Влияние амаранта (Amaranthus) на реологические свойства смесей на основе озимой пшеницы (Triticum aestivum L. )

УДК 633.14 «324»:004:12

ВЛИЯНИЕ АМАРАНТА

Т.Б. КУЛЕВАТОВА, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

А.И. ПРЯНИШНИКОВ, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН, директор

Л.Н. ЗЛОБИНА, кандидат сельскохозяйственных наук, научный сотрудник

Р.А. АВТАЕВ, зам. директора С.В. ЛЯЩЕВА, кандидат сельскохозяйственных наук, руководитель селекционного центра

Научно-исследовательский институт сельского хозяйства Юго-Востока, ул. Тулайкова, 7, Саратов, 410010, Российская Федерация

Резюме. В последние годы расширяется использование семян амаранта ^maranthus) в пищевой промышленности. Для эффективного управления качеством готовых изделий из амарантсо-держащего сырья необходимо знать физико-химические особенности его поведения, которые предопределяют технологический процесс переработки. Работа посвящена изучению влияния соотношения компонентов в навеске на количественную выраженность показателей реологических свойств суспензий и теста на основе смесей, состоящих из шрота, муки озимой пшеницы (Triticumaestivum L.) сортов Саратовская 17, Жемчужина Поволжья и цельносмолотых семян амаранта (Аmaranthuэ) сорта Полет. Суспензии изучали на вискографе в режиме ротации, тесто - на приборе Миксолаб в протоколе «Chopin+» при фиксированных деформационных нагрузках. Зерно озимой пшеницы и семена амаранта размалывали на лабораторных мельницах. Смеси составляли с массовой долей первого и второго компонентов в соотношении 90:10; 80:20; 70:30; 60:40 и 50:50. Анализировали количественную выраженность показателей качества, оцениваемых по реологическим кривым. Об эффективности улучшения и смешивания по каждому из признаков судили на основе расчетных величин, а именно: эффекта смешивания - ЭС=П1/(П1+П2) х 100, где Пt - показатель качества смеси, П2 - показатель качества улучшаемого компонента; и эффекта улучшения - Е=100 х (П1 -П2)/ П2. При добавлении амаранта к озимой пшенице эффективность смешивания проявлялась уже на первых этапахкакпо максимальной высоте вискограммы, так и по скорости гелеобразования при использовании обоих сортов пшеницы. Эффект улучшения увеличивался последовательно с10,8 до 38,1 %. Ни по одному показателю миксолабограммы эффекта улучшения не наблюдали: расчетный показатель Еимел отрицательную величину. Ключевые слова: сквален (С30Н50), реологические свойства, скорость гелеобразования, суспензия, паста, озимая пшеница, амарант, амилограф, миксолаб, эффект улучшения, смесительная ценность.

Для цитирования: Влияние амаранта (Аmaranthuэ) на реологические свойства смесей на основе озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) / Т.Б. Кулеватова, А.И. Прянишников, Л.Н. Злобина, Р.А. Автаев, С.В. Лящева //Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 1. С. 35-38.

В последние годы развернуты исследования по выявлению возможности использования амаранта (Атагап^иэ) в пищевой и хлебопекарной промышленности. Показано, что семена этой культуры обладают высокой пищевой и биологической ценностью благодаря своему химическому составу, в частности, присутствию таких аминокислот как лизин и метионин [1, 2].

Перспективным считается использование семян амаранта в цельносмолотом виде. Такое сырье отличается высоким содержанием белка (41,1 %), липидов (12,2 %), клетчатки (3,4 %), макро- и микроэлементов, витаминов. В муке амаранта присутствует сквален (С30Н50) -

6,10,15,19,23-гексаметилтетракоза-2,6,10,14,18,22-гексаен, который регулирует обменные процессы в организме, нормализует уровень холестерина, а также обладает иммуномодулирующим действием [3], то есть это важное биологически активное вещество. Энергетическая ценность семян амаранта на 5,4 % выше, чем у некоторых продуктов переработки пшеницы, например, у манной крупы. Следует отметить, что такое увеличение происходит благодаря липидам на фоне более высокого содержания белков и пониженного - крахмала [4].

