Опыт отечественных и зарубежных ученых в использовании микроскопии как перспективного метода для изучения пищевых продуктов

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 исследователей, каждый фрагмент цифрового изображения может рассматриваться как комплексная информация, которая доступна для последующего изучения и анализа [6, 7].

Использование методов электронной микроскопии внесло огромный вклад в понимании протекания биохимических и коллоидных процессов, происходящих при замесе теста, выпечке хлеба и процессах, происходящих в результате черствения хлеба. Ещё

Н.П. Козьмина в 1971 году [3] приводит данные, характеризующие биохимические процессы, протекающие на последовательных стадиях приготовления хлеба. Особое место автор отводит изучению структуры извлеченного из мякиша хлеба крахмала и отмечает, что клейстеризации подвергаются в основном наружные слои его зерен. Полученные данные позволяют понять причины увеличения значения показателя «крошковатость» в процессе хранения готовых изделий. Благодаря фотографиям, полученным при использовании сканирующего микроскопа, отмечается, что денатурированная клейковинная пленка образовала тонкие тяжи, облекающие частично клейстеризованные зерна крахмала.

В настоящее время очень мало российских исследователей занимается использова- нием передовых методов электронной сканирующей микроскопии для изучения микроструктуры теста и хлеба. Наиболее глубокие данные представлены Богатыревой Т.Г. и ее коллегами [1, 2]; в своих исследованиях они отмечают, что образцы существенно отличаются друг от друга как по размеру пор, так и по неоднородности распределения структурных элементов по всему объему. Можно выделить наличие как крупных, так и мелких пор. При этом выделяется их неравномерное распределение по всему объему структуры: на отдельных участках поры отсутствуют, на других наблюдается их большое скопление. Метод позволил выявить колебание размеров пор от 10–20 мкм до 0,1 мм.

Зарубежные ученые широко используют возможности электронной сканирующей микроскопии для выявления действия улучшите-лей на микроструктуру таких компонентов хлеба, как крахмал и белок, и их взаимодействие. Так, испанские ученые во главе R. Altamirano-Fortoul [8–10] провели исследование структуры корки и подкоркового слоя хлеба с добавлением улучшителей и без. В контрольных образцах исследователи [8] отмечают для коркового слоя наличие округлых и продолговатых зерен крахмала, окруженных белковой матрицей. Влияние улучшителей выражается в увеличении размера зерен крахмала, полностью помещенных в белковую матрицу. Отмечается, что это существенно сокращает подвижность молекул белков и их способность к диффузии молекул воды. Корковый слой изделий характеризуется компактной структурой, с более высокой деформацией гранул крахмала и более развитой белковой матрицей, что замедляет процессы черствения.

Исследователям во главе G.H. Gangadha-rappa и его коллегам [14, 16, 17] при помощи метода электронной сканирующей микроскопии впервые удалось исследовать структуру компонентов цельнозерновой муки различной степени помола (рис. 1).

Исходя из полученных данных, авторами отмечается что гранулы крахмала компактно упакованы в агрегаты белковой матрицы. Использование более тонкого помола приводит к повреждению большей части зерен крахмала

Рис. 1. Фотографии исследуемых образцов муки, полученные с использованием электронной сканирующей микроскопии: S – гранулы крахмала; LS – крупные гранулы крахмала;

P – белковая матрица [14]

и увеличению водопоглотительной способности муки. Использование микрофотографий образцов позволило подобрать исследователям оптимальный способ и размер помола исследуемых образцов.

Значительный вклад в изучении микроструктуры зерна и зернопродуктов внес К. Хосни [6]. Он использовал электронную сканирующую микроскопию в изучении структуры зерна пшеницы, ячменя, проса, ржи, риса, кукурузы и др. Автором подробно приводятся результаты изучения морфологии теста до и после брожения, а также свежего хлеба. Полученные данные автор [6] описывает следующим образом: в замешенном хлебопекарном сырье присутствуют сильно гидратированные белки клейковины и составляют непрерывную фазу системы, а крахмал равномерно распределен в массе белка. Также отмечается наличие диспергированных клеток дрожжей.

До выпечки структура теста состояла из гладких, круглых, сферических гранул крахмала различных размеров и коагулированного белка. После выпечки некоторые крупные и мелкие гранулы четко различимы и некоторые компоненты свежего хлеба имели набухшую, слегка удлиненную форму, что связано с процессом набухания крахмала. Присутствуют крахмальные зерна почти не затронутой морфологиче- ской структуры. Благодаря полученным трехмерным фотографиям исследователи отмечали в одних образцах наличие плотной морфологической структуры, а в других выделяли отдельные зерна крахмала [4, 5, 20].

Дополнительные качественные наблюдения микрофотографий указывали на более выраженную кластеризацию зерен гранул крахмала.

В конце периода хранения изучение микрофотографий хлеба показало нарушения в структуре мякиша хлеба. Появились неупорядоченные, нечетко различимые компоненты. Гранулы крахмала оказались более повреждены и отделены от белковой матрицы [11, 12, 13, 21].

На основании вышесказанного можно отметить, что электронная сканирующая микроскопия является перспективным методом как для отечественных, так и зарубежных ученых в изучении структуры зерномучных товаров. Благодаря данному методу можно изучить сущность протекания биохимических и коллоидных процессов, происходящих при замесе теста, выпечке хлеба и процессах, происходящих в результате черствения хлеба.

Из недостатков метода необходимо отметить, что метод необходимо использовать в совокупности с комплексными химическим исследованиями, для получения наглядного подтверждения предположения ученых, что создает полноценную комплексную оценку происходящих процессов в процессе изготовления и хранения зерномучных товаров.

Рис. 2. Фотографии исследуемых образцов муки, полученные с использованием электронной сканирующей микроскопии: G – зерна крахмала, C – воздушная полость, P – белковая матрица, D – повреждение зерна крахмала [15]