Новый вид сырья из перловой крупы для применения в технологии кондитерских изделий

В России рынок кондитерских изделий для людей, страдающих неправильным обменом веществ и соблюдающих диету, практически не развит. Поэтому важной задачей является разработка новых видов кондитерских изделий для лечебно-профилактического питания, обладающих высокой пищевой ценностью и низкой калорийностью [4, 5, 10].

К функциональным ингредиентам для кондитерских изделий относятся пищевые волокна, в частности, полисахариды и другие подобные высокомолекулярные вещества. В последние годы в качестве функционального ингредиента используют β-глюкан – диетическое волокно. Основным и наиболее доступным источником β-глюкана является ячмень и продукты его переработки – перловая крупа, ячменная мука. Содержание β-глюкана в перловой крупе, по разным источникам, составляет 5–11 % [19, 21, 22].

Проведены исследования влияния обогащенных β-глюканом продуктов питания (хлеб, молочные продукты, соки), на здоровье людей. Выявлено, что употребление продуктов питания с β-глюканом способствует снижению гипергликемии и гиперинсулинемии, улучшению липидного обмена, замедлению всасывания сахаров и холестерина, стимулируют рост полезной кишечной микрофлоры, таких как лактобациллы и бифидобактерии [11, 12]. Употребление этих продуктов обеспечивает профилактику диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний, избыточ- ного веса и развитие подобных дегенеративных заболеваний [14, 17, 18].

В настоящее время содержание β -глюкана в продуктах питания в Российской Федерации не нормируется. В то же время, в рекомендациях Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (США) четко прописано, что потребление β -глюкана должно составлять не менее 3 г/сутки на человека. Такого количества β -глюкана вполне достаточно для снижения концентрации общего холестерина и липопротеинов низкой плотности, которые накапливаясь на стенках сосудов вызывают атеросклероз [15, 16, 20].

Несмотря на явную пользу β-глюкана для здоровья человека, применение его в составе как перловой крупы, ячменной муки, так и в чистом виде, не получило широкого распространения. Это обусловлено тем, что применение перловой крупы и ячменной муки взамен сахара-песка в мучных кондитерских изделиях негативно влияют на органолептические показатели качества: внешний вид, структуру, вкус. Поэтому значительная часть исследований направлена на поиски способов введения функциональных ингредиентов, в том числе и β -глюкана ячменя в кондитерские изделия, в которых доля сахара составляет более 80% [1–3]. Данная работа направлена на создание нового вида сырья из перловой крупы для обогащения кондитерских изделий β -глюканом.

Целью работы является разработка нового вида сырья из перловой крупы для применения в технологии кондитерских изделий. В задачи исследования входило:

• 1)    определение оптимальных требований к качеству сырья и условий его хранения;

• 2)    разработка нового вида сырья из перловой крупы;

• 3)    апробация нового вида сырья на кондитерских предприятиях.

Объекты и методы исследований

Исследована зависимость качества перловой крупы от года урожая. Оценка качества взорванной перловой крупы выполнена по ГОСТ 15113.1–77 по показателям: масса нетто образца, объемная масса, массовая доля и размеры отдельных зерен. Опытные и контрольные образцы готовили из одних партий сырья.

Ниже приведены методы определения физико-химических показателей: содержание сахаров в крупе – ГОСТ 15113.6–77; содержание общего азота с пересчетом на общий белок в крупе по коэффициенту 6,25 методом Къельдаля – ГОСТ 10846–91; содержание крахмала в крупе методом Эверса – ГОСТ 10845–98; содержание сырой клетчатки – ГОСТ Р 52839–2007; содержание жира экстракционным методом с помощью аппарата Сокслета – ГОСТ 29033–91; содержание экстрактивных веществ – ГОСТ 12136–77; определение золы гравиметрическим методом (ГОСТ 15113.3–77); минеральный состав – ГОСТ 30504–97, ГОСТ 26657–97, ГОСТ 26570–95, ГОСТ 30502–97, ГОСТ 30503–97.

