Количество повреждённого крахмала в муке лабораторного и производственного помолов

Крахмал (С 6 Н 10 О 5 )n – основной запасной углевод растений, состоящий из двух типов полисахаридов – линейной амилозы (от греч. ámylon – крахмал) и разветвлённого амилопектина (от греч. ámylon – крахмал, pēktes – сбитый, сплочённый). Образуется в хлоропластах и амилопластах, откладывается в клетках в виде крахмальных зёрен, форма и размеры которых специфичны для определённых видов растений [1]. Крахмал является наиболее распространённым углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания. Главными источниками крахмала в мире являются зерновые культуры: рис, пшеница, кукуруза; различные корнеплоды, в том числе картофель, а также маниок. Гранулы крахмала имеют различную форму такую как овальная, сферическая, линзовидная и угловатая, а их распределение по размерам может быть одно-, двух-или полимодальным [16]. Вид крахмальных зёрен под микроскопом представлен на рисунке 1.

Пшеничная мука содержит 75–80% крахмала [1], его состояние и свойства частично влияют на характеристики теста и качество готовых изделий. Количество повреждённого крахмала в муке имеет большое значение, так как отражает как состояние эндосперма зерна, так и степень механического воздействия валков мельницы [2, 3, 5, 10, 22]. Измерение этого количества позволяет своевременно заменять вальцы мельницы, экономить электроэнергию, контролировать качество и водопоглотительную способность муки [2].

Повреждённый крахмал является важным параметром для оценки качества муки, используемой в производстве хлебобулочной и кондитерской продукции. Степень механического повреждения крахмальных зёрен в следствии их уменьшенного размера, оказывает большое влияние на реологию теста, чем больше они механически повреждены, чем больше площадь их поверхности, и тем больше адсорбируется вода [16], (рисунок 2). Количество разрушенного крахмала в российской муке может достигать 25–40 UCD, в европейской муке эти данные не превышают 10–17 UCD [8, 11, 12]. Нормой содержания повреждённого крахмала в пшеничной муке зольностью 0,55%, что соответствует муке высшего сорта – 14–20 UCD или 5–9%. Для муки с зольностью более 0,65%, что соответствует муке 1-го сорта, – 21–24 UCD [14].

Повреждённый крахмал поглощает в 4 раза больше воды, чем неповреждённый крахмал, который поглощает только около 40% собственного веса [4, 5, 10]. Увеличение содержания повреждённого крахмала в муке приводит к увеличению водопоглощения, примерно 0,5% гидратации на каждый дополнительный UCD – единицу измерения Шопен-Дюбуа. Упруго-эластичные свойства теста характерные для липкого теста, высокий уровень поглощения воды, более длительный период предварительной расстойки, потемневшая корка хлеба с красноватым оттенком – это некоторые из результатов влияния повреждённого крахмала [4, 6, 10, 12, 15, 17–18, 20].

Обеспечение баланса объёма воды при замесе содержанием белка в муке, объёмом повреждённого крахмала и активностью альфа-амилазы – залог выработки мучной продукции высокого качества. Эти значения отличаются в зависимости от способов приготовления хлеба: при ускоренных технологиях приготовления хлеба влияние повреждённого крахмала меньше, чем при традиционных, длительных [6]. При несоблюдении баланса между водопоглощением и стабильностью теста могут появиться следующие проблемы: при дефиците водопоглощения не будет достигнут достаточный объём продукта, при избыточном водопоглощении возможна нестабильность реологических свойств теста в части соотношения упруго-эластичных характеристик, также возможны более интенсивное брожение, изменённый окрас корки хлеба, разломы и крошковатость готового печенья, сокращение срока годности готового мучного продукта [7, 10, 13, 21]. Для муки с очень мелкой крупностью характерна фаринограмма с коротким временем (до 2 мин) образования теста (резким подъём кривой) и низкой устойчивостью теста (менее 9 мин), что говорит о пониженной вязкости теста и сильном его разжижении, и, следовательно, о низких реологических свойствах теста и хлебопекарных свойствах муки [8]. Также в муке тонкого помола наблюдается увеличение количества разрушенного крахмала, который доступен для воздействия амилаз и дрожжей. В связи с этим большое значение для хлебопёков имеет определение показателя числа падения (ЧП). Для повышения показателя ЧП для торможения процесса брожения в готовую муку вносят добавки, как правило, это ингибиторы зерновых амилаз. Для снижения ЧП в муку добавляют солодовые амилазы [19].