По мере развития биохимических исследований белково-углеводного комплекса зерна увеличивается количество и усложняется система признаков, характеризующих технологические свойства продуктов его переработки. На сегодняшний день их более двух десятков. Известно, что для интегральной оценки хлебопекарного качества пшеничной муки необходим контроль реологических свойств теста, которое по своим текстурным признакам, с точки зрения коллоидной химии, относится к вязко-пластическим массам. Особенности поведения такой системы традиционно выявляются на таких специализированных приборах, как фаринограф, амилограф, миксограф и др. Однако они реализуют измерения в ограниченном диапазоне. На современном этапе развития науки все большее распространение приобретают испытания на приборе Миксолаб французской фирмы Chopin, стандартизированные под нормой ICC 173. Главное его преимущество - возможность варьирования таких важнейших параметров, как температура и консистенция теста, деформационная нагрузка и др. [5] и, как следствие, создание новых протоколов эксперимента в зависимости от решаемых исследователем задач. Данные визуализируются на графике зависимости крутящего момента (Нм) от времени (мин).

Из всех сельскохозяйственных культур только пшеница, рожь и тритикале способны формировать тесто с присущей ему определенной структурой. Для других систем, а именно суспензий, изучение реологических показателей - это иногда единственный возможный способ оценки технологических свойств зерна.

Цель наших исследований - определение реологических свойств водных суспензий и теста на основе смесей из озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) и амаранта (Аmaranthus) при различном соотношении компонентов.

Условия, материалы и методы. В качестве экспериментального материала привлекали сорта озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) Жемчужина Поволжья и Саратовская 17 урожая 2014 г., выращенные в селекционном севообороте ФГБНУ «НИИСХ Юго-Востока», и сорт амаранта (Аmaranthus) - Полет урожая 2015 г., выращенный на опытном поле ФГБНУ «РосНИИСК».

Зерно озимой пшеницы и семена амаранта размалывали на лабораторной мельнице фирмы Falling Number 3100 (Швеция). Смеси составляли с массовой долей первого и второго компонентов в соотношении 90:10; 80:20; 70:30; 60:40 и 50:50.

Вязкость суспензии оценивали на ротационном вискографе фирмы «Brabender» (Германия) при деформационной нагрузке 76 об/мин и последовательном повышении температуры. Фиксировали количественную выраженность начальной температуры клейстеризации суспензии

Таблица 1. Показатели реологических свойств водных суспензий на основе смесей из цельносмолотого зерна амаранта и муки озимой пшеницы

Сорт, смесь Температура клейстеризации, °С Максимальная высота вискограммы Скорость гелеобра-зования