Исследовано изменение структуры перловой крупы при обработке ее в аппарате «Пушка». Для исследования структуры крупы до и после обработки использован растровый электронный микроскоп «JEOL» JSM-6460LV. Определено влияние степени измельчения взорванной перловой крупы на выход добавки.

Образцы крупы анализировали по микробиологическим показателям на соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078–01. При микробиологическом контроле образцов определяли мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы (КМА-ФАнМ) по ГОСТ 10444.15–94; дрожжи и плесени – по ГОСТ 10444.12–88. Для микробиологических исследований использовали следующие питательные среды: пентонно-солевой раствор; бульон мясо-пептонный с агаром; сусло-агарный раствор.

Результаты и их обсуждение

Проведены исследования качества перловой крупы, полученной из ячменя урожаев 2009, 2010 и 2011 гг. Качество перловой крупы оценивали по химическому составу, содержанию витаминов, минеральных веществ и по технологическим свойствам. Опыты проводились в трехкратной повторности. Результаты исследований представлены в табл. 1.

Данные табл. 1 показывают, что образцы перловой крупы, полученной из ячменя урожаев 2009–2011 гг., заметно различаются по химическому составу, т. е. по содержанию воды, белка, жира, крахмала (амилозы и амилопектина), декстринов, моно- и дисахаридов, пищевых волокон. В то же время по содержанию витаминов различия между образцами укладываются в пределы погрешности опытов. По содержанию минеральных веществ разница между образцами крупы незначительна и не превышает 0,03 мг%. По содержа-

Таблица 1

Химический состав перловой крупы в зависимости от года урожая

Наименование показателей	Показатели качества перловой крупы в зависимости от года урожая
	2009	2010	2011
Вода, %	9,6 ± 0,1	10,2 ± 0,1	9,4 ± 0,1
Белки, %	14,2 ± 0,1	11,1 ± 0,1	14,6 ± 0,1
Жиры, %	1,3 ± 0,1	1,1 ± 0,1	1,3 ± 0,1
Крахмал, %:	75,3 ± 0,2	79,9 ± 0,2	74,6 ± 0,2
амилоза	15,4 ± 0,2	16,2 ± 0,2	14,7 ± 0,2
амилопектин	59,9 ± 0,2	63,7 ± 0,2	59,9 ± 0,2
Декстрины, %	0,70 ± 0,05	0,80 ± 0,05	0,70 ± 0,05
Моно- и дисахариды, %	1,6 ± 0,05	0,9 ± 0,05	1,8 ± 0,05
Пищевые волокна, %	5,4 ± 0,1	5,0 ± 0,1	5,5 ± 0,1
Витамины, мг%
Тиамин	0,22 ± 0,06	0,20 ± 0,06	0,21 ± 0,06
Рибофлавин	0,05 ± 0,01	0,05 ± 0,01	0,06 ± 0,01
Ниацин	2,40 ± 0,04	2,10 ± 0,04	2,30 ± 0,04
Минеральные вещества, мг%
Натрий	0,22 ± 0,01	0,20 ± 0,01	0,25 ± 0,01
Калий	0,21 ± 0,01	0,18 ± 0,01	0,23 ± 0,01
Кальций	0,15 ± 0,01	0,14 ± 0,01	0,14 ± 0,01
Магний	0,010 ± 0,002	0,010 ± 0,002	0,010 ± 0,002
Фосфор	0,31 ± 0,01	0,27 ± 0,01	0,34 ± 0,01
Зола, %	1,10 ± 0,01	0,90 ± 0,01	1,20 ± 0,01
Насыпная плотность, кг/м3	825 ± 1	825 ± 1	825 ± 1

нию золы образцы перловой крупы отличаются не более чем на 0,1 %.

Анализ данных позволяет отметить наличие взаимосвязи между количеством крахмала и воды в перловой крупе. Так, образцы крупы (урожая 2009 и 2011 гг.), в которых содержание влаги w составляло 9,4–9,6 % отличались пониженным содержанием крахмала (74,6– 75,3 %) и имели в своем составе более высокое содержание белка (14,2–14,6 %). В крупе урожая 2010 года увеличивалось содержание как влаги до w ≈ 10,2 %, так и крахмала – 79,9 %, при этом заметно снижалась доля белка – 11,1 %. Следует отметить, что насыпная плотность перловой крупы не зависит от химического состава.

