Оценка различными методами содержания поврежденного крахмала в пшеничной муке высшего сорта

This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International License

три типа муки ТП-55, ТП-65 и ТП-75 с дополнительным введением требования к ним по таким показателям качества, как глютен-индекс, показатель седиментации, кислотное число жира, показатели фаринографа (валоригрофа), характеризующие реологические свойства теста, и содержание поврежденного крахмала [1].

В процессе помола зерна в муку происходит механическое разрушение целостности некоторой части крахмальных гранул. Среди факторов, влияющих на то, в какой степени будут повреждены гранулы крахмала, можно выделить три основных параметра: тип пшеницы, процесс кондиционирования зерна, процесс помола (рисунок 1) [2, 3].

Пшеничная мука представляет собой продукт мукомольного производства, полученный путем измельчения зерна пшеницы. В зависимости от крупности частиц муки и степени очистки зерна от оболочек (плодовых и семенных), в Российской Федерации вырабатывают шесть сортов хлебопекарной пшеничной муки (ГОСТ 26574– 2017), качество которой оценивают, в частности, по показателям зольности, белизне, количеству и качеству клейковины, числу падения и влажности. Техническим комитетом по стандартизации ТК 002 «Зерно, продукты его переработки и маслосемена» утвержден проект национального стандарта РФ на муку пшеничную, предназначенную для экспорта, которым предусмотрены

Факторы, влияющие на степень повреждения гранул крахмала зерна пшеницы при помоле в муку: Factors affecting the degree of damage to starch granules of wheat grain during milling into flour:

▪ тип зерна; / grain type;

▪ процесс кондиционирования зерна; / grain conditioning process;

▪ процесс помола зерна / grain milling process

Поврежденный крахмал / damaged starch

Физико-химические показатели пшеничной муки : Physicochemical properties of wheat flour:

• -    насыпная плотность; / bulk density;

• -    способностью крахмала набухать в воде при комнатной температуре; / the ability of starch to swell in water at room temperature;

• -    водоудерживающая способность; / water holding capacity;

• -    число падения; / falling number;

• -    температура клейстеризации крахмала; /

starch gelatinization temperature

Свойства пшеничного теста :

Properties of wheat dough:

• -    реологические; / rheological;

• -    биотехнологические; / biotechnological;

• -    физико-химические / physicochemical

Показатели качества пшеничного хлеба / Quality indicators of wheat bread физико-химические: physicochemical:

• -    формоустойчивость; / dimensional stability;

• -    удельный объем / specific volume

органолептические :

organoleptic:

• -    внешний вид; / form;

• -    вкусо-ароматический профиль; / flavor profile;

• -    ощущения при разжевывании; / sensations when chewing;

• -    послевкусие / aftertaste

  биологические: biological:

  - гликемический индекс / glycemic index

  
  

Рисунок 1. Факторы, влияющие на повреждение гранул крахмала муки и качество пшеничного хлеба

Figure 1. Factors Affecting Flour Starch Granule Damage and Wheat Bread Quality

Доля разрушенного крахмала в муке может существенно различаться в зависимости от принятой на предприятии технологии и особенности работы используемого оборудования [4]. Статистически значимое влияние на величину содержания поврежденного крахмала в муке оказывает зазор между валками и скорость вращения валков вальцовой мельницы [2, 4].

С помощью сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии и текстурного анализа изображений Barrera G.N. с соавт. на микроструктурном уровне исследовано влияние механического повреждения на поверхность гранул пшеничного крахмала [5].

Отмечено, что гранулы нативного крахмала имели гладкие, плоские поверхности и гладкие края, а при механическом повреждении в них происходили структурные изменения на наноуровне: гранулы поврежденного крахмала имели зернистую деформацию и меньшую однородность с углублениями различной формы и размера.

Наряду с термином «содержание поврежденного крахмала» при описании степени механической модификации пшеничной муки применяют другой термин – «уровень механической модификации крахмала» (mechanical starch modification) [6].

