Влияние СВЧ-обработки на деструкцию крахмала и ферментативную активность в крупе

Введение . Крахмал – наиболее важный и основной полисахарид растений, играющий роль запасного вещества. При действии ферментов или нагревании с кислотами происходит его гидролиз, распад до моносахаридов, глюкозы. Этот процесс для пищевой промышленности имеет как свои плюсы, так и свои минусы.

В хлебопекарном производстве изменение крахмала происходит на стадии брожения теста, при хранении как готовых изделий (хлеба), так и при хранении сырья (зерна и муки). Гидролиз крахмала имеет положительное влияние при брожении: часть необходимого сахара для жизнедеятельности дрожжей образуется из крахмала под действием сахаробразующих ферментов. В процессе выпекания готовых изделий происходит процесс клейстеризации крахмала, увеличение в объеме, поглощение влаги и связывание ее. Чем дольше влага удержится в хлебе, тем дольше хлеб останется свежим.

При хранении готовых хлебных продуктов начинаются процессы ретроградации крахмала, происходит черствение хлеба. Изменение крахмала на данном этапе заключается в восстановлении водородных связей между цепочками олигосахаридов, уменьшении количества связанной влаги, уменьшении объема крахмального зерна.

Также процессы изменения крахмала при хранении зерна и муки играют важную роль. И если на этапе брожения и производства продуктов питания это в большей степени положительное влияние, то при хранении эти изменения должны быть минимальны.

Цель исследования – изучить влияние СВЧ-обработки на деструкцию крахмала и активность амилазы в крупах.

Данное исследование проводится в рамках изучения возможности применения СВЧ-обработки при производстве круп быстрого приготовления.

Задачи: рассмотреть, какие изменения крахмала протекают в зерне и крупах при хранении и обработке СВЧ; выявить положительные и отрицательные изменения; определить причину этих изменений; изучить влияние СВЧ на деструкцию крахмала; исследовать виляние СВЧ на активность амилазы в крупе и выявить закономерности.

Объекты, методы и результаты . Сейчас активно используются химические улучшители, позволяющие изменить ферментативную активность.

При хранении зерна и крупы происходят изменения физико-химических показателей (влажности, кислотности, изменение углеводного и белкового состава). По этим изменениям оценивается качество зерна и крупы, степень и качество обработки до закладки на хранение [1].

Так, если в процессе хранения процент влажности увеличивается, то в зерне и крупах начинаются процессы прорастания, пищевая ценность круп резко снижается. При этом зерно выделяет тепло (самосогревание зерна). Температура является катализатором процесса порчи жиров, а также микробиологической порчи.

Для увеличения сроков хранения зерно обрабатывают: пропаривают перегретым паром, проводят микронизацию зерна [1].

Рассмотрим влияние сверхвысокочастотного (СВЧ) облучения на крупу. Новизна данного исследования – возможность применения СВЧ-обработки не только с целью обеззараживания зерна, увеличения сроков хранения, но и с целью изменения потребительских свойств круп (уменьшение длительности варки, улучшение органолептических показателей, уменьшение энергозатрат на производство круп).

Для исследования выбирали два вида крупы: гречневая и перловая [2, 3]. Исследовали зависимость изменения степени деструкции и активность от продолжительности обработки при мощности СВЧ-поля 450 Вт с интервалом в 2 мин. Частота облучения – 2 450±50 МГц.

Объектом данного исследования являются крупы быстрого приготовления, а также формирование их качества и потребительских свойств.

Опытные и контрольные образцы готовили из одних партий сырья.

Отбор проб осуществляли согласно «ГОСТ 26312.1-84 «Правила приемки и методы отбора проб»» [4].

Таблица 1

Содержание глюкозы, % в пересчете на 1 г сухого вещества

Продолжительность обработки, мин	Гречневая крупа	Перловая крупа
0 (контроль)	10,42	5,69
2	13,04	6,52
4	14,94	8,54
6	17,10	10,68
8	24,79	11,36
10	34,84	21,52

При повышении длительности воздействия СВЧ-полем степень деструкции крахмала, т. е. количество свободной глюкозы увеличивается в разы. Так, через 10 мин при обработке мощностью 450 Вт доля свободной глюкозы в гречневой крупе увеличилась в 3,34 раза, в перловой – в 3,8 раз.

