Влияние способа подготовки зерна ржи на его микроструктуру и показатели безопасности

Одним из основных вопросов в хлебопекарной промышленности в настоящее время является разработка и внедрение новых видов изделий повышенной пищевой ценности. К перспективному направлению обогащения продуктов относится использование целых зерновых культур.

Медицинские требования науки о здоровом питании по увеличению потребления изделий из смеси ржаной и пшеничной муки, обладающих полезными свойствами и более низкой стоимостью, многими предприятиями РФ не достигнуты. Поэтому, несмотря на многообразие хлебобулочных изделий массового потребления из смеси ржаной и пшеничной муки и предлагаемых новых, явно недостаточно обновляется ассортимент за счет прогрессивных технологий и решение данных вопросов является актуальным.

Расширить ассортимент хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки можно за счет применения целого зерна ржи. Немецкой фирмой «Ирекс» разработан способ приготовления изделий из смеси ржаной и пшеничной муки с добавлением целого подкисленного зерна ржи «Сафткорн».

На кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств» Воронежского государственного университета инженерных технологий разработаны технологии хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с внесением целого предварительно набухшего зерна ржи «Авангард», отличающиеся способом его подготовки: 1 – с применением ферментного препарата «ВискоСтар 150Л»; 2 – с выдерживанием в культуральной среде с молочнокислыми бактериями L. рlantarum -38.

Полученные способы позволили получить зерно, которое по твердости незначительно отличалось от зерна «Сафткорн» [1]. Однако последнее обладало меньшей твердостью, что, по-видимому, обусловлено его микроструктурой.

С увеличением влажности зерна свыше 15,5 % активность амилолитических, протеолитических, липолитических и других ферментов возрастает, что способствует постепенному накоплению продуктов гидролиза крахмала, белка и жира. Это приводит к изменению микроструктуры и технологических свойств зерна.

Кроме того, набухшее зерно является благоприятной средой для развития микроорганизмов.

Поэтому целью исследований явилось изучение влияния способов подготовки зерна ржи на его микроструктуру и показатели безопасности.

В ходе эксперимента проводили определение микроструктуры, содержания токсичных элементов (кадмий, свинец, ртуть, мышьяк) и микробиологических показателей зерна ржи «Сафткорн» и «Авангард».

Зерно ржи подготавливали тремя способами: 1 - зерно «Сафткорн» предварительно выдерживали в воде температурой (85 ± 5) ºС в течение 2 ч при гидромодуле 1:2; 2 - зерно ржи «Авангард» предварительно очищали от сорной и зерновой примеси, мыли и оставляли для набухания на 27 ч при 30-35 ºС в электрохимически активированном водном растворе (ЭВР) (рН 4,5-5,0) с 0,8 % ферментного препарата (ФП) «ВискоСтар 150Л», после промывали питьевой водой ; 3 - зерно «Авангард» увлажняли до влажности 44 % путем выдерживания в воде температурой (20 ± 2) °С в течение 24 ч, после его промывали стерильной водой температурой (75 ± 5) °С для обеззараживания и охлаждали до 35-40 °С. Далее набухшее зерно ржи помещали в культуральную среду с молочнокислыми бактериями L. plantarum -38, выдержанными 96 ч (гидромодуль 1:2). Этот процесс осуществляли в термостате при 35 °С в течение 72 ч. Обработанное зерно высушивали при температурах 40-60 °С до влажности (20 ± 2) %.

Микроструктуру зерна ржи получали с помощью электронного сканирующего микроскопа JSM-6380 LV (Япония, Jeol). Исследования проводили в низковакуумном режиме (60 Па) при увеличении в 500 и 1000 раз и ускоряющем напряжении 15 кВ.

Микробиологическую чистоту зерна оценивали путем определения в нем общего числа мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (МАФАнМ), плесневых грибов и дрожжей.

Микроструктура поверхности зерна представлена на рисунке 1.

На электронных фотографиях видно, что плодовая оболочка зерна «Сафткорн» разрушена в большей степени по сравнению зерном ржи «Авангард», подготовленного по второму и третьему способу.

Рисунок 1. Поверхность целого зерна ржи (×1000), подготовленного по способу: а – 1, б – 2, в – 3 (1 – молочнокислые бактерии)

Также на поверхности подкисленного зерна ржи «Авангард» были обнаружены молочнокислые бактерии в виде палочек размером (3-8) × (0,7-1,0) мкм (рисунок 1в).

Микроструктура оболочки и эндосперма зерна представлена на рисунках 2 и 3 со- ответственно.

