативного гидролиза семян амаранта 116
7. Исследование возможности использования продуктов переработки семян амаранта в продуктах питания
7.1. Влияние амарантовой муки на качество пшеничного хлеба 122
7.2.Исследование возможности использования амаранта в производстве кондитерских изделий 128
7.2.1 Использование амаранта в производстве диетических кондитерских изделий 128
7.2.2.Разработка рецептур диетических кондитерских изделий 130
7.3.Антиоксидантные свойства амарантовой муки 131
7.4.Возможности использования амаранта в производстве пива 132
7.5.Исследование возможности использования амаранта в производстве кисломолочных продуктов 136
7.5.1 .Разработка рецептур и нормативно-технической документации 143
7.6. Исследование возможности использования экструдированных продуктов, полученных из семян амаранта 145
7.7.Использование гидролизатов из семян амаранта в производстве напитков 146
7.8.Использование продуктов переработки семян амаранта в качестве сырья для получения белка, масла, крахмала 147
7.9.Исследование токсичности, безопасности и биологической ценности продуктов переработки амаранта 149
Выводы и рекомендации 153
Список литературы
- Химический состав семян амаранта
- Методы исследований и методика постановки экспериментов
- Характеристика липидов семян амаранта
- Схема технологического процесса производства амарантовой муки
Химический состав семян амаранта
Эта терминология появилась в связи с тем, что, когда зерно разделяют и рассматривают под микроскопом, гранулы, которые содержат в основном амилопектин выглядят как непрозрачные (темные) или восковые, а гранулы с содержанием амилозы более 1% выглядят как более светлые или полупрозрачные.
До 1975 года считалось, что гранулы амарантового крахмала являются амилопектиновым типом.
Дальнейшие исследования позволили выделить оба типа гранул из различных генотипов и видов амаранта. Содержание амилозы 22%, 14% и 0% было зафиксировано в двух линиях генетического типа A.hypochondriacus и 5-7% для трех образцов A.caudarus /159/. Среднее содержание амилозы в крахмале A.retoflecsus составляет 4,9%, а содержание амилозы в крахмале, полученном из A.hypochondriacus, составляет 7,2% /106/.
Соотношение содержания амилозы и амилопектина является главной различительной составляющей гранул амарантового крахмала между различными разновидностями и в пределах генетических наследственных признаков тех же самых разновидностей. Однако некоторые авторы полагают, что причина широкого диапазона содержания амилозы в крахмале амаранта связана как с условиями выращивания и действием окружающей среды, так и с неизвестными внутренними факторами. /106/.
Таким образом, крахмал амаранта состоит из амилозы и амилопектина. Содержание амилозы в крахмале амаранта значительно меньше, чем в других зерновых крахмалах (от 0 до 22%), зависит от видовой принадлежности и условий выращивания.
Амилоза представляет собой линейную макроструктуру, которая состоит из глюкозных остатков, связанных посредством а (1—»4) связей со степенью полимеризации в несколько сотен остатков глюкозы (от 500 до 2000).
Многие свойства амилозосодержащих крахмалов молено объяснить способностью амилозы принимать различные молекулярные формы. Например, в нейтральных водных растворах нормальная форма макромолекулы амилозы представляет собой случайную спираль. Амилоза оказывает сильное влияние на желатинизацию и гидролиз крахмала.
Амилоза может формировать комплексы с липидами на поверхности гранул. Этот комплекс обычно препятствует гидролизу крахмала посредством ферментов а- и р-амилазы.
Амилопектин представляет собой полимер с разветвленной структурой. Он состоит из многочисленных цепочек амилозы, связанных через а (1 - 6) связи в точках ветвления. Амилопектин разрушается при воздействии р - амилазы в ot (1- 4) связях. Молекулярный вес амилопектина лежит в диапазоне от 50 до 500x106. Большой размер этой молекулы представляет определенные трудности для определения молекулярного веса, который опреде 19 лялся с использованием современных методов исследования (свето рассеивающие методы и ультрацентрифугирование).