Уравнения зависимости степени деструкции при облучении СВЧ-полем:

– для гречневой крупы y = 7,8437e0,2313x;

– для перловой крупы y = 4,1241e0,244x, где у – это процент содержания свободной глюкозы; х – время обработки крупы СВЧ-полем.

Степень деструкции крахмала оценивались по изменению количества глюкозы в растворе [5].

Колориметрический метод определения активности амилазы . Метод основан на определении количества нерасщепленного амилазой крахмала на фотоэлектроколориметре после обработки раствором йода [5].

Степень достоверности экспериментальных данных оценивали методами математической статистики программными средствами MS Excel (построение уравнения зависимости, корреляция данных).

Под деструкцией крахмала понимают разрушение крахмального зерна, при котором восстановление невозможно. При этом меняются свойства углеводов. Декстринизованный крахмал не может образовывать студни.

Крупу измельчали, затем проводили обработку раствором ферментного препарата. После определяли свободную глюкозу титрованием гипосульфита натрия [4, 5].

Результаты исследования представлены в таблице 1 и на рисунке 1.

В таблице 2 представлены значения содержания глюкозы по уравнения выше.

СВЧ-обработку целесообразно применять для поддержания температуры брожения и увеличения его скорости.

На изменение крахмала большое влияние при хранении оказывают ферменты, находящиеся в зерне.

Ферментативная активность круп (зерна) зависит от способов обработки и температуры воздействия [4, 6].

Инактивация фермента амилазы под действием высоких температур происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени.

Гречневая крупа

Перловая крупа

Экспоненциальная (Гречневая крупа)

Экспоненциальная (Перловая крупа)

Рис. 1. Изменение степени деструкции крахмала в крупах

Таблица 2

Зависимость содержания глюкозы, % в пересчете на 1 г сухого вещества, от продолжительности обработки и расчет корреляции

Вид крупы	Продолжительность обработки, мин						Коэффициент корреляции
	0	2	4	6	8	10
Гречневая	7,84	12,46	15,36	24,90	37,15	55,42	0,994
Перловая	4,12	6,72	10,94	17,83	29,05	47,32	0,971

Также было изучено влияние СВЧ-обработки на активность ферментов круп двух видов: гречневой и перловой. Применяли колориметрический метод при определении активности амилазы.

Влияние СВЧ-обработки на активность амилазы круп (гречневой и перловой) в зависимости от ее продолжительности при 450 Вт представлены ниже (рис. 2, табл. 3).

Рис. 2. Зависимости изменения активности амилазы от продолжительности СВЧ-обработки при 450 Вт

Гречневая крупа

Перловая крупа

Экспоненциальная (Гречневая крупа)

Экспоненциальная (Перловая крупа)

Таблица 3

Зависимость активности амилазы от продолжительности обработки и расчет корреляции

Вид крупы	Продолжительность обработки, мин					Коэффициент корреляции
	0	2	4	6	8
Гречневая	0,213	0,066	0,020	0,006	0,002	0,977
Перловая	1,054	0,317	0,096	0,029	0,009	0,975

По графику рисунка 2 видно, что активность амилазы в крупе снижается. Связано это с тем, что температура увеличивается и активность амилазы уменьшается, сначала инактивируется β-амилаза (при достижении 60 °С), а при продолжительности более 5 мин (при нагреве выше 98 °С) инактивируется α-амилаза.

В перловой крупе активность уменьшается обратно пропорционально длительности обработки в 9 раз, а гречневой крупы – в 10,1 раз.

Изменение углеводного состава и инактивация амилазы при СВЧ-обработке влияют на гликемический индекс круп и продуктов на их основе [7].

В процессе хранения крахмал под действием ферментов распадается до простых углеводов, и это имеет положительное эффект, например, при производстве солода, но при хранении круп имеет негативное влияние на органолептические характеристики. Для увеличения сроков хранения круп и уменьшения активности ферментов крупы обрабатывают термически (ГТО, ИК). Данным исследованием доказано снижение активности амилазы после обработки СВЧ.

Заключение. Таким образом, можно сделать вывод: СВЧ-обработка влияет на строение круп, в частности происходит деструкция крахмала и уменьшение активности амилазы. Соответственно СВЧ-обработка может быт применена с целью увеличения длительности хранения вместо технологии микронизации или ГТО.