Влияние термической обработки на формирование аромата муки зародышей пшеницы

Кучменко Т.А., Умарханов Р.У., 2015

В настоящее время объектом пристального внимания всех цивилизованных стран выступает здоровое питание. Доказано, что правильное питание обеспечивает рост и развитие детей, способствует профилактике заболеваний, повышению работоспособности и продлению жизни людей, создавая при этом условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.

Рынок продуктов функционального питания стремительно формируется и в России. Одной из четырех групп продуктов функционального назначения на российском рынке представлены кондитерские изделия на основе зерновых. При производстве кондитерских изделий часто используются дорогостоящие компоненты (орехи) в основном импортируемые в нашу страну.

Альтернативной заменой орехам при производстве функциональных кондитерских изделий может стать мука зародышей пшеницы. Мука из зародышей пшеницы богата белками, которые содержат полный комплекс аминокислот, в том числе незаменимых. По своим свойствам они сравнимы с белками животного происхождения. Содержание белка в муке зародышей пшеницы – 33,8 %, углеводов – 47 % (в их числе сахара – 15–18 %, целлюлоза и гемицеллюлоза – 30–33 %), жиров, в том числе ненасыщенных – 8 %. Кроме того, мука зародышей пшеницы является источником витаминов В 1 , В 2 , В 6 , РР, А, Е, К, макро- и микроэлементов [1].

Сравнение химического состава муки из пшеничных зародышей с различными видами орехов [6] показывает, что они не уступают по пищевой ценности, а по содержанию витаминов и некоторых макро- и микроэлементов превосходят орехи в несколько раз. Этот факт делает перспективным введение муки зародышей пшеницы в рецептуры кондитерских изделий в качестве заменителя орехов (таблица 1).

При этом, учитывая предпочтение потребителей натуральных продуктов и максимальное исключение из рецептур синтетических вкусо-ароматообразователей, возникает проблема формирования орехового аромата в конечном продукте, произведенном с заменой орехов.

Формирование и анализ аромата сложен в силу того, что объект содержит множество легколетучих веществ с относительно небольшой молекулярной массой.

Т а б л и ц а 1

Сравнительный химический состав муки зародышей пшеницы и некоторых видов орехов

Наименование показателя	Наименование продукта
	Мука зародышей пшеницы	Орехи грецкие	Миндаль	Фундук
Белки, г	33 8	15,2	21,2	16 1
Жиры, г	8 0	65,2	49 4	66.9
Углеводы, г	47 0	13 7	9 47	9 9
Зола, мг	4 з	1 78	2 9	2 3
Клетчатка, мг	4,2	6 7	12,2	9 8
Бе мг	8 0	2 9	3 72	3 0
С а. мг	800 0	98 0	264.0	170.0
Na, мг	1 0	2 0	1 0	3 0
К мг	1 1 00 0	441 0	705 0	1 70 0
Р МГ	1320 0	346 0	484 0	299 0
2п мг	20 0	3 1	3 08	2 4
Mg, мг	38 0	158.0		172.0
Мп, мг	27 0	3 41	2,29	4,2
Селен, мг	0 02	0 05	0 02
Витамин Вь мг	3 0	0 34	0,21	0 3
Витамин В2. мг	0 6	0 15	1 01	0 1
Витамин В;, мг	15 0	1.13		1 1
Витамин Вб. мг	1 0	0 54	0 14	0 7
Витамин Вд. мг	2 0	0 09	0 05	0 06
Витамин А. мг	0 6	0 001		0 01
Витамин С, мг		1 3		1 4
Витамин Е, мг	30 0	0 7	26,2	25.5
Витамин РР, мг	9 о	1 12		2 0
Калорийность, ккал	294 0	654 0	575 0	630 0

В процессе термической обработки происходит ряд биохимических превращений – карамелизация сахаров, меланоидинообра-зоание, декстринизация крахмалов, при этом аромат, присущий исходному продукту, исчезает, в значительной степени преобразуется или маскируется. Аналогичный эффект достигается при обжаривании муки зародышей пшеницы. Обосновать режимы термообработки в данном случае можно на основании анализа изменений аромата, при этом даже незначительные отклонения режимов могут привести к порокам запаха.

Аналитические возможности современных масс-спектрометров, газовых и жидкостных хроматографов и позволяют получить разнообразную информацию о качественном и количественном составе запахов, могут решать различные задачи пищевого анализа, например, классифицировать и идентифицировать ароматы по основному компоненту, количественно оценивать интенсивность запаха, определять присутствие в продукте нежелательных примесей и несвойственных продукту нутриентов. Однако данные методы дороги и громоздки.

Цель исследования - изучение влияния термической обработки на формирование аромата муки зародышей пшеницы с применением пьезосорбционного «электронного носа».

