Изучение адсорбционных свойств гречневой муки методами Де-Нуи и тензиметрическим для прогнозирования ее технологических свойств

В последние годы наблюдается новый виток интереса к гречневой крупе и муке [1–3]. Интерес обусловлен ценными диетическими свойствами гречихи, в том числе и возможностью использования ее в рецептурах безглютено-вых мучных изделий. При производстве мучных изделий традиционно используют прямые методы оценки, проводя пробные выпечки изделий в лабораторных или пилотных условиях [4]. Научное и производственное сообщество специалистов занимается разработкой косвенных методов прогнозирования технологических свойств муки, которые сократили бы экономические затраты в производственных условиях. В качестве косвенных методов в настоящее время используют методы выявления физикохимических, биохимических, коллоидных свойств, по которым прогнозируют поведение муки на разных технологических стадиях процесса «мука – готовое изделие». В настоящее время в торговых сетях Москвы представлена мука нескольких производителей. При использовании гречневой муки в рецептурах новых видов мучных кондитерских изделий [3] было выявлено ее разное технологическое поведение. Поскольку гречневая мука содержит в своем составе крахмал, сделано предположение, что образцы муки от разных производителей обладают определенными поверхностно- активными свойствами, которые оказывают влияние на поведение теста на разных стадиях его приготовления.

Одним из показателей технологических свойств продуктов, содержащих преимущественно крахмал, является поверхностная активность, которая оказывает влияние на вязкость теста. В данном исследовании в качестве косвенных методов использовали поверхностные свойства, которые устанавливали по поверхностной активности исследуемых образцов гречневой муки и ее адсорбционным свойствам.

Материалы и методы

При проведении исследований использовали муку гречневую «Гарнец» – ТУ 9293–002– 43175543–03; муку гречневую «Старожитная» – ТУ РБ 600024008.084–2002; муку гречневую «Крупно» – ТУ 9293–005–00932169–96; муку гречневую для детского питания – ГОСТ Р 31645–2012; муку гречневую из зеленой гречки «Гарнец» – ТУ 9293–002–43175543–03. На основании кривых поверхностного натяжения, построенных по экспериментальным значениям усилия отрыва, необходимого для отрыва проволочного кольца от поверхности 0,03–1,000% суспензий муки в воде методом Де Нуи [5], при математической обработке получены уравнения, описывающие зависимость «поверхностное натяжение на границе раздела воздух-жидкость – концентрация растворенного вещества». Поверхностные активности образцов гречневой муки устанавливали нахождением экстремальных значений полученных полиноминальных зависимостей второй степени. Адсорбционные свойства образцов гречневой муки изучали тензи-метрическим методом, при котором в эксикатор с постоянной влажностью среды (ф, %) помещали образцы гречневой муки разных производителей и гравиметрически определяли количество поглощенной с течением времени влаги до достижения равновесной влажности [6]. Создавали ф равное 63, 75, 86%. Для обработки результатов исследований использовали математические методы обработки экспериментальных данных, реализуемые с помощью компьютерной программы Microsoft Excel 2016. Все определения проводили в трехкратной повторности, конечный результат определяли как среднее арифметическое.

Результаты и обсуждение

Для прогнозирования технологических свойств образцов гречневой муки использовали поверхностную активность исследуемых образцов 1–5 гречневой муки. По экспериментальным данным усилий, необходимых для отрыва кольца от поверхности суспензий изучаемых образцов муки в воде, и рассчитанных значений поверхностного натяжения (таблица 1) строили кривые зависимости снижения поверхностного натяжения от концентрации растворенного образца муки (рисунок 1). Каждый образец гречневой муки, произведенный конкретным предприятием, рассматривали в качестве комплексного ингредиента, физикохимические и органолептические показатели которого зафиксированны в нормативно-технической документации предприятия (ТУ).

На основании экспериментальных данных получены уравнения зависимостей и по ним построены расчетные кривые, представляющие собой полиноминальные зависимости второй степени и описывающие изучаемые процессы с достаточной точностью, о чем свидетельствует величина аппроксимации (R2) не ниже 0,967 для всех образцов (рисунок 1).

Таблица 1.

Сила отрыва кольца ( F , у. е.) и поверхностное натяжение ( σ , Н/м) образцов гречневой муки

0          0,1         0,2         0,3         0,4         0,5         0,6         0,7         0,8         0,9          1

Концентрация муки в суспензии, %

Образец 1    Образец 2 Образец 3    Образец 4 Образец 5

Table 1.