Наиболее характерной качественной реакцией на крахмал, содержащий амилозу, является его взаимодействие с раствором йода, дающее сине-голубое окрашивание.
Амилоза, взаимодействуя с йодом, образует спиралеобразный комплекс из шести молекул глюкозы, в котором молекула йода сосредоточена в центральной части спиралеобразного полисахарида. Этот комплекс и дает сине-голубой цвет с максимумом поглощения волн между 620-680 нанометров.
Крахмал, содержащий амилопектин (амарантовый крахмал), должен характеризоваться фиолетовым оттенком раствора. Однако растворы амарантового крахмала в ряде случаев не производят при взаимодействии с йодом адекватного цвета, который соответствовал бы амилопектину. Этот факт может быть объяснен особенностями структуры амарантового крахмала.
Кроме главных составных частей - амилозы и амилопектина, в крахмале может присутствовать небольшое количество примесей (неуглеводных составляющих): белка, жира, зольных веществ, которые, несмотря на незначительные количества могут влиять на функциональные свойства крахмала (табл.1.7) /106,159/.
Факторами, определяющими область применения крахмала, являются его функциональные характеристики, такие как набухаемость, растворимость, водоудерживающая способность, температура желатинизации, а также содержание амилозы. Эти характеристики являются важными при производстве пищевых продуктов, косметических изделий и других областей промышленного производства. Установлено, что крахмал амаранта обладает средней способностью к набуханию, высокой растворимостью в воде. Высокая его растворимость в диметилсульфоксидазе (72,5%) указывает на легкое проникновение растворителя в матрицу, что связано с лабильностью и гете 20 рогенностью связей в зернах крахмала. Наибольшая растворимость крахмала проявляется при температурах от 55С до 95С.
Исследования с помощью вискоамилографа Брабендера показали, что 10% -ные суспензии крахмала обладают низкой вязкостью (448 ед. прибора) и очень слабой тенденцией к ретрографии при охлаждении /165/. Крахмал амаранта подобно восковидному крахмалу риса остается относительно стабильным после второго замораживания и оттаивания.
Сравнительные характеристики амарантового и других видов зерновых крахмалов приведены в табл. 1.8 и табл. 1.9.
Амарантовый крахмал классифицирован как восковой тип крахмала. Высокое содержание амилопектина и чрезвычайно маленькие размеры крахмальных гранул придают ему такие полезные и уникальные свойства как высокая температура желатинизации (62-76С), высокая амилографическая вязкость, повышенная водоудерживающая способность, устойчивость гелей при замораживании-размораживании /151,139/.
Методы исследований и методика постановки экспериментов
Содержание белка в пищевом продукте обычно подсчитывается путем умножения содержания азота, определяемого по методу Кьельдаля, на множитель 6,25, рассчитанный из предположения, что в белке содержится 16% азота, и, что весь азот сосредоточен в белке. В ряде работ используется фактор 5,85, основанный на предположении содержания «истинного белка» в A.cruentus L. /112/. Другие авторы определили этот фактор для A.hypochondriacus L. (6,0), A.cruentus L. (6,02), A.mantegazzianus Pass., (5,92) /14/. Часто в публикуемых работах фактор конверсии белка, а также информация по отношению к какому базису (воздушно сухому или абсолютно сухому) рассчитано содержание белка не сообщаются. Отсутствие этой информации приводит к значительным разночтениям результатов и может привести к существенным ошибкам. Таблица 3.1
Общее содержание белка в исследованных образцах амаранта составляет от 13.8 до 19.85% (N х 6,25) на а.с.в. Анализируя результаты наших исследований, можно сказать, что содержание белка в образцах может зависеть от многих факторов: видовой принадлежности, условий произрастания, степени зрелости семян.
В шести образцах амаранта ( у видов A.hypochondriacus L., A.caudatus L„ A.hybndus L. и у образца A.sp.) была произведена оценка состава и качества белка, соотношение фракций водосолеизвлекаемых, спирто- и щелоче-растворимых белков.
