Исследование возможности применения биохимической обработки муки для изготовления безглютеновых продуктов питания

УДК 664

DOI 10.24412/2311-6447-2023-3

Исследование возможности применения биохимической обработки муки для изготовления безглютеновых продуктов питания

Investigation of the possibility of using biochemical processing of flour for the manufacture of gluten-free food products

Доцент Р.З. Агзамов, декан Л.И. Агзамова, Нижнекамский химико-технологический институт (филиал Казанского национального исследовательского технологического университета), тел. 8(8555) 39-23-87

доцент З.Ш. Мингалеева, инженер И.С. Низамова Казанский национальный исследовательский технологический университет

Associate Professor R.Z. Agzamov, Dean L.I. Agzamova, Nizhnekamsk Institute of Chemical Technology (branch of Kazan National Research Technological University), tel. 8(8555) 39-23-87

Associate Professor Z.S. Mingaleeva, Engineer I.S. Nizamova Kazan National Research Technological University

Аннотация. Проведено исследование качества муки и клейковины в ее составе. Эмпирическим путем подобрана рецептура приготовления суспензии ферментного препарата для применения в процессах биохимического удаления глютена из состава пшеничной муки. По результатам анализа научно-технической литературы отмечено, что для разложения белковых фракций в качестве эффективных ферментов могут быть рассмотрены пепсин, вырабатываемый главными клетками слизистой оболочки желудка, который в организме человека служит для расщепления белков пиши до пептидов, а также его аналог микробиологического происхождения - ренин.

Abstract. A study of the quality of flour and gluten in its composition was conducted. The recipe for the preparation of an enzyme preparation suspension for use in the processes of biochemical removal of gluten from wheat flour has been empirically selected. According to the results of the analysis of scientific and technical literature, it is noted that for the decomposition of protein fractions, pepsin produced by the main cells of the gastric mucosa, which in the human body serves to break down food proteins to peptides, as well as its analogue of microbiological origin - renin, can be considered as effective enzymes.

Ключевые слова: мука, глютен, ферментативная обработка

Keywords: flour, gluten, enzymatic processing

Хлебобулочные изделия занимают особое место в питании человека. Вместе с тем необходимо отметить, что не все люди могут употреблять в пишу хлебобулочные изделия из пшеничной муки, содержащей глютен, из-за целиакии. В последнее время наблюдается увеличение количества людей, страдающих целиакией, аллергией на глютен и другими заболеваниями, требующими исключения продуктов, содержащих глютен.

Несмотря на разнообразие современного ассортимента хлебобулочных изделий, создание безглютеновых видов продукции в качестве изделий специализированного назначения остается одной из главных задач, стоящих перед хлебобулочным производством.

Цель исследования - изучить способы получения безглютеновых хлебобулочных изделий. Глютен, присутствующий в пшенице, ржи, ячмене и других сельскохозяйственных культурах, часто используется в производстве пищевых продуктов растительного происхождения для достижения нужной текстуры и свойств теста.

© Р.З. Агзамов, Л.И. Агзамова, З.Ш. Мингалеева, И.С. Низамова, 2023

)днако для разработки безглютеновых продуктов питания рекомендуется использовать альтернативные виды муки в рецептуре.

С целью повышения биологической и пищевой ценности продуктов в работе [1] предлагается использование льняной и конопляной муки в качестве основного сырья для мучных кондитерских изделий.

Исследования [2] показали, что содержание глютелинов варьирует от 4,8 % в гороховой муке до 79,6 % в рисовой муке. Продукты без глютена могут содержать меньше клетчатки, минералов и витаминов. При этом производители часто добавляют в выпечку больше сахара, жира и вредных химических соединений, чтобы сделать тесто более вязким. Без таких приемов булочки и хлебные изделия будут просто рассыпаться, т.к. именно глютен склеивает компоненты и придает продуктам эластичность [3].

Ключевыми ферментами, применяемыми в хлебопечении, являются гидролитические, прежде всего амилолитические ферменты, т.к. основным компонентом муки, получаемой из растительного сырья, является крахмал.

Для того чтобы приготовить настоящий хлеб с идеальной пористостью, объемом и окраской корки, необходимо на каждом этапе технологического процесса обеспечить достаточное количество сахара. Без сахара газообразование будет недостаточным, что приведет к неудовлетворительному результату [4].

Следует отметить, что активность протеаз в нормальном пшеничном зерне очень низкая, хотя скорость изменений физических свойств клейковины под их воздействием крайне важна для хлебопечения.