начальная конечная еВ* ЭС, % Е, %% V, еВ/ мин ЭС, %% Е, %%

Саратовская 17 (С17) 61,0 83,5 390 — - 4,7 - —

Жемчужина

Поволжья (ЖП) 60,5 73,0 330 - - 4,5 - —

Полет(Пол) 68,5 76,0 930 — - 12,2 - —

90 % ЖП+10 % Пол 59,0 74,5 300 47,6 -10,0 4,0 47,1 -12,5

80 % ЖП+20 % Пол 62,5 76,0 370 52,9 10,8 4,9 52,1 8,2

70 % ЖП+30 % Пол 63,0 76,5 420 56,0 21,4 5,5 55,0 18,2

60 % ЖП+40 % Пол 65,5 78,0 420 56,0 21,4 5,4 54,5 16,7

50 % ЖП+50 % Пол 67,0 78,5 440 57,1 25,0 5,6 55,4 19,6

90 % С17+10 % Пол 59,5 83,0 450 53,6 13,3 5,4 53,5 13,0

80 % С17+20 % Пол 64,0 84,5 540 58,1 27,8 6,4 57,7 26,6

70 % С17+30 % Пол 62,0 88,5 590 60,2 33,9 6,7 58,8 29,9

60 % С17+40 % Пол 68,0 87,0 630 61,8 38,1 7,2 60,5 34,7

50 % С17+50 % Пол 69,0 87,5 630 61,8 38,1 7,2 60,5 34,7

*еВ - единицы вискографа

оценивали на основании расчетных величин: эффекта смешивания (ЭС) и эффекта улучшения (Е). Превышение показателей смеси над средневзвешенными значениями ее компонентов, выраженное в процентах, принимали за эффект смешивания (ЭС), который рассчитывали по формуле: ЭС = П1/(П1+П2) х 100, где П1 - показатель качества смеси, П2 - показатель качества улучшаемого компонента. Эффект улучшения (Е) вычисляли следующим образом: Е=100 х (П1-П2)/П2.

Результаты и обсуждение. Оценка реологических характеристик клейстери-

(нач. 1, 0С); конечной температуры клейстеризации суспензии (конеч. 1, 0С); максимальной высоты вискограммы (И, еВ). Скорость гелеобразо-вания крахмала еВ/мин) рассчитывали по формуле: где И - максимальная высота вискограммы (еВ -условные единицы прибора вискограф), 1 - температура суспензии (0С) при И.

Для оценки реологических свойств теста зерно пшеницы размалывали на мельнице Quadrumat Junior фирмы ВгаЬепс1ег. Оценку проводили на приборе Миксолаб в протоколе «С1юрт +» [6]. Анализировали следующие показатели миксолабограммы: время образования теста (мин), стабильность теста (мин), водо-поглотительная способность (ВПС, %). Кроме того, фиксировали вязкость системы в точках экстремума графика: С2 и С5. Крутящий момент в точке С2 характеризует разжижение пасты, которое приводит к уменьшению момента силы и связано это, прежде всего, с изменением свойств белковых молекул, в частности, с денатурацией их. Обычно момент силы в этой точке наименьший по абсолютному значению на миксолабограмме. Крутящий момент в точке С5 характеризует процесс ретроградации крахмала при охлаждении, и, обычно, он наибольший, по своей количественной выраженности.

Влияние амаранта на качество пшеничного теста

7.а

2.5

г

1 о.в

Время

Рис. 1. Реологические кривые теста на основе смесей сорта озимой пшеницы Саратовская 17 с сортом амаранта Полет: 1 - Саратовская 17 (С17) - 100 %; 2 - 90 % С17 + 10 % Полет; 3 - 80 % С17 + 20 % Полет; 4 - 70 % С17 + 30 % Полет; 5 - 60 % С17 + 40 % Полет.

Рис.2. Реологические кривые теста на основе смесей сорта озимой пшеницы Жемчужина Поволжья с сортом амаранта Полет: 1 - Жемчужина Поволжья (ЖП) - 100 %; 2 - 90 % ЖП + 10 % Полет; 3 - 80 % ЖП + 20 % Полет; 4 - 70 % ЖП+30 % Полет; 5 - 60 % ЖП+40 % Полет.

Таблица 2. Показатели реологических свойств теста на основе смесей озимой пшеницы

Сорт, смесь Время образования теста, мин Стабильность теста, мин Водопоглоти- тельная способность (ВПС, %) Крутящий момент, н-м

С2 С5

Жемчужина

Поволжья (ЖП) 5,00 7,62 54,6 0,44 4,04

90 % ЖП+10 % Полет 4,82 6,67 56,9 0,37 3,78

80 % ЖП+20 % Полет 4,35 5,47 59,1 0,26 3,10

70 % ЖП+30 % Полет 4,18 5,52 58,3 0,32 3,14

60 % ЖП+40 % Полет 4,10 3,98 58,3 0,24 2,61

Саратовская 17 (С17) 7,07 10,03 54,8 0,53 5,61

90 % С17+10 % Полет 6,40 9,50 54,8 0,50 4,85

80 % С17+20 % Полет 7,37 8,25 55,0 0,45 4,71

70 % С17+30 % Полет 6,03 6,63 56,0 0,38 4,00

60 % С17+40 % Полет 4,92 4,97 57,3 0,30 3,22

зованных суспензий на основе смесей пшеницы с амарантом свидетельствуют, что вязкость, определяемая по максимальной высоте вискограммы в условных единицах прибора (еВ), возрастала с увеличением массовой доли амарантовой муки в смесях с сортом озимой пшеницы Жемчужина Поволжья с 300 до 440, в смесях с Саратовской 17 - с 450 до 630. Однако следует

