Технологические свойства кукурузной муки, их влияние на качество полуфабрикатов и безглютеновых макаронных изделий

За последние десятилетия в мире возросло количество людей больных на целиакию, для которых необходимым условием является соблюдение специальной диеты, исключающей глютен. Термин «глютен» обозначает белки проламиновой фракции, которые обнаруживаются в зернах злаковых культур (пшеницы, ржи, овса). Рационально расширить ассортимент диетических макаронных изделий производством безглютеновых макаронных изделий. В Украине ассортимент безглютеновых макаронных изделий обеспечивается только зарубежной продукцией из стран Европейского Союза, а именно таких производителей как «Molino di Ferro» (Италия), «Dr. Schär» (Германия), «SamMill» (Румыния), «Glutenex» (Польша) и т.д. Проблема разработки отечественной технологии безглютеновых макаронных изделий, в частности из кукурузы, является актуальной, так как известно, что кукуруза самая распространенная зерновая культура в Украине, производство которой в 2015 году составило 23216,9 тыс. т.

Согласно ГОСТ 14176 - 69 кукурузную муку производят тонкого помола, крупного по мола и обойную [1]. Однако не изучены технологические свойства этой муки - крупность, водопоглотительная способность, активность протеолитических и амилолитических ферментов и другие.

Известно, что крупность макаронной муки оказывает большое влияние на ее водопоглотительную способность, реологические свойства и качество полуфабрикатов, а также качество готовых макаронных изделий. Из макаронной муки крупитчатой структуры образуется тесто с оптимальным соотношением прочности и пластических свойств при размере частиц от 200 до 350 мкм [2]. Такая мука медленнее поглощает воду и образует более пластичное тесто по сравнению с хлебопекарной мукой. С уменьшением размера частиц муки увеличивается его водопоглотительная способность, прочность теста и уменьшается пластичность, что негативно влияет на технологические процессы и качество изделий.

Согласно ГОСТ 14176 - 69 для кукурузной муки тонкого помола остаток на сите из шелковой ткани № 23 должен быть не более 2%; для муки крупного помола и обойной - не регламентируется; остаток на сите из проволоч- ной сетки для тонкого помола не регламентируется. Для муки крупного помола остаток на сетке № 56 - 2%; для обойной остаток на сетке № 067 - 5%; проход через сито из шелковой ткани № 32 для кукурузной муки тонкого помола не менее - 30%; для крупного помола и обойной не регламентируется [1].

Для характеристики гранулометрического состава кукурузной муки, его однородности недостаточно, а влияние крупности кукурузной муки на качество макаронных изделий не изучено.

Данных о влиянии протеолитической и автолитической активности кукурузной муки на качество сырых и сухих макаронных изделий в литературе недостаточно. Однако эти показатели могут повлиять на варочные свойства макаронных изделий.

Изучение технологических свойств этих видов муки даст возможность для научного обоснования технологических параметров, применение которых обеспечит высокое качество макаронных изделий из кукурузной муки.

Объекты и методы исследований

Объектом исследований были технологические свойства разных сортов кукурузной муки различных производителей как сырья для производства безглютеновых макаронных изделий.

В работе использовали 4 образца кукурузной муки различных производителей: муку тонкого помола торговой марки «O-La-La»; муку тонкого помола производства компании «Формула здоровья», обойную - производства «Альта-Виста»; обойную - производства ЧП «Ранок».

Крупность определяли путем рассеивания муки на ситах разного размера, а именно № 27, № 35, № 38, № 43, № 61, фракции муки получили с размером гранул > 264 мкм; > 219≤264 мкм; > 195≤219 мкм; > 165≤195 мкм; > 115≤165 мкм и <115 мкм. Средний диаметр гранул и его однородность определяли на лазерном гранулометре «Mastersizer».

Показатель водопоглотительной способности определяли путем смешивания навески муки с водой, выдержки смеси 1 час и центрифугирования при 5000 об/мин в течение 15 минут и характеризовали отношением количества поглощенной воды к исходной массе навески [3].

Содержание каротиноидных пигментов определяли фотоколориметрическим методом во всех образцах муки [4].

Об активности протеолитических ферментов в муке судили по количеству образовавшегося аминного азота при гидролизе муки в суспензии в течение 1 часа при 37°С. Количество аминного азота определяли методом формольного титрования. При этом условно считали, что количество оттитрованых карбоксильных групп эквивалентно количеству связанных формальдегидом аминных групп. Чтобы ввести поправку для дикарбоновых аминокислот, раствор предварительно нейтрализовали до рН 7,0 [4].