В качестве объектов исследования служили образцы муки зародышей пшеницы различной степени обжарки. В серии экспериментов последовательно меняли время нагрева в жарочном шкафу при условии вынужденной конвекции теплоносителя: 1 проба - контроль (без обжарки), 2 проба - 3,5 минут, 3 проба -6,5 минут, 4 проба - 8,5 минут, 5 проба - 12,5 минут. Для изучения влияния термического воздействия на состав легколетучих ароматоб-разующих соединений, пробы 2-5 насыпали на противень слоем 5 мм и термостатировали, при температуре в рабочей камере 150 °С.

В качестве измерительного массива применены 8 сенсоров на основе пьезокварцевых резонаторов ОАВ типа с базовой частотой колебаний 10,0 МГц с разнохарактерными пленочными сорбентами на электродах [2-4]. Покрытия выбраны в соответствии с задачей испытаний и высокой чувствительностью к сильнополярным органическим соединениям -поливинилпирролидон, ПВП (сенсор 1); полиэтиленгликоль ПЭГ-2000 (сенсор 4) – спирты, кетоны; к кислотам - краун-эфир, дициклогек-сан-18-К-6, 18К6 (сенсор 3) и Tween 40, Tw (сенсор 7); к сложным эфирам – полиэтиленгликоль фталат, ПЭГФ (сенсор 6); к кетонам, альдегидам – пчелиный клей, ПчК (сенсор 5); к фенольным и другим ароматическим соединениям – триоктилфосфиноксид, ТОФО (сенсор 8); полярный (чувствительный к кислотам, спиртам, альдегидам, эфирам, азотсодержащим соединениям – аммиаку, аминам, др. органическим соединениям): полидиэтиленгликоль себацинат, ПДЭГС (сенсор 2).

Средние пробы муки (5,00 гр), помещали в стерильный стеклянный пробоотборник, выдерживали при температуре 20±1 ^оС в герметичном сосуде с полимерной мягкой мембраной. Отбирали индивидуальным шприцем 3 см³ равновесной газовой фазы и вводили в ячейку детектирования. Проба характеризуется высоким содержанием легколетучих веществ в равновесной газовой фазе (РГФ) без нагревания. Т воздуха в лаборатории 23 °С (Фон от 4,2 до 10 Гц.с).

Время измерения 60 с, режим фиксирования откликов сенсоров – равномерный с шагом 1 с, оптимальный алгоритм представления откликов сенсоров – по максимальным откликам отдельных сенсоров. Погрешность измерения - 5-10 %.

Суммарный аналитический сигнал сформирован с применением интегрального алгоритма обработки сигналов 8-ми сенсоров в виде «визуального отпечатка». Для установления общего состава запаха проб применяли полные «визуальные отпечатки» максимумов (наибольшие отклики 8-ми сенсоров).

Для установления содержания легколетучих соединений в равновесной газовой фазе над образцами муки разной степени обжарки, сравнили величины откликов всех выбранных сенсоров в массиве (таблица 2).

Т а б л и ц а 2 Отклики сенсоров (Гц) и площадь «визуального отпечатка» сигналов сенсоров в РГФ над пробами

Пробы	S1 -пвп	S2-ПДЭГС	S3- 18кб	S4-ПЭГ2000	S5 -	S6-пэг фтал.	S7 — Tween	S8 - ТОФО	Ss, Гц-с
1	10	16	11	2	2	6	3	7	170
2	13	19	13	3	3	7	5	9	268
3	12	19	12	2		5	3	6	211
4	И	16	10	2	3	5	3	7	173
5	12	16	11	1	3	5	4	8	192

Установлено различное содержание легколетучих органических соединений в равновесной газовой фазе над пробами в зависимости от условий термической обработки: больше всего их в аромате пробы 2, наименьшее – в пробах 1 и 4.

По интенсивности аромата или содержанию отдельных классов легколетучих соединений пробы отличаются от пробы-стандарта (рисунок 1). Установлено по откликам отдельных сенсоров, что в равновесной газовой фазе над образцами содержатся гидрофильные соединения (полярные легколетучие) и вода, существенно содержание азотсодержащих и специфических (ароматических) соединений, сложных эфиров.

Проследим изменение общего содержания легколетучих компонентов в РГФ над пробами (рисунок 1).

Наиболее близки по суммарному содержанию РГФ над пробами 1 и 4, такая высокая степень похожести «визуальных отпечатков» служит доказательством близости по составу (качественному и количественному) аромата проб. В большей степени различаются пробы 1 и 2.

Параллельно проводилась оценка аромата группой людей, не являющихся профессиональными дегустаторами. Полученные результаты можно признать адекватными оценке, вынесенной подготовленным специалистом.