Исследованные образцы крупы использовали для получения взорванной крупы в аппарате «Пушка». Технология производства взорванной перловой крупы включает следующие стадии: увлажнение крупы до w ≈ (18 ± 2) % с последующим нагреванием массы в течение 10–15 мин под избыточным давлением; взрывание подготовленной крупы при температуре (220 ± 10) ºC и давлении (900 ± 50) кПа; охлаждение взорванной крупы и просеивание [6–8]. Качество взорванной крупы оценивали по химическому составу, содержанию витаминов, минеральных веществ и по технологическим свойствам [13]. Опыты проводились в трехкратной повторности. Результаты исследований представлены в табл. 2.

Сравнение нативной и взорванной перловой крупы (см. табл. 1 и 2) одного и того же года урожая показывает пропорциональное изменение содержания влаги, крахмала (амилозы и амилопектина) и декстринов. Так, во взорванной крупе содержание влаги снизилось на 5,7–5,8 % (2009 и 2011 гг.) и на 6,2 % (2010 г.). Содержание крахмала во взорванной крупе уменьшилось на 19,2–20,4 %, при этом наблюдалось увеличение доли декстринов на 13,5–15,2 %, белка - 1,1–2,1 %, моно- и дисахаридов –1,3–2,3 %, нерастворимых пищевых волокон –1,7–2,2 % и золы –0,3–0,4 %. Кроме того, отмечено снижение количества отдельных витаминов и минеральных веществ. Следует отметить, что образцы нативной и взорванной перловой крупы имеют различия по показателю насыпной плотности. Самой низкой насыпной плотностью (125 кг/м³) отличаются образцы взорванной крупы, полученные из сырья 2010 г. урожая. Установлено, что для получения высокотехнологичной взорванной перловой крупы необходимо использовать сырье с высоким содержанием крахмала (не менее 79,9 %).

Таблица 2

Качество взорванной перловой крупы в зависимости от года урожая

Наименование показателей	Показатели качества взорванной перловой крупы в зависимости от года урожая
	2009	2010	2011
Вода, %	3,8 ± 0,1	4,0 ± 0,1	3,7 ± 0,1
Белки, %	16,3 ± 0,1	12,2 ± 0,1	16,6 ± 0,1
Жиры, %	1,3 ± 0,1	1,1 ± 0,1	1,2 ± 0,1
Крахмал, %:	56,1 ± 0,2	59,5 ± 0,2	54,8 ± 0,2
амилоза	11,7 ± 0,2	11,2 ± 0,2	11,2 ± 0,2
амилопектин	44,4 ± 0,2	48,3 ± 0,2	43,6 ± 0,2
Декстрины, %	14,20 ± 0,05	16,00 ± 0,05	14,60 ± 0,05
Моно- и дисахариды, %	2,90 ± 0,05	3,20 ± 0,05	3,10 ± 0,05
Пищевые волокна, %	7,1 ± 0,1	6,3 ± 0,1	7,7 ± 0,1
Витамины, мг%
Тиамин	0,18 ± 0,06	0,19 ± 0,06	0,19 ± 0,06
Рибофлавин	0,04 ± 0,01	0,04 ± 0,01	0,04 ± 0,01
Ниацин	2,10 ± 0,04	2,00 ± 0,04	2,20 ± 0,04
Минеральные вещества, мг%
Натрий	0,23 ± 0,01	0,24 ± 0,01	0,26 ± 0,01
Калий	0,25 ± 0,01	0,23 ± 0,01	0,25 ± 0,01
Кальций	0,19 ± 0,01	0,17 ± 0,01	0,16 ± 0,01
Магний	0,010 ± 0,002	0,010 ± 0,002	0,010 ± 0,002
Фосфор	0,36 ± 0,01	0,33 ± 0,01	0,35 ± 0,01
Зола, %	1,50 ± 0,01	1,30 ± 0,01	1,50 ± 0,01
Насыпная плотность, кг/м3	135 ± 0,5	125 ± 0,5	139 ± 0,5

Проведены исследования микроструктуры нативной и взорванной крупы с помощью микроскопа JEOL JSM-6460LV. Результаты исследования микроструктуры нативной и взорванной крупы представлены на рис. 1 и 2.

