Влияние некоторых факторов на водоудерживающую и жироудерживающую способности тыквенной муки

В настоящее время в как в развитых, так и в развивающихся странах питание населения не отвечает нормам здорового образа жизни, что вызвано многими причинами, в числе которых развитие пищевой промышленности, ориентированной на использование сверхочищенных сырьевых ингредиентов, большого количества пищевых и технологических добавок – красителей, ароматизаторов, консервантов и др., а также установившаяся структура питания, основанная на употреблении калорийных продуктов, содержащих повышенные количества углеводов и жиров и обедненных многими необходимыми нутриентами – белками, пищевыми волокнами, витаминами, минераль-ными веществами. В связи с этим первостепенной задачей пищевой промышленности является преодоление сложившейся ситуации. Одним из решений данной проблемы является производство функциональных продуктов питания, обладающих выраженным оздоровительным эффектом для человека и предназначенных для каждодневного систематического применения [1,2]. Интерес к функциональным продуктам возрастет с каждым годом и это вполне понятно, так как данные пищевые продукты не дань сиюминутному увлечению, а необходимость, обусловленная распространением болезней, связанных именно с характером питания. Функциональность пищевым продуктам чаще всего придает обогащение традиционного про- дукта функциональными ингредиентами, содержащими необходимые пищевые вещества. Источником этих веществ может быть нетрадиционное для данного производства сырье.

В качестве перспективного источника функциональных веществ ученые и специалисты пищевой отрасли рассматривают тыкву и продукты ее переработки [3-5].

Материалы и методы исследования

Объектом исследования были выбраны семена тыквы местного сорта «Ироди», а также рецептура и технология национальной таджикской халвы с использованием данной муки. Сырьем для приготовления муки послужили семена тыквы местного сорта «Ироди», выращенной в Файзабадском районе Республики Таджикистана в 2021 году.

Содержание основных пищевых веществ и физико-химические показатели сырья и готовой продукции определяли по методикам, приведенным в литературных источниках и ГОСТах:

- белка колориметрическим и рефрактометрическим методами, крахмала – поляриметрическим методом, клетчатки - гравиметрическим методом по Кюршнеру и Ганеку, влажность и зольность – также гравиметрическим методом [6]. Кислотность исследуемого объекта определялась методом кислотноосновного титрования, содержание жиров – рефрактометрическим и гравиметрическим методом [7]. Органолептические показатели готовой халвы определяли по ГОСТ [7].

Результаты и их обсуждение

Ранее нами был исследован химический состав семян тыквы сорта «Ироди», выращиваемой в Таджикистане. Целью наших исследований было использование муки из семян тыквы в технологии мучных кондитерских изделий. В муке из семян тыквы было определено содержание белков, углеводов, минеральных веществ, жиров. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав семян тыквы сорта «Ироди»

Белки			Крахмал	Клетчатка	Зольность	Жиры
Общее кол-во	Растворимые	Нерастворимые
30,8	20,8	10,00	8,1	15,4	3,9	38,8

Установленный химический состав доказывает, что мука из семян тыквы сорта «Ироди» обладает свойствами функционального ингредиента. Так, содержание крахмала и клетчатки соответственно составляет 8,1 и 15,4%. Клетчатка, относящаяся к нерастворимым пищевым волокнам, является неотъемлемым компонентом пиши, предназначенным для нормального функционирования органов пищеварения и профилактики многих болезней желудочно-кишечного тракта, а также очищения организма от токсикантов. По данным специалистов-диетологов, суммарное потребление пищевых волокон в сутки должно составлять 30-35 г, из них нерастворимых – 2530 г [8]. По этому показателю мука из семян тыквы может считаться функциональным сырьем. Содержание минеральных веществ в муке из семян тыквы по сравнению с пшеничной мукой высшего сорта больше на 2,32%. Внесение тыквенной муки взамен пшеничной в рецептуру мучных кондитерских изделий позволит обогатить изделия минеральными веществами, что придаст функциональную направленность продуктам. Мука из тыквенных семян по сравнению с пшеничной мукой содержит также больше белков. Если в пшеничной муке высшего сорта содержится 9,7% белков, то в тыквенной – 30,8%, причем большую часть (20,8%) составляют растворимые белки. По данному показателю тыквенная мука также может быть отнесена к функциональным ингредиентам. Положительным свойством тыквенной муки, обуславливающей целесообразность ее применения в технологии кондитерских продуктов, является практические отсутствие клейковины. Это свойство имеет значение в технологии мучных кондитерских изделий, так как для их производства применяется мука с содержанием 28-30% слабой клейковины.