Время, мин

Рисунок 1. Зависимость площади «визуального отпечатка» сигналов массива сенсоров в РГФ над пробами муки

По результатам анализа аромата «электронным носом» и дегустационной оценки исследуемые образцы определены в группы по степени их сходства. Сопоставление оценок аромата проб муки зародышей пшеницы, полученных двумя методами, позволяет сделать следующие выводы: по результатам анализа обоими методами в разные группы определены пробы 2-я, 3-я и 5-я. Исключение составляет 4-я проба, которая дегустаторами выделена, как отдельная, а «электронный нос» показал идентичность ее 1-й пробе.

Проследим изменения в количественном составе РГФ над пробой по относительному содержанию основных классов легколетучих соединений, оцененному методом нормировки (таблица 3).

Т а б л и ц а 3

Относительное содержание компонентов в пробах, ω % масс

Номер пробы	Влага, другие полярные	Летучие кислоты	Азотсодержащие	Сложные эфиры	Кетоны, спирты, эфиры	Ароматич.
1 Ст	17,5	24,6	28.1	10,5	7,0	12,3
2	18,1	25,0	26.4	9,7	8.3	12.5
3	19,7*	24,6	31,1	8,2	6,7	9,8
4	19,3	22,8	28,1	8.8	8.8	12,3
5	20,0	25,0	26,7	8,3	6,7	13,3

* - отмечены значимые отличия содержания определенных классов соединений относительно соответствующего стандарта в группе.

Установлено, что по содержанию основных классов органических соединений образцы отличаются друг от друга.

В большей степени изменяется качественный состав РГФ для проб 3 и 4 в сравнении с пробой-стандартом.

При этом для проб 3, 4, 5 увеличивается содержание сильнополярных летучих соединений (в том числе кетоны, спирты), уменьшается содержание сложных эфиров, кислот.

Для установления различий в составе легколетучей фракции аромата изделий сопоставим «визуальные отпечатки» сигналов сенсоров в РГФ над пробами (рисунок 2).

При длительной тепловой обработке белки подвергаются более глубоким изменениям, связанным с разрушением их макромолекул. На первом этапе изменений от белковых молекул могут отщепляться функциональные группы с образованием таких летучих соединений, как аммиак, сероводород, фосфористый водород, углекислый газ и др. Накапливаясь в продукте, они участвуют в образовании вкуса и аромата готовой продукции.

Рисунок 2. «Визуальные отпечатки» максимальных сигналов сенсоров в РГФ над пробами без откликов наиболее чувствительного универсального сенсора и результаты сопоставления со стандартом. По осям указаны номера сенсоров в матрице. По вертикали – максимальные отклики сенсоров (Гц)

Кроме удаления влаги, во время обжарки происходят количественные и качественные изменения практически всех составных частей муки зародышей пшеницы: белковых веществ, сахаров, органических кислот, дубильных и фенольных соединений, красящих веществ, жира и др. [5]. Эти изменения обуславливают структурные свойства оболочки и ядра, появление вкуса и аромата, изменение цвета муки зародышей пшеницы и решающим образом влияют на качество готовых изделий.

Нарушается целостность клеточной структуры ядра. При высокой температуре вода в клетках превращается в пар, возникает давление пара, которое вызывает разрыв клеточных стенок, что при размоле зародышей пшеницы способствует более свободному и полному выходу из клеток жира.

В процессе прогревания внутренних слоев муки зародышей пшеницы протекают процессы, связанные с изменениями белков и крахмала. Чем выше температура и более продолжителен процесс обжарки, тем полнее происходят денатурация белковых веществ и обезвоживание зерен крахмала.

Незначительное уменьшение летучих кислот объясняется накоплением определенного количества летучих и нелетучих органических кислот в результате тепловой деградации сахаров, при которой образуются муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная, валериановая, капроновая, а также винная, малоновая и янтарная кислоты. Таким образом, изменяется не только содержание летучих кислот, но и свободных нелетучих кислот. В процессе обжарки муки зародышей пшеницы количество свободных кислот уменьшается, а содержание связанных возрастает.

По величинам относительной разницы площадей «визуальных отпечатков» для проб и стандартов возможно оценить влияние режима термообработки и правильность его подбора.

Форма «визуального отпечатка» сигналов сенсоров отражает состав РГФ над исследуемыми образцами муки. Проследить изменения в качественном составе РГФ над пробами и появление/исчезновение соединений легколетучей фракции позволяет параметр А / , показывающий постоянство соотношения концентраций отдельных классов легколетучих соединений в РГФ (таблица 3).

По соотношению А абсолютных сигналов сенсоров с пленкой ПДЭГС (азотсодержащие органические соединения, вода) и с универсальной пленкой ПВП (ПДЭГС/ПВП) можно оценить долю азотсодержащих соединений среди других полярных соединений и воды. Аналогично оценивали долю кислот к аминам (Tw/ПДЭГС), эфиров (ПЭГФ/ПВП), ароматических соединений (ТОФО/ПВП) к общему содержанию высокополярных соединений и воды. Установлены некоторые особенности изменения состава анализируемых проб (таблица 3). Если показатели А для проб близки или совпадают для таких показателей РГФ над