Перловая крупа (см. рис. 1 а, б) в процессе размола распадается на отдельные частицы различного размера округлой или овальной формы (крупные частицы – крахмал, мелкие – белок). Взорванная перловая крупа (см. рис. 2 а, б) в процессе размола включает частицы различного размера остроугольной формы и представляет белково-крахмальные комплексы, имеющие слоистую структуру. Таким образом, полученные фотографии подтверждают, что под воздействием высокой температуры и давления микроструктура взорванной крупы изменяется: крахмальные зерна клей-стеризуются, образуя декстрины, моно- и дисахара, а также вступают в межмолекулярное взаимодействие с белками, образуя новые соединения слоистой структуры.

В процессе хранения содержание воды во взорванной перловой крупе может увеличиваться, что негативно влияет на ее сроки хранения и пищевую ценность. Кроме того, при хранении в условиях повышенной влажности, могут также происходить необратимые изме- 2015, том 3, № 1

нения, связанные с гидролизом белков, жиров и углеводов под действием, как собственных ферментов, так и ферментов микробного происхождения. Поэтому представляет практический интерес определение оптимальных условий хранения взорванной перловой крупы.

С целью определения оптимальных условий хранения взорванной перловой крупы проведена серия экспериментов. Взорванную перловую крупу хранили в течение 12 месяцев при значениях относительной влажности воздуха ϕ ≈ 75, 80 и 85 %. При закладке взорванной крупы на хранение ее влажность w составляла 4,0 %. Эксперименты проводились в трехкратной повторности. Результаты экспериментов представлены на рис. 3.

Данные рис. 3 показывают, что при хранении взорванной крупы независимо от относительной влажности воздуха ϕ наблюдаются два этапа увеличения содержания влаги в образцах, различающиеся между собой скоростью процесса. Так, при хранении взорванной крупы в среде с ϕ ≈ 85 % продолжительность первого этапа составляет 6 месяцев, при ϕ ≈ 80 % – 5 месяцев, а при ϕ ≈ 75 % – 3 месяца. Скорость увеличения содержания влаги V во взорванной крупе минимальна при хранении в

а)

б)

Рис. 1. Структура нативной перловой крупы: а – увеличение × 103; б – увеличение × 104

а)                                                              б)

Рис. 2. Структура взорванной перловой крупы: а – увеличение × 103; б – увеличение × 104

Рис. 3. Зависимость влажности взорванной крупы от продолжительности хранения при относительной влажности воздуха, %: (1 – 75; 2 – 80; 3 – 85)

среде с ϕ ≈ 75 %. Повышение ϕ до 80–85 % приводит к нарастанию V во взорванной крупе в 1,5–4,0 раз. Затем, на втором этапе хранения, при ϕ ≈ 85 % V снижается в 4 раза и в конце влажность крупы w составляет 7,3 %; при ϕ ≈ 75–80 % V снижается в 6 раз.

Таким образом, можно заключить, что взорванная крупа имеет низкую влажность. Благодаря своей пористой структуре взорванная крупа способна быстро поглощать воду. Хранение взорванной перловой крупы необходимо осуществлять при относительной влажности воздуха не выше 75 %. При этом уменьшается первый период интенсивного поглощения влаги продуктом и увеличивается второй период – медленного выравнивания влаги.

С целью определения срока годности взорванной крупы проведены исследования изменения кислотности взорванной перловой крупы при хранении в течение 12 месяцев и относительной влажности воздуха, равной 75 %. Отбор проб для определения кислотности проводили в начале каждого месяца в течение исследуемого срока хранения. Эксперименты проводились в трехкратной повторности. Результаты исследований представлены на рис. 4.