Кроме того, в этих же образцах был изучен состав запасных глобулинов и их полипептидов методом электрофореза в диссоциирующей системе полиакриламидного геля /137/.
Фракционный состав белков (табл.3.2) характеризуется высоким содержанием водорастворимых белков (42.5 - 51.6%) от общей суммы белков /93/ и практически полным отсутствием спирторастворимых белков типа глиадинов. Щелочерастворимая фракция составляет от 19.9 до 23.3% в исследованных образцах, и достаточно высок процент трудноизвлекаемых белков (остаточная фракция)- 25.5-33.5%. Следует отметить, что добавление к солевому или буферному экстрагенту додецилсульфата натрия (SDS), детергента, разрушающего водородные связи, позволяет практически полностью извлечь белки.
При последовательной экстракции белков из семян амаранта наибольшее их количество оказывается в водоизвлекаемой фракции и является типичными глобулинами. Глобулиновые полипептиды обнаружены также в щелочной и остаточной фракциях белка. Однако солевым раствором одновременно с глобулинами извлекается большое число белков другой природы. Для очистки глобулинов был применен метод, основанный на свойствах запасных глобулинов, осаждаться при пониженных положительных температурах. При этом, как видно на рис. 3.1 и 3.2, происходит эффективная очистка от большого числа полипептидов неглобулиновой природы (из более, чем 30 полипептидов только около 10 принадлежит глобулинам).
Анализ результатов градиентного электрофореза позволяет заключить, что в семенах амаранта представлено два типа запасных глобулинов 7S и 1 IS /16,45,112/.
Обнаружены видовые и сортовые различия субъединичного и полипептидного состава этих глобулинов, го позволит подойти к разработке методов идентификации и регистрации сортов амаранта по белкам семян.
Присутствие обоих типов глобулинов в семенах амаранта позволяет предположить наличие у белков этой культуры хорошей желирующей способности и довольно высокой питательной ценности.
Характеристика липидов семян амаранта
Для оценки пищевой ценности и безопасности в Институт питания РАМН были представлены следующие образцы продуктов: семена амаранта сорта «Шунтук» сырые (образец 1) и мука цельносмолотая из семян амаранта сорта «Шунтук» после автоклавирования при 1,5 атм в течение 15 мин (образец 2). Перед исследованиями образец 1 был размолот до мукообразного состояния на лабораторной мельнице. 3.6.1.Химические исследования Металлы, мг/1000г:-ртуть-свинец-мышьяк-кадмий-цинк-медь 0,012 0,180 0,100 0,040 20,00 8,020 0,007 (пдк 0,03) 0,290 (пдк 0,50) 0,100 (пдк 0,20) 0,030 (пдк 0,10) 18,80 (пдк 50,0) 7,330 (пдк 10,0)
Пестициды (хлорорганиче-ские. мг/кг: Микотоксины: -афлатоксин Bь мкг/кг -зеараленон, мг/кг -дезоксиниваленол,мг/кг Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено Не обнаружено
Две группы крыс-самцов Вистар получали изокалорийные рационы, единственным источником белка в которых были исследуемая мука из цель-носмолотых семян амаранта (группа 1) или мука из тех же семян после авто-клавирования (группа 2).
Исследования проведены в течение 4-х недель, на протяжении которых животные получали корм и воду без ограничений. За период эксперимента учитывали потребление корма, изменение массы тела крыс, а в последние три дня количество выделенного кала для расчета показателей биологической ценности: коэффициентов PER (коэффициента эффективности белка), NPR (коэффициента чистой эффективности белка) и величины истинной усвояемости белка (TD). Расчетное содержание белка в рационах составляло 9% по калорийности. Кроме указанных, в эксперимент была введена третья группа животных, получавших казеин в том же количестве по белку, в качестве контроля.