Распространенным методом определения автолитической активности является метод автолитической пробы, характеризующий, в основном, активность амилолитических ферментов, в первую очередь а-амилазы и в-амилазы. Этим методом автолитическая активность муки оценивается по количеству водорастворимых веществ, образующихся в водно-мучной суспензии с 1 г муки и 10 см3 воды при температуре 95-98°С в течение 15 мин, которые определяют с помощью прецизионного рефрактометра [5]. Интенсивность процесса автолиза зависит от активности ферментов и податливости субстрата. Выражают автолитическую активность как количество образованных водорастворимых веществ, в процентах к сухим веществам муки.

Определение массовой доли жира в кукурузной муке осуществляли рефрактометрическим методом при экстрагировании его а-бромнафталином[6].

Замешивание теста и формование безглютеновых макаронных изделий осуществляли на лабораторном макаронном прессе «МАКМА-М». Тесто влажностью 36% замешивали в течение 10 мин и формовали в виде короткорезанной лапши.

Результаты и их обсуждение

Полученные данные, характеризующие макаронные свойства кукурузной муки по показателям крупности, однородности, водопоглотительной способности и содержания каротиноидных пигментов приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Показатели макаронных свойств кукурузной муки разных сортов

Показатели	Кукурузная мука производителей				Мука пшеничная высшего сорта
	Обойная		Тонкого помола
	«Альтависта»	ЧП «Ранок»	«O-la-la»	«Формула здоровья»
Крупность, %
>264 мкм	37,1	32,4	7,0	40,1	0,2
>219≤264 мкм	28,9	27,2	53,1	33,6	1,0
>195≤219 мкм	23,6	32,5	28,3	16,8	18,3
>165≤195 мкм	9,7	7,5	9,9	8,2	34,2
>115≤165 мкм	0,7	0,4	0,8	1,0	27,7
<115 мкм	–	–	0,9	0,3	18,6
Средний диаметр частиц, мкм	102,14	104,13	106,40	102,16	98,0
Однородность частиц, ед. пр.	0,64	0,66	0,59	0,68	0,50
Водопоглотительная способность, %	256	280	260	259	200
Содержание каротиноидных пигментов, мг/100 г	0,284	0,625	0,339	0,685	0,114

Анализируя гранулометрический состав муки, установили, что больше всего гранул по размеру крупнее 264 мкм содержит мука тонкого помола «Формула здоровья» (40,1 %), мука предприятия «Альта-виста» и ЧП «Ранок» содержит чуть меньше таких гранул (соответственно 37,1% и 32,4%), наименьшее количество самых крупных гранул имеет мука ТМ «O-la-la» (7,0 %). По количеству гранул двух самых крупных фракций (>264 мкм и >219≤264 мкм) кукурузная мука обойная производства ЧП «Ранок» и тонкого помола ТМ «O-la-la» содержит примерно 60% гранул, мука обойная производства «Альта-виста» – 66%, а мука тонкого помола производства «Формула здоровья» – 73,6 %.

Проведенными ранее исследованиями установлено, что макаронная мука содержит 55% гранул больших 219 мкм [7].

Средний диаметр частиц кукурузной муки разных производителей существенно не отличается и составляет 102,14-106,40 мкм. Эти значения незначительно больше, чем для хлебопекарной пшеничной муки – 98,0 мкм.

Таким образом, наиболее мелкой по количеству самых крупных фракций является мука тонкого помола ТМ «O-la-la» и по крупности соответствует макаронной муке. Мука тонкого помола производства фирмы «Формула здоровья» не соответствует заявленному сорту и является наиболее крупной.

Количество гранул размером от 165 мкм до 219 мкм колеблется для разных образцов муки от 25 % до 40%. Причем, их количество несколько больше в образцах с меньшим содер- жанием более крупных фракций – ТМ «O-la-la» и ЧП «Ранок», то есть эти образцы являются более однородными по размеру гранул. По показателю однородности размеров гранул наиболее однородной является мука ТМ «O-la-la» (коэффициент однородности равен 0,59).

Крупность муки, в первую очередь, будет влиять на ее водопоглотительную способность и крошковатость макаронного теста [2].

Установлено, что наивысшую водопоглотительную способность имеет кукурузная мука обойная производства ЧП «Ранок» – 280%. Другие образцы кукурузной муки имеют более низкую водопоглотительную способность 256260%. По сравнению с пшеничной мукой эти образцы имеют более высокий показатель водопоглотительной способности, несмотря на то, что крупность кукурузной муки выше. Следовательно, при замесе макаронного теста из кукурузной муки необходимо использовать большее количество воды.

Сравнивая водопоглотительную способность пшеничной и кукурузной муки, можно предположить, что на водопоглотительную способность кукурузной муки влияет ее химический состав. В частности, известно [9], что в этой муке содержится больше клетчатки.