Таблица 3. Эффекты смешивания и улучшения по показателям миксола-бограммы, %

отметить, что она была ниже таковой у суспензии, в которой дисперсной фазой выступал цельносмолотый амарант (табл. 1).

Эффективность смешивания у Жемчужины Поволжья проявлялась при добавлении 20 % амаранта («улучшающий компонент») как по максимальной высоте вискограммы (И), так и по скорости гелеобразования ^д). Отход от аддитивного эффекта в смеси с Саратовской 17 наблюдали при массовой доле амаранта 10 % . ЭС по И у сорта Жемчужина Поволжья составил 52,9-57,1 %, у сорта Саратовская 17 - 53,6-61,8 %, по скорости гелеобразования крахмала - 52,1-55,4 (еВ/мин) и 53,5-60,5 (еВ/мин) соответственно.

При увеличении доли донора в смесях до 50 % эффект улучшения проявлялся последовательно (см. табл. 1) и варьировал по максимальной высоте вискограммы у сорта Жемчужина Поволжья от 10,8 до 25,0 %, а у сорта Саратовская 17 - от 13,3 до 38,1 %. Эффект улучшения по Vg составил от 8,2 до 19,6 %, и от 13,0 до 34,7 % соответственно в зависимости от сорта пшеницы, и только в смеси, состоящей из 10 % Полета и 90 % Жемчужины Поволжья, его не наблюдали.

Изучение реологических свойств теста из смеси озимой пшеницы с амарантом, позволило установить, что

увеличение массовой доли амаранта с 10 до 40 % приводит к уменьшению практически всех показателей миксолабограммы: времени образования,стабильности теста, крутящего момента в точках экстремума С2 и С5 (табл. 2, рис.1, рис. 2). Об этом же свидетельствуют отрицательные значения эффекта улучшения (табл. 3). Это явление объясняется тем, что вещества, содержащиеся в амаранте, не участвуют в образовании структурного каркаса пшеничного теста и в связи с этим не улучшают показатели его реологических свойств.

Повышение процентного содержания амаранта в навеске способствует связыванию воды, об этом свидетельствует увеличение водопоглотительной способности (ВПС) в смесях на основе Жемчужины Поволжья с 56,0 до 58,7 %, на основе Саратовской 17 - с 54,8 до

57,3 %.

Изучение реологических свойств теста в протоколе прибора Миксолаб «СИорт +» позволяет анализироватьтакие компоненты как крахмал, белок, вода, клетчатка, жиры, энзимы в их взаимодействии. Интересная новинка - Миксолаб Профайлер, которую разработали специально для мукомольной и хлебопекарной индустрий: совокупность получаемых на приборе индексов оценивается по шкале от 0 до 9 и отображается на диаграмме с шестью осями, каждая из которых соответствует определенному параметру качества зерна [7].

Анализ профайлеров сортов озимой пшеницы и смесей на их основе с содержанием амаранта в количестве 20 % (рис. 3), а также индексов качества продукта (табл. 4) свидетельствует о различии сортов озимой пшеницы по индексам: Глютен +, вязкость, амилаза, загустевание крахмала. Добавление амаранта в количестве 20 % к пшеничной навеске увеличило индекс ВПС у сорта Саратовская 17 на 2 единицы, а у сорта Жемчужина Поволжья на 6 единиц. Стабильность теста при температуре 30 °С, которую характеризует индекс Замес, у смеси на основе сорта Саратовская 17 не изменилась, а в варианте с Жемчужиной Поволжья уменьшилась. Индекс Глютен+, характеризующий сопротивление протеиновых соединений повышению температуры, у Жемчужины Поволжья остался без из-Таблица 4. Индексы качества продукта на основе целевого профиля