Для удаления белковых компонентов, таких как клейковина, должны применяться ферментные препараты, имеющие в своем составе протеолитические компоненты. При этом следует отметить, что и в самой муке могут присутствовать протеолитические ферменты. Такие ферменты играют важную роль в процессе созревания тестовых полуфабрикатов и оказывают значительное влияние на биохимические процессы при брожении теста, а также на его реологические, структурно-механические и органолептические характеристики.

В настоящее время проводятся исследования белково-протеиназного комплекса пшеничной, ржаной и других видов муки. Особое внимание ученых привлекают нетрадиционные виды муки, такие как овсяная, полбяная, кукурузная, ячменная, тритикалевая и другие, поскольку они обладают высокой пищевой ценностью [5]. Кроме того, следует отметить, что для разложения белковых фракций в качестве эффективных ферментов могут быть рассмотрены пепсин, вырабатываемый главными клетками слизистой оболочки желудка, который в организме человека служит для расщепления белков пищи до пептидов, а также его аналог микробиологического происхождения - ренин.

Определили количество и качество клейковины по ГОСТ 27839-2013 [6]. Этот документ распространяется на пшеничную муку и устанавливает методы определения количества клейковины путем отмывания ее из теста с помощью механизированных средств или вручную и качества клейковины путем измерения ее упругоэла-стичных свойств с помощью приборов. Сущность метода определения количества клейковины заключается в выделении сырой клейковины из теста, замешенного из муки и воды и прошедшего отлежку в воде для гидратации и образования внутри- и межмолекулярных связей в веществах, образующих клейковину (главным образом, белках - глиадине и глютенине), с по следующим отмыванием рабочим органом механизированного устройства (механизированный способ) или ладонями (ручной способ) с помощью воды, удаляющей водорастворимые вещества из теста, а также крахмал и отруби. Полученную клейковину взвешивают и рассчитывают процентное содержание сырой клейковины относительно массы анализируемой пробы муки. При ручном способе перед взвешиванием удаляют излишки воды отжимом между ладонями.

Сущность метода определения качества клейковины заключается в нии величины деформации сжатия сырой клейковины, сформованной в шарик, под воздействием нагрузки определенной величины в течение заданного интервала времени. После отлежки шарик клейковины вынимали из емкости, снимали зажим, помещали основанием строго в центр столика прибора ИДК-3М и проводили измерение. Результаты измерения упругоэластичных свойств клейковины выражали в условных единицах прибора ИДК - ед. ИДК. Снятие показаний с индикаторного табло прибора осуществляли с точностью до 0,1 ед. ИДК. В зависимости от результата измерения клейковину того или иного образца относили к группе качества в соответствии с табл. 1.

Необходимо отметить, что в соответствии с методикой [6], если клейковина представляет собой после отмывания сильно крошащуюся, губчатообразную, несвязную, раздробленную массу, которая не формуется в шарик, то ее относят к крошащейся и не определяют качество на приборе типа ИДК. Если клейковина представляет собой после отмывания несвязную, растекающуюся массу, которую невозможно собрать и сформовать в шарик, то ее относят к неотмывающейся и не определяют качество на приборе типа ИДК.

Таблица 1

Классификация качества клейковины, полученной из пшеничной муки

Группа качества клейковины Характеристика клейковины Показания прибора в условных единицах

Зерно пшеницы Мука хлебопекарная

Высшего, 1-го сорта, обойная 2-го сорта

I Хорошая 45-75 55-75 55-75

II Удовлетворительная слабая 80-100 80-100 80-100

II Удовлетворительная крепкая 20-40 35-50 40-50

III Неудовлетворительная крепкая 0-15 0-30 0-30

III Неудовлетворительная слабая 105 и более 105 и более 105 и более

Растяжимость и эластичность клейковины в соответствии с методом, описанным в работе [7], определяли после установки цвета. По растяжимости клейковину характеризуют как короткую (растянувшуюся до 10 см включительно), среднюю (до 20 см) и длинную (свыше 20 см).

Для проведения экспериментальных исследований по изучению способов предварительной обработки пшеничной муки с целью снижения содержания в ней глю-тена оценивали качество муки, а также качество и количество клейковины в разных образцах.

В качестве объектов исследования выступали образцы: образец 1 - мука универсальная без глютена «GARNEC»; образец 2 - мука «Беляевская» пшеничная хлебопекарная высшего сорта; образец 3 - клейковина пшеничная (глютен) «С. Пудовъ».