Замечательным свойством тыквенной муки является содержание 38,8% масла, в состав которого входит до 40% линолевой кислоты. Кроме линолевой кислоты в состав тыквенного масла входит линоленовая кислота, хотя и в меньшем количестве [9]. Повышенное содержание масла позволит не только обогатить готовое изделие полиненасыщенными жирами, но также уменьшить количество твердого насыщенного жира – сливочного масла или маргаринов, применяемых в технологии мучных кондитерских изделий. Таким образом, тыквенное масло и его жирнокислотный состав – это еще одна причина считать тыквенную муку функциональным ингредиентом в технологии пищевых продуктов, в том числе мучных кондитерских изделий.

Однако для рационального использования новых видов сырья, определения областей их применения необходимо также исследовать их функционально-технологические свойства, определяющие поведение данного сырья в процессе технологической обработки и хранения готового продукта [10]. Функциональнотехнологические свойства сырья важны и значимы в производстве многих пищевых продуктов. Они влияют на органолептические и структурно-механические свойства, на выход продукции, на снижение калорийности продукта, характеризуют способность сырья загущать системы в процессе технологической обработки.

В технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий немаловажное значение имеют водоудерживающая и жироудерживающая способности сырья.

В связи с этим, нами были определены такие функционально-технологические свойства муки из семян тыквы сорта «Ироди», как водоудерживающая и жиросвязывающая способности. Водоудерживающая (водосвязывающая) способность характеризует свойства сырья (продукта) абсорбировать и прочно связывать свободную влагу в процессе технологической обработки пищевого продукта за счет присутствия гидрофильных групп.

Жироудерживающая способность определяется свойством сырья адсорбировать жир за счет гидрофобных соединений в составе сырья. В хлебобулочной и кондитерской отраслях высокая водо- и жиросвязываюая способность сырья замедляют черствение и продлевают срок годности продукта [11].

Результаты определения водоудерживающей и жиросвязывающей способности муки из семян тыквы представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Функционально-технологические свойства муки из семян тыквы

Сырье	ВУС,%	ЖУС,%
Мука из тыквенных семян	116,18	114,28
Пшеничная мука	85,43	81,96

Традиционный основной сырьевой компонент мучных кондитерских изделий – пшеничная мука высшего сорта, имеет невысокую водоудерживающая способность и набухаемость. Несколько большее значение данного показателя имеет пшеничная мука первого сорта, что обусловлено большим содержанием пищевых волокон в муке при увеличении ее выхода. Результаты определения водосвязывающей способности муки из семян тыквы показали, что тыквенная мука обладает более высокой водоудерживающей способностью, чем пшеничная мука. Водоудерживающая способность тыквенной муки на 36,8% или в 1,5 раза выше, чем у пшеничной муки. Очевидно, это связано с большим содержанием в составе муки из семян тыквы белков и пищевых волокон. На водоудерживающую и жиросвязывающую способность помимо количественного содержания влияет также состав указанных ингредиентов, соотношение кислых и основных аминокислот в белках, число и расположение  гидрофильных и гидрофобных участков  на поверхности макромолекул. Известно, что водоудерживающая способность растворимых белков больше, чем нерастворимых, а такими является большая часть белков тыквенной муки. В литературных источниках также указывается, что адсорбирующая способность нерастворимых пищевых волокон, к которым относится клетчатка, выше, чем растворимых, таких как пектины, гемицеллюлоза, пентозаны и др. [12].