При механическом повреждении целостности крахмальных гранул повышается шероховатость их поверхности, увеличивается площадь контакта с другими компонентами (в т. ч. с водой), как следствие, возрастает водоудерживающая способность1; при существенной доле поврежденных гранул крахмала объем хлеба значительно уменьшается [5–7]. Такой эффект можно объяснить тем, что наличие в муке чрезмерного количества разрушенного крахмала приводит к отрицательным зависимостям альвеографи-ческих характеристик качества теста, а именно увеличивается водопоглотительная способность, разжижение, повышается липкость (адгезия), при этом снижается устойчивость теста [8–10].

С увеличением содержания поврежденного крахмала возрастает слеживаемость муки [11].

Путем двукратного измельчения зерна в шаровой мельнице Hackenberg S . с соавт. получили высокомеханически модифицированную пшеничную муку с уровнем механической модификации (разрушения) крахмала 7,46–8,15 г/100 г муки, тогда как в образце, полученном на вальцовой мельнице, наблюдался умеренный уровень механической модификации крахмала – 4,78 г./100 г. муки [12]. Авторами отмечено, что при замесе теста из муки с высокой степенью разрушения крахмала клейковинная сеть имела разрывы и наблюдались участки плотных скоплений, образованных гранулами крахмала.

Объяснением такого явления может служить повышенная способность разрушенных крахмальных гранул к набуханию в присутствии жидкости с образованием капиллярных мостиков между соседними частицами при возникновении сил адгезии [13]. Dörmаnn M. И Schmid H. – J. установлено, что набухшие гранулы крахмала могут сильнее взаимодействовать друг с другом, так как капиллярная сила возрастает с увеличением размера частиц [13]. Преобладание в пшеничной муке частиц размером 25–43 мкм приводит к изменению параметров клейстеризации (температуры, вязкости) [14–16]. Также могут возникать изменения на молекулярном уровне при взаимодействии поверхности механически поврежденной крахмальной гранулы с окружающим белком [5]. В результате перечисленных процессов, хлеб из муки с чрезмерно механически поврежденным крахмалом, имел низкий удельный объем. Для улучшения качества продукции из муки с высокой степенью повреждения крахмала Hacken-berg S. с соавт. было рекомендовано увеличивать продолжительность замеса теста, что будет способствовать образованию более разветвленной и непрерывной структуры клейковины [6].

Общепринятой методикой определения содержания поврежденного крахмала является амперометрическая, результат определения выражают в единицах Шопен–Дюбуа (UCD) [17].

Необходимо отметить, что наиболее целесообразно рассматривать вопрос о содержании поврежденного крахмала в муке в комплексе с другими показателями, характеризующими количество и качество белков (рисунок 2) [18], способность полимеров муки (белков, поврежденного крахмала, пентозанов) связывать различные диагностические растворители (solvent retention capacity) [19].

Цель работы – исследование взаимосвязи между содержанием поврежденного крахмала в пшеничной муке высшего сорта и способностью удерживать растворитель на примере образцов муки, выработанной на индустриальных мукомольных предприятиях и в условиях мини-производств.

Содержание белка, % базисный)

Рисунок 2. Рекомендации по выбору пшеничной муки с учетом оптимального содержания в ней поврежденного крахмала и белка для выработки целевых групп мучной продукции [18]

Figure 2. Recommendations for the selection of wheat flour taking into account the optimal content of damaged starch and protein for the production of target groups of flour products [18]

зависимости от применяемой методики оценки способности муки связывать и удерживать воду

