Использование микроскопии как перспективного метода для изучения микроструктуры пшеничного теста

Визуальные данные, полученные при помощи электронной сканирующей микроскопии имеют значительное преимущество по сравнению с другими аналитическими методами, так как они обеспечивают наличие четкого фиксированного изображения вместо численных значений приборов. С этой точки зрения каждый фрагмент цифрового изображения может рассматриваться как комплексная информация, которая доступна для последующего изучения и анализа.

Полученные результаты микрофотографирования чаще всего бывают чёрно-белыми, но наиболее перспективным методом является получение цветных результатов. При этом они могут иметь специфические характеристики, такие как оттенок, насыщенность, глу- бину цвета и многие другие параметры, которые могут быть преобразованы в численные значения с помощью компьютерного анализа изображений и иметь большую практическую значимость [11, 12, 19]. При этом можно использовать возможности по улучшению изображения, настраивать резкость, а в дальнейшем получать картинку 3D и распечатывать ее на соответствующем принтере для более удобной работы с экспериментальным материалом.

В настоящее время очень мало исследователей занимается использованием передовых методов электронной сканирующей микроскопии для изучения микроструктуры теста.

Авторами [2, 5, 8, 10, 11, 19], а также нашими исследованиями отмечается сущест- венный недостаток электронной сканирующей микроскопии, так как полученные результаты не всегда можно грамотно описать из-за отсутствия возможности улучшить изображение и выявить наличие отдельных компонентов системы.

Так, например, полученные нами экспериментальные данные, представленные на рис. 1, можно охарактеризовать следующим образом.

Для структуры образца характерно наличие большого количества частиц овальной формы, которые по своим характеристикам соответствуют зернам крахмала. Поверхность зерен гладкая, без трещин, бороздок и пор.

В микроструктуре образца можно отметить наличие одинакового количества как крупных, так и мелких зерен крахмала. Крахмал находится в виде зерен круглой или эллиптической формы. Отдельные зерна немного деформированы. Белковая матрица образца развита, и иногда несколько зерен среднего и мелкого крахмала покрыты сплошным слоем белка. Структура достаточно рыхлая, так как имеется большое количество воздушных полостей. В отдельных случаях можно рассмотреть структуру прерывистой белковой матрицы, которая имеет форму отростков, соединяющих между собой зерна крахмала.

Основываясь на результатах собственных исследований Карл Хосни [11] описывает полученные результаты микроскопии теста следующим образом. В замешенном хлебопекарном тесте нерастворимые, но сильно гидратированные белки клейковины составляют непрерывную фазу системы, а крахмал и пузыри воздуха – дискретные фазы. В этой водной системе даже диспергированные клетки дрожжей, которые сбраживают сахар и вырабатывают помимо прочих продуктов брожения углекислый газ, плотно заключены в белковую фракцию. Последний образуется в водной фазе и насыщает воду, но и после насыщения воды углекислым газом он продолжает вырабатываться.

При этом новые пузыри и пустоты образоваться не могут, поэтому образующийся газ направляется в уже имеющиеся пузырьки воздуха, проникая в них, он увеличивает давление. Поскольку тесто обладает вязкотекучими свойствами, образовавшийся пузырь может расширяться до тех пор, пока давление внутри и снаружи не уравновесится.

Рис. 1. Микроструктура пшеничного теста

Российскими исследователями [1, 6, 7, 9] принято считать, что углекислый газ удерживается белками клейковины, которые образуют пленку или мембрану. Тогда как американские авторы [11] подвергают эту теорию сомнениям и выдвигают гипотезу, что для удерживания углекислого газа в объеме теста никакой оболочки не требуется, поскольку он окружен водной фазой, насыщенной углекислым газом. Насыщение сохраняется благодаря дрожжам, которые постоянно вырабатывают углекислый газ.

На основании вышесказанного, сравнивая микроструктуру теста исследуемых образцов, полученных нами в экспериментальной лаборатории, можно сказать, что подтверждаются обе представленные теории.

Рядом авторов [3, 4] отмечается, что исследователям необходимо рассматривать не только теорию удерживания углекислого газа при помощи некой водной мембраны, а стоит обратить внимание на количество белка в тесте и его предел упругости. Как можно выявить в исследуемом образце, здесь присутствует выраженная развитая белковая матрица, обволакивающая зерна крахмала и хорошо удерживающая углекислый газ, что в дальнейшем положительно сказывается на удельном объеме готовых изделий.

Исследователи S.H. Peighambardoust и M.R. Dadpour [19] предложили идентифицировать клейковину и крахмал по разным спектрам излучения и получать четкие структурные детали, различимые клейковины (рис. 2). Предложенный метод флуоресцентной микроскопии, несомненно, имеет огромное преимущество перед электронной сканирующей микроскопией.

Рис. 2. Микроструктура пшеничного теста, полученная S.H. Peighambardoust и M.R. Dadpour [19]

Авторы [12–19] описывают, что этот способ получения результатов позволил выявить наличие грубодисперсных белковых образований в структуре теста. Отмечается, что полученные результаты были достаточно визуализируемы и доказательны, несмотря на небольшое увеличение. Также были отмечены крупные гранулы крахмала, которые приводили к структурным неоднородностям теста [20–24].

На основании вышесказанного можно отметить, что существенный недостаток электронной сканирующей микроскопии (получение монохроматических фотографий) без выделения отдельных компонентов при исследовании пищевых продуктов можно компенсировать методом флуоресцентной микроскопии, который позволяет за счет использования разных спектров излучения компонентов определить их наличие и количественные изменения.