Известно, что в процессе изготовления макаронных изделий содержание каротиноидов уменьшается, что связано с активностью фермента липоксигеназы и их окислением. Однако степень окисления каротиноидов не такая значительная, как считалось ранее. Доказано, что при изготовлении макаронных изделий часть каротиноидов переходит из свободного состояния в связанное [4]. Нами установлено, что наибольшее количество каротиноидных пигментов содержится в кукурузной муке производства «Формула здоровья» – 0,685 мг/100 г, что в 2 раза больше, чем в других образцах кукурузной муки и почти в 5 раз больше, чем в пшеничной муке. Мука производства «Формула здоровья» была наиболее крупной, в остальных образцах – больше мелких фракций. Возможно, что на содержание каротиноидных пигментов влияет крупность помола, так как при большем измельчении каротиноиды окисляются в большей степени.

В табл. 2 приведены другие показатели технологических свойств муки, которые не оценивают макаронные свойства, но влияют на варочные свойства и процесс хранения макаронных изделий.

Под влиянием протеолитических ферментов происходит расщепление белков муки на полипептиды и аминокислоты, в результате чего в нем увеличивается количество свободных карбоксильных и аминных групп [4]. Установлено, что наибольшее количество аминного азота образовалось в кукурузной муке производства фирмы «Формула здоровья» – 420 мг/100 г, что почти в 3 раза больше, чем в пшеничной муке. В обойной муке производителей «Альта-Виста» и ЧП «Ранок» количество аминного азота составляет – 280 мг/100 г, что в 2 раза больше, чем в пшеничной муке.

Таблица 2 – Показатели технологических свойств кукурузной муки

Показатели	Кукурузная мука производителей				Мука пшеничная высшего сорта
	Обойная		Тонкого помола
	«Альтависта»	ЧП «Ранок»	«O-la-la»	«Формула здоровья»
Количество аминного азота, мг % на 100 г (протеолитическая активность)	280	280	140	420	140
Автолитическая активность, % на СВ	8,9	13,4	8,9	9,5	25,9
Кислотность, град -    после изготовления -    через 3 месяца	3,6	5,0	3,2	4,4	3,0
	3,8	5,0	3,9	4,4	3,0
Содержание жира, % до СВ	3,0	3,3	2,9	2,5	0,9

Кукурузная мука тонкого помола ТМ «O-la-la» по количеству образованного аминного азота полностью соответствует пшеничной муке – 140 мг/100 г. Таким образом, для муки обойной производства «Альта-Виста» и ЧП «Ранок», а также муки «Формула здоровья», которая является наиболее крупной, протеолитическая активность выше в 2-3 раза, чем для пшеничной хлебопекарной муки и кукурузной муки тонкого помола ТМ «O-la-la».

Вероятно, что при обойном помоле в муку попадает больше периферийных частиц зерна, в которых содержится больше ферментов.

Установлено, что мука кукурузная производства ЧП «Ранок» имеет самый большой показатель автолитической активности – 13,4%. Другие образцы кукурузной муки имеют примерно одинаковые показатели – 8,9-9,5%, которые значительно ниже по сравнению с пшеничной мукой высшего сорта (29,5%).

Возможно, низкая автолитическая активность кукурузной муки может быть обусловлена невысоким содержанием амилолитических ферментов, их низкой активностью и более высокой температурой клейстеризации кукурузного крахмала.

В пшеничной муке высшего сорта массовая доля жира составляет от 0,9% до 2,0% к сухим веществам. В соответствии с ГОСТ 13634 – 90 [8] содержание жира в кукурузной муке не должно превышать для тонкого помола – 2,5 % к СВ, а крупного помола – 3,0 % к СВ. Установлено, что все образцы кукурузной муки, кроме обойной производства ЧП «Ранок» (содержание жира 3,3 % к сухим веществам) соответствуют требованиям ГОСТ 13634 – 90.

Титруемая кислотность муки не нормируется стандартами, но определяется на практике при хранении крупных партий муки для оценки ее свежести. Кислотность обусловлена наличием свободных жирных кислот, кислых солей фосфорной кислоты, небольшого количества органических кислот. По показателю кислотности можно судить о пригодности муки для дальнейшего использования. Кислотность кукурузной муки не должна превышать 4 град. Срок хранения кукурузной муки составляет 3-6 месяцев [2]. При низких температурах (0°С и ниже) срок хранения муки продолжается до двух лет и более.

Как свидетельствуют данные, после изготовления кислотность муки производителей «Альта-Виста» и ТМ «O-la-la» соответствовала стандартам. У муки кукурузной обойной производства ЧП «Ранок» и тонкого помола производства фирмы «Формула здоровья» кислотность превышала требования стандарта и составляла 5,0 град и 4,4 град соответственно. За 3 месяца хранения кислотность муки производителей «Альта-Виста» и ТМ «O-la-la» несколько увеличилась, однако оставалась в пределах требований нормативной документации (не более 4 град.).