Данные, представленные на рис. 4, показывают, что в процессе хранения в течение 12 месяцев кислотность нативной перловой крупы повышается с 3,3 до 4,8 градусов. При этом кислотность взорванной крупы увеличивается с 4,2 до 4,4 градусов. Следует отметить, что в процессе хранения взорванной перловой крупы накопление кислоты происходит в 7 раз медленнее, чем в нативной перловой крупе. Это обусловлено тем, что при термообработке и взрывании крупы происходит значительное снижение влажности, а также инактивируются ферменты продукта.

Проведены исследования влияния термической обработки на микробиологическую безопасность взорванной перловой крупы. Пробы отбирали с поверхностных слоев крупы, в которых наиболее интенсивно развиваются патогенные микроорганизмы. Эксперименты проводились в трехкратной повторности. Результаты исследований микробиологической стабильности нативной и взорванной перловой крупы в процессе хранения представлены в табл. 3.

Данные табл. 3 демонстрируют постепенное увеличение КМАФАнМ в процессе хранения перловой крупы. Результаты исследований показали соответствие перловой крупы требованиям СанПиН 2.3.2.1078-2001. Следует отметить, что взорванная перловая крупа имеет меньшую обсемененность в сравнение с нативной. Высокое давление и температура, воздействующие на перловую крупу в аппарате «Пушка», объясняют значительно более низкое содержание микроорганизмов во взорванной перловой крупе. Вместе с тем, плесени и дрожжи не обнаружены в исследуемых

Рис. 4. Влияние продолжительности хранения на кислотность крупы: 1 – нативная; 2 – взорванная

образцах, как в нативной, так и во взорванной крупе.

Таблица 3

Влияние процесса хранения на микробиологическую стабильность нативной и взорванной перловой крупы

Виды перловой крупы	Микробиологические показатели перловой крупы в зависимости от сроков хранения
	КМАФАнМ, КОЕ/г	Плесени, КОЕ/г	Дрожжи, КОЕ/г
В начале хранения
Нативная	1,8∙103	нет	нет
Взорванная	1,2∙102	нет	нет
3 месяца
Нативная	1,9∙103	нет	нет
Взорванная	2,2∙102	нет	нет
6 месяцев
Нативная	2,1∙103	нет	нет
Взорванная	3,4∙102	нет	нет
9 месяцев
Нативная	2,3∙103	нет	нет
Взорванная	5,3∙102	нет	нет
12 месяцев
Нативная	2,6∙103	нет	нет
Взорванная	7,6∙102	нет	нет

Одним из ключевых критериев стабильности и пригодности к длительному хранению взорванной крупы, является показатель активности воды. Показатель активности воды в исследуемых образцах крупы определяли на приборе Series 3TE. Активность воды рассчитывали как отношение давления паров воды над дистиллированной водой к давлению паров воды в исследуемом продукте. Давление паров воды над дистиллированной водой составляет единицу. Результаты экспериментов представлены на рис. 5.

Данные рис. 5 показывают, что при хранении нативной перловой крупы (кривая 1) изменение активности воды происходит в два этапа. На первом этапе хранения (8 месяцев) показатель активности воды увеличивается с 0,375 до 0,393. Затем на втором этапе хранения (4 месяца) показатель активности воды повышается до 0,418, что показывает нарастание данного показателя в 3 раза. Изменение активности воды при хранении взорванной перловой крупы происходит также в два этапа. На первом этапе хранения (9,5 месяцев) показатель активности воды увеличивается с

0,364 до 0,370. При этом интенсивность нарастания активности воды во взорванной крупе в 2 раза ниже, чем у нативной крупы. На втором этапе хранения (2,5 месяца) показатель активности воды повышается до 0,379, что значительно ниже, чем у нативной перловой крупы. Таким образом, низкий показатель активности воды во взорванной крупе гарантирует микробиологическую стабильность продукта в процессе хранения.