Рисунок 2. Оболочка зерна ржи (×500), подготовленного по способу: а – 1, б – 2, в – 3 (1 – плодовая оболочка, 2 – алейроновый слой, 3 – зерно крахмала, 4 – белковые глобулы, 5 – воздушные полости)

а)

б)

в)

Рисунок 3. Центральная часть эндосперма подкисленного зерна ржи (×500), подготовленного по способу: а – 1, б – 2, в – 3 (1 – крупное зерно крахмала, 2 – мелкое зерно крахмала, 3 – белковые глобулы, 4 – воздушная полость)

Из рисунков 2 и 3 видно, что в клетках имеются пустоты. Это связано с тем, что белковая матрица частично израсходована на питание зародыша. Большее количество воздушных полостей наблюдается в зерне ржи «Сафткорн».

При увлажнении зерна проникающая вода образует микротрещины, расклинивая клетки. Набухание межклеточных и внутриклеточных веществ, имеющих различную биохимическую природу, происходит неравномерно и приводит к возникновению напряжений внутри тканей различных анатомических частей зерна.

В структуре клеток происходят сдвиги в результате возникших напряжений вследствие неравномерного набухания белковой матрицы 3 и зерен крахмала 1, 2 (рисунок 3). Природные связи между ними нарушаются и появляются воздушные полости 4, способствующие быстрой передаче влаги внутрь зерна. Данные процессы приводят к снижению твердости зерна [2].

Большая твердость зерна ржи «Авангард», приготовленного разными способами, объясняется более высоким содержанием обо-лоченных частиц и меньшим количеством воздушных полостей.

Полученные исследования согласуются с экспериментальными данными по определению предела прочности зерна, сделанными ранее [3].

В обоих образцах ржи «Авангард» содержится значительное количество крупных зерен крахмала размером около 25-35 мкм. В зерне ржи «Сафткорн» они были значительно больше по размеру (38-58 мкм). Кроме того, крахмальные зерна ржи «Авангард», подготовленного разными способами, и «Сафткорн» различаются по форме: у п ервых образцов они имеют сферическую форму, а у последнего – кристаллическую.

При использовании целого зерна в хлебопекарном производстве необходима дополнительная очистка его от минеральных примесей, вредителей, микроорганизмов и микотоксинов, в изобилии содержащихся на зерновой оболочке. Кроме того, набухание и прорастание зерна стимулируют активное развитие микроорганизмов [4].

Содержание токсичных элементов во всех образцах ржи не превышало требований СанПин 2.3.2.1078-01.

Однако в зерне ржи «Сафткорн» их количество было незначительно меньше по сравнению с зерном ржи «Авангард». Это связано с тем, что рожь «Авангард» содержит больше оболоченных частиц (таблица 1).

Таблица 1

Содержание токсичных элементов в зерне ржи

Токсичные элементы	Требования СанПин 2.3.2.1078-01, мг/кг, не более	Содержание токсичных элементов, мг/кг сухого вещества, в зерне ржи подготовленном по способам
		1	2	3
Свинец	0,5	0,002	0,004	0,005
Кадмий	0,1	0,003	0,005	0,008
Мышьяк	0,2	менее 0,025	менее 0,025	менее 0,028
Ртуть	0,03	менее 0,0015	менее 0,0015	менее 0,002

Содержание МАФАнМ в зерне ржи «Авангард», подготовленном с 0,8 % ФП «ВискоСтар 150 Л» составляло 7,7·105 КОЕ/г, в подкисленном зерне ржи «Авангард» - 3,0·102 КОЕ/г, а в зерне «Сафткорн» - 1,0·101 КОЕ/г.

Таблица 2

Микробиологические показатели зерна ржи

Микробиоло-гические показатели	Содержание токсичных элементов, мг/кг сухого вещества, в зерне ржи подготовленном по способам
	1	2	3
МАФАнМ, КОЕ/ г	1,0·101	7,7·105	3,0·102
БГКП (коли-формы) в 0,01 г	Не выявлено
Протей в 1 г	Не выявлено
Дрожжи, КОЕ / г	Не выявлено
Плесени, КОЕ / г	Не выявлено

В ходе исследований были выявлены отличительные особенности в микроструктуре подкисленного зерна ржи «Сафткорн» и «Авангард». Установлено, что в зерне «Сафт-корн» более сильно разрушена плодовая оболочка; на поверхности зерна, подготовленного с применением культуральной среды, находились молочнокислые бактерии; форма крахмальных зерен у зерен ржи «Авангард» сферическая, а у ржи «Сафткорн» - кристаллическая.

Результаты микробиологического ана -лиза показали, что в подготовленном зерне ржи «Авангард», выдержанном в ЭВР (рН 4,5-5,0) с 0,8 % ФП «ВискоСтар 150Л» и в культуральной среде с молочнокислыми бак-