Тыквенная мука обладает также более высокой жиросвязывающей способностью, чем пшеничная мука. Этот показатель для тыквенной муки на 14,12% или в 1,15 раза больше, чем для пшеничной муки. Жиросвязывающая способность тыквенной муки также обусловлена большим содержанием белков и углеводов, в том числе крахмала и, в основном, пищевых волокон, которые обладают не только гидрофильностью за счет гидроксидных групп, но и гидрофобным участками молекулы, адсорбирующими и связывающими жир. В связи с этим, внесение муки из семян тыквы в рецептуры мучных кондитерских продуктов, потребительские качества которых во многом зависят от способности связывать жир и воду, является целесообразным.

Технология производства мучных кондитерских продуктов предполагает нагревание и выдерживание смеси при заданной высокой температуре. Имеют значение также такие факторы, как соотношение различных видов сырья, например, соотношение муки и воды (жира), а также время и способ обработки.

Установление зависимости функционально-технологических свойств сырья от указанных факторов необходимо для установления оптимальных технологических режимов производства готового продукта.

С целью определения влияния температуры на функционально-технологические свойства тыквенной муки и сравнения их со свойствами пшеничной муки определяли их водо- и жиросвязывающую способность при температурах от 20 до 1000С с шагом в 200. Исследовалось также влияние способа обработки тыквенной муки водой и жиром. По одному из способов, названных в литературе «заваривание» [13], образцы муки обрабатывались водой (жиром), нагретой до необходимой температуры. По второму способу водную (жировую) суспензию муки нагревали до требуемой температуры постепенно. Данный способ назван авторами [13] нагреванием.

Зависимость водоудерживающей способности тыквенной и пшеничной муки от температуры и способа обработки представлена в таблице 3.

Таблица 3 – Влияние температуры и способа обработки на водосвязывающие свойства тыквенной и пшеничной муки

Способ обработки	Температура, 0С
	20	40     1	60     1	80     1	100
Тыквенная мука
Заваривание	114,9 %	105,7%	104,95%	116,16%	108,23%
Нагревание	114,19%	149,01%	137,22%	186,5%
Пшеничная мука
Заваривание	77,37%	69,68%	67,94%	211,96%	127,26%
Нагревание	77,37%	151,42%	282,47%	288,34%

Проведенным экспериментами установлено, что водоудерживающая способность тыквенной и пшеничной муки зависит как от температуры, так и от способа обработки. Водоудерживающая способность тыквенной муки при втором способе обработки, то есть при «нагревании» выше, чем при «заваривании» муки нагретой водой. Однако характер зависимости данного показателя от температуры различен для исследованных видов муки и связан со способом обработки сырья водой. Более наглядно это различие видно на рисунке 1. Как видно из представленного рисунка, водоудерживающая способность тыквенной муки при обработке нагретой водой (заваривание) незначительно понижается при повышении температуры от 40 до 600С, затем при повышении температуры до 800С увеличивается и составляет 115%, затем при 1000С вновь понижается до прежнего значения. При «нагревании» водоудерживающая способность тыквенной муки повышается при 400С, затем при 600С – понижается и вновь увеличивается, достигая при 800С максимального значения.

—е- тк.м/з

-■- пш.м/з

-*- тк.м 2/н

-и- пш.м 2/н

Рисунок 1. Зависимость водоудерживающей способности тыквенной и пшеничной муки от температуры и способа обработки

Как при заваривании, так и при нагревании наибольшая водоудерживающая способность проявляется при 800С. Такое изменение водоудерживающей способности, вероятно, связано с физико-химическими изменениями белков и углеводов, которые обеспечивают данный функционально-технологический показатель [14].