The force of the separation ring ( F , y.e.) and surface tension ( σ , N/m) samples of buckwheat flour

Концентрация суспензий, (%) Concentration of suspension, (%)	Образец 1 Sample 1		Образец 2 Sample 2		Образец 3 Sample 3		Образец 4 Sample 4		Образец 5 Sample 5
	F	σ	F	σ	F	σ	F	о	F	σ
1,00	46,4	63,25	49,1	66,93	48,7	66,38	48	65,43	33,8	46,07
0,50	48	65,43	49,6	67,62	49,3	67,20	48,4	65,98	35,6	48,53
0,25	49,4	67,34	51	69,52	50,7	69,11	49,6	67,62	39,9	54,39
0,12	51,8	70,61	52,9	72,11	52,4	71,43	50,8	69,30	43,8	59,71
0,06	52,4	71,43	52,9	72,11	52,8	71,97	51,8	70,62	47,1	64,02
0,03	53	72,25	53	72,25	53	72,25	53	72,25	50,3	68,51
0,00	53	72,25	53	72,25	53	72,25	53	72,25	53	72,25

Рисунок 1. Снижение поверхностного натяжения на границе суспензия муки в воде–воздух для образцов гречневой муки

Figure 1. Reduction of surface tension at the boundary of flour suspension in water-air for buckwheat flour samples

Все исследуемые образцы проявляют поверхностную активность, что подтверждает сделанные ранее выводы для пшеничной муки [4]. Среди образцов гречневой муки из пропаренной крупы (1–4) образец 1 в области высоких концентраций обладает большей поверхностной активностью, т. к. больше остальных снижает поверхностное натяжение в интервале концентраций 0,5–1,0%. Так, например, при концентрации веществ 1% поверхностное натяжение снижается до 63,25 Н/м. В образце 4 оно снижается до значений 65,43 Н/м, в образце 3 – до 66,38 Н/м и в образце 2 – до 66,93 Н/м. Мука из непропаренной гречихи характеризуется большей поверхностной активностью, чем исследованные образцы (1–4), поскольку снижает поверхностное натяжение при дозировке муки 1% до 46,07 Н/м.

Полученные зависимости поверхностного натяжения для каждого образца гречневой муки от ее концентрации вида у ^' = 0 позволяют рассчитать точку минимума для кривой, характеризующей концентрацию муки, при которой она проявляет максимальную активность. Значения концентрации позволяют характеризовать дозировку гречневой муки, при которой она проявляет максимальные коллоидные свойства. Образцы в порядке возрастания поверхностной активности можно расположить следующим образом: образец 4, образец 3, образец 2, образец 1. Образец 5 муки из непропаренной гречневой крупы отличается значительной поверхностной активностью от образцов муки из пропаренной гречки. Это позволяет прогнозировать ее лучшие технологические свойства что необходимо учитывать при составлении реальной рецептуры мучных изделий.

По результатам гравиметрического определения количества адсорбированной с течением времени влаги образцами, помещенными в среду с постоянными значениями влажности (63; 75; 86%) [6], средствами Excel были получены уравнения зависимостей и по ним построены расчетные кривые (рисунки 2–4), представляющие собой полиноминальные зависимости второй степени, описывающие изучаемые процессы с достаточной точностью, о чем свидетельствует величина аппроксимации не ниже 0,968 для всех образцов. Установленные адсорбционные свойства образцов гречневой муки показывают, что мука, произведенная разными предприятиями по собственным ТУ, характеризуется различными адсорбционными свойствами, которые должны учитываться при ее хранении и использовании в мучных изделиях.

0     1     2     3     4     5     6     7     8     9    10    11    12    13    14    15    16    17    18

Продолжительность , дн

♦ Образец 1  ■ Образец2 Образец 3 х Образец 4 ж Образец 5

Рисунок 2. Динамика адсорбции образцов гречневой муки при влажности среды 63%

Figure 2. Dynamics of adsorption of buckwheat flour samples at medium humidity 63%

Продолжительность, дн

♦ Образец 1  ■ Образец 2 Образец 3 х Образец 4  ж Образец 5

Рисунок 3. Динамика адсорбции образцов гречневой муки при влажности среды 75%

Figure 3. Dynamics of adsorption of buckwheat flour samples at humidity 75%

Продолжительность, дн

♦ Образец 1  ■ Образец 2 Образец 3 х Образец 4  ж Образец 5

Рисунок 4. Динамика адсорбции образцов муки при влажности среды 86%

Figure 4. Dynamics of adsorption of flour samples at medium humidity 86%

По результатам проведенных экспериментов по поверхностной активности и гигроскопичности разных образцов гречневой муки из пропаренной крупы видно, что образцы ведут себя по-разному. Сравнение экспериментальных данных (рисунки 2–4) показало, что большей адсорбционной способностью обладает образец 2, характеризуемый меньшей поверхностной активностью (рисунок 1). Следует отметить, что данный образец муки имеет следующий гранулометрический состав: частицы муки размером до 10 мкм – 50,21% и частицы размером до 50 мкм – 85,56% [7]. Образец 1 из пропаренной крупы обладает наибольшей поверхностной активностью и невысокой гигроскопичностью, что позволяет признать его лучшим образцом. Он характеризуется следующим гранулометрическим составом: частицы муки размером до 10 мкм – 30,33% и частицы размером до 50 мкм – 58,69% [7].