Из анализа литературы установлены нормы уровня повреждённого крахмала по целевому назначению, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Уровень повреждённого крахмала по целевому назначению муки [3, 4, 6, 8]

Table 1.

The level of damaged starch according to the intended purpose of flour [3, 4, 6, 8]

Целевое назначение муки | Purpose of flour	UCD
Французский тип хлеба (багет) French type of bread (baguette)	(17–19) [4] (16–20) [6]
Формовой хлеб | shaped bread	(19–24) [3] (19–21) [4] (19–23) [6]
Плоский хлеб | flat bread	(17–20) [3]
Лепёшка | Cake	(21–24) [4]
Печенье бисквиты | biscuit cookies	(14–16) [4, 6]
Крекер | Cracker	(16–19) [3]
Лапша | Noodles	(15–18) [3]

При 25–40 UCD резко сокращается межсервисный интервал работы валов и их срок службы. Качество продукции резко снижается [8].

At 25–40 UCD, the service interval of the shafts and their service life are sharply reduced. Product quality is drastically reduced [8].

Материалы и методы

В работе исследовали 20 образцов муки лабораторного и производственного помолов. Лабораторные помолы проводили на лабораторной мельнице МЛУ 202 Бюлер с выходом муки 70% (±2%). Определяли показатели: количество повреждённого крахмала – по ГОСТ ISO 17715–2015 «Мука из мягкой пшеницы. Амперометрический метод определения повреждённого крахмала» [9]. Принцип измерения на анализаторе количества повреждённого крахмала основан на поглощении молекул йодида калия в перемешанной суспензии молекулами повреждённого крахмала (рисунок 3).

Реологические свойства теста определяли на фаринографе – по ГОСТ ISO 5530–1–2013 «Мука пшеничная. Физические характеристики теста. Определение водопоглощения и реологических свойств с применением фаринографа». В таблице 2 представлены показатели количества повреждённого крахмала в муке и реологических свойств теста.

Результаты и обсуждение

Анализ полученных данных (таблица 2) свидетельствует, что мука лабораторного помола характеризовалась в среднем пониженными показателями: водопоглотительной способностью – в среднем на 5,3% по сравнению с водопогло-щением муки производственного помола, количеством разрушенного крахмала – в среднем на 6 единиц UCD по сравнению с мукой производственного помола, что указывает на более крупный помол муки. Данные производственного помола указывают на чрезмерно измельчённое сырьё.

Рисунок 1. Вид крахмальных зёрен под микроскопом [23]

Figure 1. View of starch grains under a microscope [23]

Рисунок 2. Вид крахмального зерна: неповреждённого и повреждённого [24]

Figure 2. Type of starch grain: intact and damaged [24]

Рисунок 3. Принцип измерения на анализаторе количества повреждённого крахмала

Figure 3. Type of starch grain: intact and damaged

Расчёт парной линейной связи между показателями количества повреждённого крахмала в муке и количеством и качеством клейковины, числом падения, реологическими показателями (устойчивость теста, разжижение и водопогло-щение) представлен в таблице 3 и выявил следующее: при статистической обработке экспериментальных данных методом корреляционного анализа установлены значимые зависимости по муке производственного помола от содержания крахмала таких показателей как число падения (0,632), разжижение теста (0,781) и водопоглощение (0,690).

По муке лабораторного помола наличие тесных связей между данными показателями не установлено.

Таблица 2.

Показатели количества повреждённого крахмала, количества и качества клейковины, число падения и реологические показатели теста в муке лабораторного и производственного помолов

Table 2.

Indicators of the amount of damaged starch, the quantity and quality of gluten, the number of falls and the rheological parameters of the dough in the flour of laboratory and industrial grinding