При нагревании тыквенной муки, содержащей более 30% белков, большая часть которых являются растворимыми, при постепенном увеличении температуры до 400С происходит набухание белков и переход их в раствор, а также их гидратация. При этом свернутые молекулы белков разворачиваются, появляется возможность прочного связывания адсорбированных молекул воды. За счет этих процессов и возрастает увеличение водоудерживающей способности тыквенной муки. Уменьшение данного показателя при дальнейшем повышении температуры до 600С вероятнее всего связано с денатурацией белков, которая у большинства белков наступает при 50-600. При денатурации молекулы белка изменяют конфигурацию и разворачиваются таким образом, что на их поверхности появляется большое количество ранее скрытых конформацией белка радикалов или функциональных групп [15]. Если за счет гидрофильных групп – карбоксильных, гидроксидных и аминогрупп, размещенных на поверхности, белковые молекулы способны связывать значительное количество воды, то при увеличении на поверхности молекулы гидрофобных групп уменьшается сродство к воде и водоудерживающая способность уменьшается. Температура денатурации индивидуальная для каждого белка, но в среднем она лежит в диапазоне от 40-до 650С. Видимо, при нагревании денатурация белков тыквенной муки приводит к освобождению гидрофильных групп и появлению их на поверхности молекулы, что наряду с набуханием, переходом их в раствор, а также гидратацией белков, становится причиной увеличения водоудерживающей способности тыквенной муки. Последующее повышение температуры увеличивает число гидрофобных групп, вследствие чего данный функционально-технологический показатель понижается.

Изменение водоудерживающей способности тыквенной муки связано также, на наш взгляд, с взаимодействием частично денатурированных молекул белка с таким важным компонентом тыквенной муки, как липиды. Взаимодействие белков и липидов заключается в образовании связей между освободившимися в результате денатурации функциональными группами молекулы белка и свободными карбоксильными группами жирных кислот. Образовавшиеся комплексы белков с жирными кислотами липидов стабилизируют белки и замедляют процесс денатурации. Это взаимодействие становится более возможным под влиянием повышения температуры. В результате этого полипептидные цепи молекулы белка находятся среди полярных групп липидов, ориентированные таким образом, что гидрофильные участки ориентированы к молекулам воды, а гидрофобные - к жиру. Таким образом, влияние температуры на водосвязывающую способность тыквенной муки зависит от указанных физико-химических процессов, для которых оптимальным является температура 800С. В повышении водоудерживающей способности воды при 800С не меньшее значение имеют изменения полисахаридов. Как известно, именно при этой температуре начинается клейстеризация крахмала. Этот процесс происходит именно при температуре 75-800С и сопровождается увеличением гидрофильности крахмала.

И хотя содержание крахмала в тыквенной муке составляет всего 8,1%, тем не менее, влиянием указанного процесса на водоудерживающую способность нельзя пренебрегать. Но более значительный вклад в увеличении водоудерживающей способности тыквенной муки вносит такой полисахарид, как клетчатка, содержание которой почти в два раза больше по сравнению с крахмалом. Клетчатка обладает большим количеством гидроксильных групп и развитой системой субмикроскопических капилляров, что определяет ее способность поглощать и удерживать воду. При повышении температуры увеличивается набухаемость клетчатки, что ведет к увеличению водоудерживающей способности тыквенной муки.

При «заваривании», когда мука обрабатывается уже нагретой водой, превалирующим процессом становится денатурация белков, а не их набухание и растворение. В связи с этим, водоудерживающая способность изменяется очень незначительно, практически не меняется. Причиной повышения указанного свойства тыквенной муки при 800С, возможно, является клейстеризация крахмала. Это косвенно подтверждается тем, что повышение в водоудерживающей способности тыквенной муки коррелирует с небольшим содержанием крахмала, которое в тыквенной муке составляет всего 8,1%.

Для пшеничной муки изменение водоудерживающей способности в зависимости от способа обработки и температуры значительно отличается по сравнению с мукой из семян тыквы. При «нагревании» водоудерживающая способность пшеничной муки с ростом температуры от 20 до 600С резко увеличивается и по достижении температуры нагрева 600С продолжает увеличиваться, однако гораздо медленнее. При «заваривании» водоудерживающая способность пшеничной муки в интервале температур 20-600С практически не изменяется. Затем резко возрастает при 800С, после чего вновь уменьшается.

Исследуемые функционально-технологические свойства пшеничной муки обусловливаются прежде всего углеводами, в основном крахмалом, содержание которого в пшеничной муке составляет до 76-80%. При технологических операциях, связанных с термическим воздействием, крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстер-изации, в нем могут протекать процессы деструкции и агрегации молекул. Водоудерживающая способность связана с процессом набухания молекул крахмала, которые при набухании поглощают большое количество воды. Этот процесс увеличивается при повышении температуры.