Zharkova I.M. et al. Proceedings of VSUET, 2024, vol. 86, no. 3, pp. 193-200                            post@vestnik-vsuet.ru Объекты и методы                   а также на маркетплейсах: 11 образцов произве дены на высокопроизводительных мукомольных Объектами исследований являлись 13 образ- предприятиях (9 российских и 2 белорусских), TTAR ГПТТРПТЛШСИ! МАЛОТТ RRTPTТУРИТ» РПТТГЙ ТТПТ/ГГ»пПАТРП-          11         41                       х ^ цов пшеничной муки высшего сорта, прио ретен а 2 образца – на российских мини-предприятиях ные в магазинах розничной торговли г. Воронеж, ,        (таблица 1).
1—(    1— ^   О Ю Н сЗ			н	3		ег гт од сч
			ГТ н	’aiff sihy	УВД У УВД У вдувд	гт 3^	к Н	Я
			н		a ВД1И °oi йЧЧуЧйи.д^’Д	'Ct ГТ
			1—1	Й Й 6 и о ь ^аж ад	! ЛВДВДВД	'Ct ГТ ri rj	р
сз Н О о о о CQ о о т с В со сз о			о	a ч Й 2      £ ci “и S j	а°«вдУ .вдУз m               m - g	СО ГТ
	о а ^ i о 2 5b а ,р о ел О а сз W	Ди	00	IB о ^	|      g й Ч | 1 Ё ° вдну И|1ВД У ВДИ а вд	^’ 'Ct 'ct гт У ri	вт а И
			г-	2 Зяя	аВДВДВД ВД8ВДВД	со гт о ri	у/.	1...1Й	8.8 $1 Г
			чо	!Ли	|fll|Mi|i	со гт	V*
			«п			гт согт
			-Т	^ ей 5 2	§       Жад   = | Л    9	'Ct ri
			m		ВДвдвдвд 1/оГВДВД	гт 3^	ГЛ	ill
			ГТ	ВДйЙ|	Ifrfjfeb	'Ct ri	д
			1—1	^ § ° |^5 2	* g §5 Й § ^ ВДйРЗ щю               3	согт 04 гт
		2 ч й 5 м д 3 й о И		h!		s gp S 2 5 Й 9 о о ч|°£ >1 о	и m	^ о о_ о	ч ад STS о ° оО & о

Массовую долю влаги определяли методом высушивания в сушильном шкафу ЕМ10 по ГОСТ 13586.5, содержание поврежденного крахмала – с помощью анализатора SDmаtiс по ГОСТ ISO 17715, способность муки удерживать растворитель (solvent retention capacity, SRC) – на анализаторе SRC-Chopin по методике [19, 20].

Результаты и обсуждение

Все проанализированные образцы пшеничной муки высшего сорта соответствовали требованию ГОСТ 26574 по влажности: ее значения колебались в интервале от 9,2 до 13,1% (рисунок 3), причем минимальное и максимальное значения отмечены у образцов муки, выработанной в условиях мини-производств. Мука крупных индустриальных производителей характеризовалась значительно меньшим разбросом значений по влажности – 10,2–12,2%.

Рисунок 3. Влажность образцов пшеничной муки высшего сорта различных производителей

Figure 3. Moisture content of premium wheat flour samples from various manufacturers

Результаты определения содержания поврежденного крахмала в образцах муки на приборе SDmаtiс представлены на рисунок 4.

Рисунок 4. Содержание механически поврежденного крахмала в пшеничной муке высшего сорта различных производителей

Figure 4. Content of mechanically damaged starch in premium wheat flour of various manufacturers

Анализируя данные, представленные на рисунок 4, можно констатировать чрезмерно высокую степень повреждения крахмала в муке образцов под номером 10 и 11, выработанных на мини-предприятиях: 30,6 и 33,3 UCD (соответственно). В пшеничной муке высшего сорта крупных индустриальных производителей этот показатель варьируется в интервале 20,4–27,9 UCD, что согласуется с данными Мелешкиной Е.П. с соавт. [7]. Полученные экспериментальные данные могут быть полезны для принятия решения о способах корректировки технологического процесса с целью улучшения качества вырабатываемой мучной продукции, поскольку ряд проб имел повышенные значения UCD, что свидетельствет о бóльшем количестве разрушенных гранул крахмала. Экспериментально установлены ориентировочные значения UCD, при которых мука в большей или меньшей степени подходит для выработки определенных групп изделий. Так, для производства формового хлеба целесообразно использовать пшеничную муку с содержанием поврежденного крахмала 19–24 UCD (рисунок 2), а для производства хлеба французского типа (багет) – 17–20 UCD [4, 7, 18].

Поскольку с повышением степени механического повреждения крахмальных гранул в муке одновременного происходят изменения и в белковых веществах, то дополнительная информация о способности муки удерживать растворитель (SRC), дает возможность технологам проанализировать индивидуальный вклад каждого полимера муки (белки, поврежденный крахмал, пентозаны) в ее общую функциональность и позволит принять верное решение о целевом использовании конкретной партии муки или необходимости корректировки ее свойств или параметров технологического процесса производства мучных изделий [19]. SRC-тест (в международной классификации ААСС 56–11.02) – это сольватационный тест для муки, в котором используется избыток диагностического растворителя, создаются условия для набухания полимеров. В качестве диагностических растворителей используют деионизированную (или дистиллированную) воду, 5% водный раствор молочной кислоты, 5% водный раствор Nа 2 СО 3 , 50% водный раствор сахарозы [19, 20].