Полученные результаты, представленные в таблице 3.13, показывают, что автоклавирование семян амаранта приводит к увеличению прироста жи-отных на 65% по сравнению с тем же показателем в группе, получавшей сырую муку (диета 1). При этом наблюдается значительное увеличение поедае-мости корма (на 29% р 0,01), потребление белка (на 34% р 0,001) и рост показателей биологической ценности по обоим коэффициентам (на 43% и 25% соответственно по PER и NPR р 0,01). Величины усвояемости достоверно
Проведенные исследования подтвердили имеющееся мнение о том, что в семенах амаранта существует антиалиментарный фактор, провоцирующий низкую поедаемость корма и влияющий таким образом на показатели, особенно ростовые, биологической ценности, но разрушающийся при влажной тепловой обработке. 3.6.3.Морфологгческие исследования
По истечении срока эксперимента все животные были декапетированы и вскрыты. На секции у животных, получавших сырую или обработанную муку, не было заметно изменений внутренних органов, в то время как в контрольной группе изредка отмечались изменения печени, которая была желтоватого цвета.
На гистологические исследования были взяты кусочки печени, почек, семенников, селезенки, тощей и толстой кишки, сердца, легких, аорты (грудной отдел) и вилочковой железы.
Микроскопические исследования выявили некоторые изменения в печени животных, получавших казеин, в виде умеренно выраженной жировой инфильтрации паренхимы перипортального типа.
У животных, получавших сырую или автоклавированую муку амаранта, изменений внутренних органов не выявлено.
Таким образом, проведенные исследования показали отсутствие каких-либо патологических нарушений в органах и тканях экспериментальных групп животных в отличие от контрольной группы, изменения печени в которой, видимо, связаны с качеством казеина.
На основании вышеизложенного, молено сделать вывод, что разработка технологий комплексной переработки семян амаранта на пищевые цели открывает перспективы в создании новых прогрессивных технологий, обеспечивающих качество и повышение биологической ценности пищевых продуктов,
Цель работы - определение уровня требований к семенам амаранта, предназначенным для производства пищевых продуктов, создание норматив 68 ной базы для механизма взаимодействия сельскохозяйственных производителей семян амаранта с перерабатывающими предприятиями.
При разработке ТУ учтены требования, предъявляемые к качеству сырья для производства пищевых продуктов с точки зрения безопасности и здоровья людей. Нормы медико-биологических показателей семян амаранта, приняты в соответствии с действующими требованиями и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов.
Нормы показателей качества, обеспечивающие потребительские свойства, обоснованы данными, полученными при исследовании представительных образцов семян амаранта различных сортов и биологических видов из разных регионов России (табл.3.1), стран ближнего и дальнего зарубежья, выращенных в различных почвенно-климатических условиях, а также на основании литературных данных.
Разработанные технические условия согласованы Департаментом пищевой и перерабатывающей промышленности Минсельхозпрода России и Министерством здравоохранения России (Гигиенический сертификат № I П-П/711 от 21.06.95).
Область применения ТУ 9719-186-00334534-95 «Семена амаранта. Промышленное сырье»: производство пищевых продуктов для массового и профилактического питания.
Таким образом, впервые в России разработан документ, регламентирующий уровень требований к семенам амаранта, предназначенным для переработки на пищевые цели.
Внедрение ТУ 9719-186-00334534-95 способствует улучшению качества семян амаранта, а также качества и безопасности получаемых из них продуктов питания. Указанные технические условия применяются при приемке, хранении, переработке семян амаранта на предприятиях.
Схема технологического процесса производства амарантовой муки
В зависимости от схемы помола зерна амаранта можно получить два вида цельносмолотой муки: \).Целъносмолотая без отбора отрубей. Выход муки равен 95% и выход отрубей 2%, т.е. при выработке муки без отбора отрубей семена подвергают измельчению вместе с оболочками и лишь небольшую часть отбирают в виде отрубей.
Помол производят на II-IV драных системах. Сита для отделения муки подбирают по системам в пределах номеров 080(24) - 067(27) и на контрольных рассевах на один-два номера реже, чем на системах.