Предварительные поисковые исследования производства безглютеновых макаронных изделий из кукурузной муки разных производителей показали, что макаронные изделия не образуются в случае использования только муки обойной производства «Альта-Виста» или ЧП «Ранок» и тонкого помола производства «Формула здоровья или ТМ «O-la-la».

Использование в качестве структурообра-зователя только крахмала в сухом виде тоже не дало позитивного результата. В этих опытах крахмал не выполнял своей роли структурооб-разователя, поскольку температура теста составляла 48-50°С и не достигала температуры клейстеризации крахмала. Поэтому для производства безглютеновых макаронных изделий из кукурузной муки дополнительно использовали камедь ксантана в сухом виде.

Показатели качества безглютеновых макаронных изделий из кукурузной муки разных сортов с использованием крахмала и камеди ксантана в качестве структурообразователей приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что лучшее качество имеют макаронные изделия из кукурузной муки тонкого помола производства ТМ ««O-la-la». По сравнению с остальными образцами макаронных изделий из кукурузной муки они имеют гладкую поверхность, стекловидный излом, большую прочность – 5,6 Н и меньший переход сухих веществ в варочную воду – 25,8% к СВ.

Таблица 3 – Показатели качества безглютеновых макаронных изделий из кукурузной муки разных сортов

Показатели	Изделия из кукурузной муки обойной производства		Изделия из кукурузной муки тонкого помола производства
	«Альта-виста»	ЧП «Ранок»	ТМ «O-la-la»	«Формула здоровья»
	с использованием крахмала (30 %) и ксантана (0,5 %)
Органолептические показатели
Поверхность	шероховатая		гладкая	шероховатая
Цвет	Кремовый
Излом	мучнистый		стекловидный	мучнистый
Физико-химические показатели
Прочность, Н	2,1	–	5,6	1,9
Варочные свойства
Сохранение формы	не сохраняется		сохраняется	не сохраняется
Переход сухих веществ в варочную воду, % к СВ	32,2	развариваются	25,8	33,5

Анализируя результаты исследования качества макаронных изделий из муки разной крупности, для разработки технологии без-глютеновых макаронных изделий следует рекомендовать муку тонкого помола.

Как показано выше, кукурузная мука имеет высшую водопоглотительную способность по сравнению с пшеничной мукой, поэтому необходимо исследовать влияние влажности на качество макаронных изделий из кукурузной муки.

Как установлено нами ранее в проведенных условиях опыта, лучшее качество пшеничных макаронных изделий достигается при влажности теста 34%. Влажность теста из кукурузной муки исследовали в пределах 34-37% (табл. 4).

Таблица 4 – Влияние разной влажности теста на показатели качества макаронных изделий

Показатели	Изделия из кукурузной муки тонкого помола ТМ «O-la-la и ксантана (0,5 %)
	Влажность теста, %
	34	35	36	37
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Поверхность	шероховатая	слегка шероховатая	гладкая
Цвет	кремовый
Излом	мучнистый	слегка мучнистый	стекловидный	слегка мучнистый
Запах	свойственный кукурузной муке
Вкус	свойственный кукурузной муке
Прочность, Н	6,0	6,6	7,0	6,3
Сохранение формы	сохраняется, изделия не слипаются
Переход сухих веществ в варочную воду, % к СВ	30,2	27,8	26,9	29,9

Установлено, что наилучшее качество макаронных изделий из кукурузной муки тонкого помола ТМ «O-la-la» достигается при влажности теста 36 %.

Заключение

Наиболее мелкой по количеству самых крупных фракций (7% – размер частиц >264 мкм) и наиболее однородной является мука тонкого помола ТМ «O-la-la», которая по крупности соответствует макаронной муке.

Несмотря на более высокую крупность, водопоглотительная способность кукурузной муки в 1,3-1,4 раза выше, чем хлебопекарной пшеничной муки, что требует увеличения влажности теста для производства макаронных изделий.

Каротиноидные пигменты содержатся в кукурузной муке более крупного помола в большем количестве.

Для муки обойной производства «АльтаВиста» и ЧП «Ранок», а также муки «Формула здоровья», протеолитическая активность выше в 2-3 раза, чем для пшеничной хлебопекарной муки и кукурузной муки тонкого помола ТМ «O-la-la».

Автолитическая активность кукурузной муки почти в 2 раза ниже, чем автолитическая активность пшеничной муки.

Результаты исследования показателей качества разных сортов кукурузной муки показали, что для разработки технологии без-глютеновых макаронных изделий следует рекомендовать муку кукурузную тонкого помола.