Выбор диагностических растворителей обусловлен следующим. Вода является универсальным (эталонным) растворителем, поскольку в ней способны к гидратации и набухнию все функционально значимые полимерные компоненты муки (белки, поврежденный крахмал, пентозаны), хотя и в различной степени. Глютенины способны к максимальному набуханию в разбавленном растворе молочной кислоты,

Zharkova I.M. et al. Proceedings of VSUET, 2024, vol. 86, no. 3, pp. амилопектин поврежденных крахмальных гранул (в отличие от нативного крахмала) – в разбавленном водном растворе Nа 2 СО 3 , а пентозаны – в концентрированном водном растворе сахарозы [19]. Результаты SRC-теста для проанализированных образцов пшеничной муки высшего сорта представлены в виде гистограммы на рисунок 5.

Функциональность. %:

Functionality. %:

растворитель (SCR)

Рисунок 5. пшеничной

Гистограмма способности полимеров муки высшего сорта удерживать

।   । поврежденного

' крахмала damaged starcli

.Во до поглощаемость, %

JWater absorption, %

Рисунок 6. Значения индекса эффективности глютена (GPI) пшеничной муки высшего сорта различных производителей

Figure 6. Gluten Performance Index (GPI) values of premium wheat flour from different manufacturers

Figure 5. Histogram of the solvent retention capacity of premium wheat flour polymers

Максимальные значения водопоглощаемо-сти (рисунок 5) отмечены в образцах под номерами 10 и 11 (мини-предприятия), а максимальные значения SRC для всех диагностических растворителей – в образце муки под номером 11. Среди образцов муки, произведенных крупными мелькомбинатами, образец под номером 4 обладал максимальной функциональностью глютенинов.

Сравнение данных о содержании поврежденного крахмала (рисунок 4) со значениями функциональности поврежденного крахмала (рисунок 5) свидетельствуют о наличии определенной корреляции между ними для большинства проанализированных образцов.

На основе данных SRC-теста проведен расчет индекса эффективности клейковины (GPI) по формуле [19]: GPI = SRС LА / (SRС SС + SRС Suс. ), где SRС LА , SRС SС , SRС Suс. – значения, полученные при использовании растворов молочной кислоты, карбоната натрия и сахарозы (соответственно). Полученные результаты представлены в виде гистограммы на рисунок 6.

Индекс эффективности глютена учитывает вклад в функциональность муки всех основных полимеров (глютенина, поврежденного крахмала, пентозанов), что комплексно и более объективно характеризует ее хлебопекарные свойства. Максимальное значение GPI отмечено в образце под номером 4 – 0,89, что вероятно связано с регионом выращивания зерна (на Урале и в Сибири произрастает пшеница с сильной по качеству клейковиной), минимальное значение – 0,64 в образце под номером 11, полученном на мини-предприятии.

Заключение

Анализ всей совокупности представленных в статье экспериментальных данных свидетельствует о возможности получения обширной взаимодополняющей информации о хлебопекарных качествах пшеничной муки высшего сорта с помощью амперометрического метода определения содержания поврежденного крахмала и SRC-теста с набором диагностических растворителей. Эта информация может быть использована на хлебопекарных, кондитерских и макаронных предприятиях, что позволит выбрать поставщика муки, максимально соответствующей для выработки высококачественной продукции из разных товарных сегментов (формовой хлеб, плоский хлеб (лаваш), лепешки, печенье, крекеры и т. п.). Вопрос о существовании устойчивой корреляционной зависимости между характеристиками поврежденного крахмала в муке, полученными с помощью амперометрического метода и SRC-теста, требует дальнейшего изучения.

Мука, выработанная крупными мелькомбинатами, характеризуется меньшей вариабельностью показателей качества по сравнению с мини-предприятиями. Выявленные различия в исследованных образцах муки по содержанию поврежденного крахмала и способности удерживать растворитель (SRC) могут служить основанием для дальнейшей классификации по направлениям ее использования.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-26-00275,