По схеме выработки муки цельносмолотой без отбора отрубей предусмотрено четыре драные системы. Распределение продуктов с систем производят в такой последовательности: продукты, полученные сходом с сит, начиная с 1 драной системы, последовательно передают с одной системы на другую и с последней - в отруби. Муку со всех систем направляют на контрольный рассев.
Режимы измельчения по отдельным системам подбираются с учетом максимального измельчения оболочек и других составных частей зерна. Извлечение (проход через сито № 067(27) на 1 драной системе составляет 45%, на П и Ш - 60% по отношению к весу продукта, поступающего на систему.
Таким образом, при выработке муки без отбора отрубей режимы измельчения устанавливают на извлечение основной массы муки с первых двух систем. При недостаточном извлечении муки с этих систем большая часть сходов передается на последующие системы (рис 4.12).
Щелъносмолотая с отбором отрубей.. Выход муки составляет 87%, а отрубей 9%, она более дисперсная и менее зольная,чем мука выработанная без отбора отрубей. Схема помола муки включает драный процесс, состоящий из 4-5 систем, из них две первые служат для отбора муки и промежуточных продуктов, которыми загружают размольные системы; последующие системы вымольные. Размольный процесс сокращенный (одна-две системы), т.к. основная масса муки отбирается с драных систем (70-75%) и значительно меньшая с размольных (15-20%). Сита для отделения муки по системам - № 160(42) -210(56). На первых двух драных системах применяют сита более густые (в пределах указанных номеров) для получения с этих систем не только муки, но и сходом с них необходимого количества промежуточных продуктов для загрузки 1 размольной системы, а на последующих системах сита с более редкими номерами для отбора с них возможно большего количества муки.
Режимы измельчения на драных системах устанавливают с расчетом получения возможно большего количества муки с каждой системы и небольшого количества промежуточных продуктов (20%) с первых двух драных систем. Режим на 1 размольной системе подбирается с учетом максимального извлечения муки (40-50%), а на 2 размольной системе - 60-80% и получению небольшого количества (2-3%) сходовых продуктов с последней системы (рис.4.13).
Технологическая схема 87% -го 3-х сортного помола семян амаранта включает в себя 4 драные и 6 размольных систем. Семена амаранта подаются на вальцовые станки. После вальцовых станков продукт просеивается в рассевах ЗРШ6-4М. На драных системах используется схема 2. Первый сход идет на следующую драную систему, мука отбирается первым, вторым и третьим проходами, крупка 2 схода направляется на 1 размольную систему. Первый сход с IV драной системы направляют в отруби. На размольных системах рассева собраны по схеме 3, при которой мука отбирается тремя проходами, а сход идет на следующую систему. Мука получается трех сортов: первая мука отбирается первым и вторым проходами с I, II, III драных, 1,2 размольных систем, вторая мука - 3 проходом с I, II, III, IV драных, 1,2,3,4 размольных, третья - последним проходом с IV драной, 3,4,5,6 размольных систем.
Для контроля муки используют 6 секций: для 1 муки - 1 секцию, 2 муки - 3 секции, 3 муки - 2 секции. Первая мука отбирается проходом через сита№№35-38-43к, вторая - №№ 27-35-38к, третья-№№ 21-23-27к.
Сход с контроля 1 муки идет на контроль второй, со 2-й муки - на третьей, с 3-й - на 5 размольную систему. Технологическая схема 3-х сортного 87% помола семян амаранта приведена на рис. 4.14. Количественный баланс 3-х сортового 87% помола семян амаранта (табл.4.11) в процентном соотношении составляет: -мука I сорта - 10% -мука II сорта - 47% -мука III сорта - 30% -отруби - 9%. Семена амаранта в целом имеет уникальный химический состав.
Все компоненты зерна амаранта представляют пищевую ценность, которая определяется не только калорийностью и усвояемостью продуктов питания, но и содержанием в них дополнительных факторов питания: витаминов, минеральных веществ, незаменимых аминокислот, пищевых волокон. Поэтому целесообразнее и экономичнее использовать при производстве пищевых продуктов все компоненты зерна амаранта в виде цельносмолотой муки.