Шифр пробы sample code	*UCD	Количество клейковины, % Gluten quantity, %	Качество клейковины Gluten quality,		Число падения, с Fallnumber, s	Устойчивость теста, мин Stаbilitу, min	Разжижение теста, ЕВ Degree liqefication ЕV	Водо-поглощение, % Wаtеr absorption, %
			ед. ИДК units IDK	группа group
Мука лабораторного помола | Laboratory ground flour
16–21	15	33,5	67	I хорошая	502	11,5	105	64,7
6–21	15	23,2	41	II удовл. крепкая	470	8,0	60	57,0
8–21	16	23,1	45	II удовл. крепкая	447	10,5	75	58,8
4–21	17	33,3	58	I хорошая	414	15,0	80	61,2
10–21	17	34,0	83	II удовл. слабая	357	5,5	170	63,7
17–21	18	25,1	30	II удовл. крепкая	212	12,5	120	59,6
28–21	19	27,4	62	I хорошая	429	11,0	60	58,9
3–21	20	24,7	42	II удовл. крепкая	416	8,5	90	56,5
30–21	21	29,7	66	I хорошая	415	12,5	70	59,4
2–21	21	28,3	51	II удовл. крепкая	412	10,5	70	61,6
Среднее значение Mean	18	28,2	55		407	10,5	90	60,1
Мука производственного помола | Flour of production grinding
193	20	28,0	60	I хорошая	351	10,0	75	63,6
184	22	22,6	44	II удовл. крепкая	290	10,5	91	63,5
194	23	25,5	53	I хорошая	306	10,5	80	66,7
188	23	26,7	57	I хорошая	294	5,0	76	64,3
186	23	24,7	50	II удовл. крепкая	294	6,0	84	63,2
152	24	25,1	54	I хорошая	270	10,5	90	66,4
196	24	27,4	58	I хорошая	335	6,5	70	66,6
189	25	29,7	50	II удовл. крепкая	285	8,0	102	67,3
187	26	27,6	40	II удовл. крепкая	280	10,0	120	66,2
185	27	26,9	46	II удовл. крепкая	282	8,0	120	66,4
Среднее значение Mean	24	26,4	51		299	8,5	91	65,4
* UCD – единица повреждённого крахмала с учётом влажности и белка * UCD – unit of damaged starch, taking into account moisture and protein

Таблица 3.

Коэффициенты корреляции между показателями количества и качества клейковины, числом падения, реологическими показателями теста и количеством повреждённого крахмала в муке лабораторного и производственного помолов (значимый коэффициент корреляции 0,576 и более)

Table 3.

Correlation coefficients between indicators of quantity and quality of gluten, falling number, rheological indicators of dough and the amount of damaged starch in flour of laboratory and industrial grinding (significant correlation coefficient of 0.576 and more)

Показатели Indicators	Количество клейковины, % Gluten quantity, %	Качество клейковины, ед. ИДК Качество клейковины Gluten quality, units IDK	Число падения, с Fall-number, s	Устойчивость теста, мин Stаbilitу, min	Разжижение теста, ЕВ Degree liqefication ЕV	Водо-поглощение, % Wаtеr absorption, %
Мука лабораторного помола | Laboratory ground flour
*UCD	-0,052         1	-0,011                 I	-0,267	0,137	-0,207	-0,229
Мука производственного помола | Flour of production grinding
*UCD	0,298          1	-0,570               1	0,632	-0,132	0,781	0,690

Заключение

Сравнительный анализ двух видов муки (лабораторного и производственного помолов) показал, что мука производственного помола содержала повышенное количество повреждённого крахмала, что согласуется с литературными данными. У всех проб муки производственного помола показатель UCD был свыше 19 единиц, по целевому назначению такую муку используют для производства формового хлеба. Мука лабораторного помола имела более широкий предел значений показателя UCD, три пробы (16–21, 6–21 и 8–21) из 10-ти имели количество повреждённого крахмала от 15 до 16 UCD, что говорит о возможности использования этих проб на изготовление печенья, в том числе крекера; четыре пробы со значением UCD от 17 до 19 – на изготовление французского типа хлеба (багет)

и лапши и три пробы муки со значением UCD свыше 20 единиц – на изготовление формового хлеба. Т.е. мука лабораторного помола имеет более широкое целевое назначение.

Увеличение количества повреждённого крахмала приводит к увеличению водопоглоще-ния; снижению устойчивости теста, увеличению разжижения. Повреждённый крахмал воздействует на весь технологический процесс, что очень важно при производстве хлеба.

Работа по изучению количества повреждённого крахмала в муке нуждается в дальнейшей проработке на большем количестве проб муки с широким диапазоном качества для установления уточнённых его норм по целевому использованию, т. к. данных недостаточно, а имеющиеся данные несколько разнятся, данный вопрос в России в настоящее время изучен недостаточно.