Сорт, смесь* По времени образования теста По стабильности теста По С2 По С5

ЭС Е ЭС Е ЭС Е ЭС Е

90 % ЖП+10 % Пол 49,1 -3,6 46,7 -12,5 45,7 -15,9 48,3 -6,4

80 % ЖП+20 % Пол 46,5 -13,0 41,8 -28,2 37,1 -40,9 43,4 -23,3

70 % ЖП+30 % Пол 45,5 -16,4 42,0 -27,6 42,1 -27,3 43,7 -22,3

60 % ЖП+40 % Пол 45,1 -18,0 34,3 -47,8 35,3 -45,5 39,2 -35,4

90 % С17+10 % Пол 47,5 -9,5 48,6 -5,3 48,5 -5,7 46,4 -13,5

80 % С17+20 % Пол 51,0 4,2 45,1 -17,7 45,9 -15,1 45,6 -16,0

70 % С17+30 % Пол 46,0 -14,7 39,8 -33,9 41,8 -28,3 41,6 -28,7

60 % С17+40 % Пол 41,0 -30,4 33,1 -50,9 36,1 -43,4 36,5 -42,6

*ЖП - Жемчужина Поволжья; Пол - Полет; С17 - Саратовская 17

Сорт, смесь ВПС Замес Глютен-+ Вязкость Амилаза Ретро-градация

Саратовская 17 (С17) 100 % 1 5 6 8 9 0

90 % С 17 + Полет 10 % 1 5 4 4 8 9

80 % С 17 + Полет 20 % 2 5 2 3 8 9

70 % С 17 + Полет 30 % 2 4 1 4 8 8

60 % С 17 + Полет 40 % 4 2 1 3 5 8

Жемчужина Поволжья (ЖП) 100 % 1 5 2 2 8 8

90 % ЖП + Полет 10 % 3 2 2 2 8 8

80 % ЖП + Полет 20 % 6 2 2 2 6 8

70 % ЖП + Полет 30 % 5 2 2 2 7 8

60 % ЖП + Полет 40 % 5 2 2 2 5 7

менений, тогда как у сорта Саратовская 17 снизился с 6 до 2 единиц.

Наиболее ярко выраженное влияние массовой доли амаранта (20 %) в смеси наблюдали на количественную выраженность индекса Ретроградация у сорта Саратовская 17, он вырос с 0 до 9. При этом в варианте с сортом Жемчужина Поволжья величина этого показателя осталась без изменения.

Выводы. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о неоднозначности влияния массовой доли амаранта в смесях на биохимические процессы в системах на основе озимой пшеницы в зависимости от сорта. Анализ индексов профайлера позволяет сознательно регулировать их, что будет способствовать созданию новых полезных продуктов питания.

Литература.

1. Матвеева И.В. Взаимосвязь качественных и диетических показателей хлеба с технологическими и функциональными свойствами сырья: автореф. дис. ... докт. техн. наук. М.,1993. 49 с.

2. Пащенко Л.П., Кульнева Н.Г., Демченко В.И. Новые дополнительные ингредиенты в технологии хлеба, кондитерских и макаронных изделий. Воронеж: ВГТА. 1999. 87с.

3. Влияние массовой доли амарантовой муки на количественную выраженность показателей реологических свойств пшеничного теста / Т.Б. Кулеватова, Л.В. Андреева, М.К. Садыгова, С.Г. Лихацкая, В.А. Айрапетян//Агро XXI. 2013. № 1-3. С. 47-48.

4. Жаркова И.М., Мирошниченко Л.А. Амарантовая мука - эффективное средство для производства здоровых продуктов питания //Хлебопродукты. 2012. № 12. С. 54-56.

5. Современный метод тестирования технологических свойств зерна озимой ржипо реологическим свойствам теста / Т.Б. Кулеватова, Л.В. Андреева, Л.Н. Злобина, Т.Я. Ермолаева//Озимая рожь: селекция, семеноводство, технология и переработка: материалы всероссийской научно-практической конференции, 28-29 июня 2012. Екатеринбург: ООО «Уральское издательство», 2012. С. 133-136.