Одновременно происходит раскрытие спиралевидной макромолекулы крахмала, в результате чего образуются довольно прочные химические связи между молекулой воды и гидроксидными группам крахмала. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур 60... 100 °С) набухание крахмаль- ных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.

Тыквенная и пшеничная мука различаются и по жироудерживающей способности и зависимости этого показателя от температуры и способа обработки, что показывают данные, представленные в таблице 4 и на рисунке 2. Согласно полученным результатам, жироудерживающая способность пшеничной муки как при заваривании, так и при нагревании ниже, чем у тыквенной муки.

При повышении температуры при заваривании жироудерживающая способность тыквенной муки понижается, достигая при 600С 80,29%, затем постепенно повышается и при 1000С составляет 104,70%.

Таблица 4 – Влияние температуры и способа обработки на жиросвязывающие свойства тыквенной и пшеничной муки

Способ обработки	Температура, 0С
	20	40      1	60           1	80          1	100
Тыквенная мука
Заваривание	113,42 %	97,90%	80,29%	96,96%	104,70%
Нагревание	113,42%	104,75%%	98,27%%	107,27%
Пшеничная мука
Заваривание	99,33%	66,80%	59,18%	69,43%	68,76%
Нагревание	99,33%	88,88%	131,28%	86,98%

При втором способе обработки (нагревании) жироудерживающая способность тыквенной муки хотя и имеет большие значения, чем при заваривании, но зависимость от температуры такая же, как и в первом способе. Наименьшее значение жироудерживающей способности также проявляется при 600С.

—•— тк.м/з

-■- пш.м/з

-*- тк.м 2/н

-е- пш.м 2/н

Рисунок 2. Зависимость жироудерживающей способности тыквенной и пшеничной муки от температуры и способа обработки

Снижение жироудерживающей способности при повышении температуры возможно объясняется началом необратимой денатурации белков тыквенной муки, которая усиливается при повышении температуры. При дальнейшем повышении температуры на этот показатель влияют уже физико-химические и биохимические процессы, происходящие с крахмалом и целлюлозой. Жироудерживающая способность крахмала и клетчатки обуславливается их взаимодействием с жирами с образованием гликолипидов, а также адсорб- цией молекул жира поверхностью полисахаридов. Как отмечалось выше, при повышении температуры происходит развертывание спиралевидной макромолекулы полисахаридов. При этом на гидрофобных участках молекулы полисахарида становятся более доступными для взаимодействия с молекулами жира. Кроме того, повышение жироудерживающей способности как тыквенной муки, так и пшеничной можно объяснить наличием субмикроскопических капилляров, имеющихся в клетчатке [13] Всасыванием большого количества жира в них также обеспечивается увеличение жироудерживающей способности при повышении температуры.

Кривая зависимости жироудерживающей способности пшеничной муки от температуры при заваривании подобна кривым данной зависимости для тыквенной муки. Из чего следует, что проявление указанной зависимости связано с теми же процессами, что и для тыквенной муки. При нагревании до 400С жироудерживающая способность пшеничной муки сначала понижается, затем резко возрастает при достижении температуры 600С, затем вновь понижается. По-видимому, первоначальное снижение жироудерживающей способности связано с денатурацией альбуминов и глобулинов - водорастворимых белков пшеничной муки, вследствие чего снижается набухаемость и гидратация белков. При дальнейшем повышении температуры увеличивается степень набухае-мости и гидратации крахмала, и, как следствие, повышается жироудерживающая способность пшеничной муки.

Заключение,выводы

Исходя из полученных результатов, можно считать целесообразным замену части пшеничной муки мукой из семян тыквы при приготовлении мучных кондитерских изделий, свойства которых зависят от таких функционально-технологических свойств используемого сырья, как водоудерживающая и жироудерживающая способности. Смешивание рецептурных компонентов желательно проводить при комнатной температуре или при 800С. При данной температуре проявляется наибольшая водоудерживающая и жироудерживающая способности. Обработку сырья желательно проводить методом нагревания. Кроме того, необходимо отметить, что исследованные показатели сравнительно устойчивы при повышенных температурах.