При разработке нового вида сырья из взорванной перловой крупы необходимо учитывать потери, возникающие при ее измельчении. На рис. 6 представлена зависимость выхода продукта из измельченной взорванной перловой крупы. Эксперименты проводились в трехкратной повторности.

По результатам проведенных исследований (см. рис. 6) установлено, что выход продукта из перловой крупы (ППК) зависит от степени измельчения и размера частиц взорванной крупы. Так, измельчение взорванной крупы до размера частиц 1,5·10^–3 м, получен максимальный выход продукта (99,1 %). Потери ( ≈ 0,9 %) являются неизбежными и связаны с процессом дробления и просеивания. Измельчение взорванной крупы до размера частиц (0,5–1,5)·10^–3 м приводит к снижению выхода продукта до 95,6 %. Таким образом, установлен оптимальный размер частиц – (1,5 ± 0,2)·10^–3 м.

Продукт из перловой крупы по физикохимическим показателям должен соответствовать требованиям, представленным в табл. 4.

Таблица 4

Физико-химические показатели качества ППК

Показатель	Значение
Белки, %	11,1 ± 1,0
Жиры, %	1,1 ± 0,3
Углеводы, %	81,2 ± 2,0
Пищевые волокна, %	6,3 ± 0,1
Вода, %	10,2 ± 0,5
Калорийность, ккал	380

На продукт из перловой крупы разработан проект технических условий. Проведена апробация нового вида сырья в производстве воздушного полуфабриката [9]. Разработанное сырье вводили в количестве 6 % от массы сахара. Физико-химические показатели качества воздушного полуфабриката представлены в табл. 5.

Рис. 5. Влияние процесса хранения перловой крупы на активность воды: 1 – нативная; 2 – взорванная

Степень измельчения взорванной крупы. ■ 10"³м

Рис. 6. Влияние степени измельчения взорванной перловой крупы на выход ППК

Установлено (см. табл. 5), что использование сырья из перловой крупы в технологии воздушного полуфабриката способствует повышению содержания белка в 1,2 раза; сокращению содержания углеводов, и как следствие снижению калорийности за счет увеличения содержания пищевых волокон.

Следует отметить дополнительные преимущества использования нового вида сырья из перловой крупы в технологии воздушного полуфабриката. В частности, введение разработанного сырья в количестве 6 % от массы сахара [9] приводит к снижению плотности воздушного полуфабриката на 4,7 % и незначительно сказывается на хрупкости. Кроме того, новый вид сырья способствует сокращению продолжительности выпечки на 12,5 %.

Таблица 5

Физико-химические показатели качества воздушного полуфабриката

Показатель	Значение
	Воздушный полуфабрикат
	контроль	с добавкой
Белки, %	3,9 ± 0,5	4,7 ± 0,5
Жиры, %	следы	следы
Углеводы, %	91,5 ± 2,0	86,8 ± 2,0
Пищевые волокна, %	нет	0,7 ± 0,1
Вода, %	4,0 ± 0,2	4,0 ± 0,2
Калорийность, ккал	382	366

Заключение

Изучен химический состав перловой крупы в зависимости от года урожая. Установлено, что для получения высокотехнологичной взорванной перловой крупы необходимо использовать сырье с высоким содержанием крахмала (не менее 79,9 %). Определены оптимальные условия хранения взорванной перловой крупы. Взорванная перловая крупа может храниться без ущерба для качества при влажности воздуха 75 % в течение 12 месяцев.

Разработан новый вид сырья из перловой крупы для применения в кондитерской промышленности. При степени измельчения взорванной крупы (1,5 ± 0,2)·10–3 м получен максимальный выход продукта 99 %. Определены физико-химические показатели качества нового продукта. Разработан проект технических условий.

Проведена апробация нового продукта на основе перловой крупы на кондитерских предприятиях. Анализ физико-химических показателей качества воздушного полуфабриката показал, что использование продукта из перловой крупы в количестве 6 % от массы сахара способствует повышению содержания белка в 1,2 раза, сокращению содержания углеводов и, как следствие, снижению калорийности за счет увеличения содержания пищевых волокон.