6. ГОСТ Р 54498-2011. Зерно и мука из мягкой пшеницы. Определение водопоглощения и реологических свойств теста с применением миксолаба. М.: Стандартинформ, 2013. 12 с.

7. Дюба А., Рысев К.Д. Современный метод контроля качества зерна и муки по реологическим свойствам теста, определяемым с помощью Миксолаб профайлер//Первая науч.-практич. конференция и выставка международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов»: сб. материалов, 25-26 сентября 2008 г. М.: МГУППб 2008. С. 86-95.

Рис.3. Профайлеры озимой пшеницы и ее смесей с амарантом: а) Саратовская 17 (индекс 1-56-890); б) Жемчужина Поволжья (индекс 1-52-288); в) 80 % озимой пшеницы Саратовская 17 + 20 % амарант Полет (индекс 2-52-389); г) 80 % озимой пшеницы Жемчужина Поволжья + 20 % амарант Полет (индекс 6-22-268).

INFLUENCE OF AMARANTH

T.B. Kulevatova, A.I. Pryanishnikov, L.N. Zlobina, R.A. Avtayev, S.V. Lyasheva

Research Institute of Agriculture of the Southeast, ul. Tulaikova, 7, Saratov, 410010, Russian Federation

Abstract. Currently, the use of amaranth (Amaranthus) seeds in the food industry expands significantly. To manage effectively the quality of finished products from amaranth-containing raw materials it is necessary to know physic-chemical features of its behavior that determine the technological workflow. This work studies the influence of the component ratio in a sample on the quantitative expression of indicators of the rheological properties of suspensions and dough based on mixtures, consisting of solvent cake, flour of winter wheat (Triticum aestivum L.) and whole grain seeds of amaranth (Amaranthus). We used winter wheat 'Saratovskaya 17' and 'Zhemchuzhina Povolzh'ya' and amaranth 'Polet'. The suspensions were studied by a viscograph in the rotation mode, the dough was tested by the Mixolab device according to «Chopin+» protocol under the fixed deformation loads. Winter wheat grains and amaranth seeds were grinded by a laboratory mill. Mixtures were composed with the mass fractions of the first and second components in the ratios of 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, and 50:50. The quantitative expression of some quality indicators was assessed by the obtained rheological curves. The efficiency of improving and mixing for each indicator was estimated according to calculated values, namely, the effect of mixing and the effect of improvement. The former was calculated by the formula EM = P1/(P1 + P2) x 100, where P1 is the mixture quality indicator, P2 is the quality indicator of the improving component; the latter was calculated by the formula E = 100 x (P1 - P2) / P2. When amaranth was added to winter wheat, the mixing efficiency appeared at the early stages for both wheat varieties, both by the maximum height of the viscogram and by the gelling rate. The improving effect increased consistently from 10.8 to 38.1 %. No improving effect was observed for any indicator of the mixolabogram: the calculated indicator E had a negative value. Keywords: squalene (C30H50), rheological properties, gelling rate, suspension, paste, winter wheat, amaranth, amylograph, Mixolab, improving effect, mixing value.

Author Details: T.B. Kulevatova, Cand. Sc. (Biol.), leading research fellow (e-mail: Rogozhkina2008@yandex.ru); A.I. Pryanishnikov, D. Sc. (Agr.), corresponding member of the RAS, director; L.N. Zlobina, Cand.Sc. (Agr.). research fellow; R.A. Avtayev, deputy director; S.V. Lyasheva, Cand. Sc. (Agr.), director of breeding center.

For citation: Kulevatova TB., Pryanishnikov A.I., Zlobina L.N., Avtayev R.A., Lyasheva S.V. Influence of Amaranth (Amaranthus) on the Rheological Properties of Mixtures on the Basis of Winter Wheat (Triticum aestivum L.). Dostizheniya naukii tekhniki APK. 2017. V 31. No 1. Pp. 35-38 (in Russ.).