Мука универсальная без глютена «GARNEC» состоит из муки рисовой, льняной, амарантовой, крахмала кукурузного, картофельного, тапиокового и загустителя, в качестве которого выступает ксантановая камедь.

Изучение исходных образцов проводили по следующей схеме. Сначала проводили приготовление теста, затем определяли количество клейковины и после этого определяли ее качество.

Для приготовления теста 25 г муки смешивали с 14 см3 дистиллированной

воды, чтобы создать однородное тесто. Затем тесто накрывали чашкой и оставлялось на просачивание в течение 20 мин. После этого приступали к определению содержания глютена по результатам отмывания клейковины. Сначала определяли количество отмытой клейковины с применением лабораторных весов марки DL-200 (AND). Затем определяли качество клейковины, для чего использовали прибор ИДК-3М (рис. 1).

а б в

Рис. 1. Внешний вид образцов в ходе проведения их изучения: а - безглютеновое тесто; б - клейковина пшеничной муки «Беляевская»; в - сырая клейковина

Для образца 1 представлен его внешний вид на этапе приготовления теста. Содержание глютена в ходе отмывания клейковины определить не удалось из-за его отсутствия в исходном образце. Для образца 2 характерно наличие клейковины (глютена). Следует отметить, что цвет сырой клейковины определяется после его взвешивания при дневном рассеянном свете или достаточно искусственном освещении. По внешнему виду сырая клейковина может быть светлого, серого или темного цвета. Клейковина, собранная после ее отмывки из образца 2 (мука «Беляевская» пшеничная хлебопекарная высшего сорта), имеет светло-кремовый оттенок.

Для образца 3 характерно увеличение объема и физической массы. Кроме того, отмечено, что образец 3 приобрел темно-коричневый оттенок.

Растяжимость и эластичность клейковины образца 1 определить не удалось, ввиду отсутствия белковых компонентов в этом образце.

Для определения качества сырой клейковины исходных образцов, кроме образца 1, на приборе ИДК-3М из окончательно отмытой и отжатой клейковины отобрали 4 г навески, сформовали ее в виде шарика и опустили в стакан с водой на 15 мин. Затем пробу поместили строго в стойку прибора ИДК-3М и провели измерение.

По результатам проведенного анализа научно-технической литературы предположили, что для снижения содержания глютена в пшеничной муке можно ее обработать протеолитическим ферментным препаратом.

На первом этапе эксперимента добавляли предварительно активированный ферментный препарат микробиологического ренина «Meito» в исходный образец № 2. При этом образцы муки взвешивали на аналитических весах DL-200 (AND) по 30 г (рис. 2).

Рис. 2. Отобранные образцы муки «Беляевская»

Таким образом, получили три опытных образца, отличающиеся между собой временем выдерживания при перемешивании. Каждый опытный образец готовили с повторностью. Для этого в 6 конических колб по 250 мл помещали 30 г отобранных образцов муки и добавляли по 50 мл приготовленной заранее суспензии ферментного препарата. Объем препарата выбран по результатам проведенных ранее предварительных опытов с учетом потери воды при продолжительной обработке муки. Полученные образцы перемешивали на перемешивающем устройстве марки ПЭ-6410 при комнатной температуре. Время выдерживания опытных образцов при перемешивании составляло: 2, 4 и 6 ч. Для инактивации ферментного препарата опытные образцы после этапа выдерживания при перемешивании помещали в холодильник при температуре при +4 °С на сут.

Далее опытные образцы подвергали высушиванию в сушильном шкафу иТ-4620 5,5 ч при 105 °С. Высушивание проводили до образования твердой корки на поверхности образцов, размещенных в химических стаканах (рис. 3).

Рис. 3. Высушивание опытных образцов Высушенные опытные образцы были перемолоты в бытовой кофемолке. Окончание этапа измельчения опытных образцов контролировали визуально.

Далее проводили отмывание клейковины из полученных опытных образцов муки. Для этого отбирали 25 г навески из каждого образца и смешивали с 10 см3 дистиллированной водой. Затем замешивали однородное тесто (рис. 4), накрывали чашкой и оставляли на 20 мин для отлёжки. По истечении времени проводили отмывание под слабой струей воды над ситом, осторожно разминая тесто пальцами, чтобы не терялись кусочки.

а б в

Рис. 4. Внешний вид опытных образцов в ходе замешивания теста: а - 2-часовая обработка; б - 4-часовая обработка; в - б-часовая обработка

В результате проведения этапа отмывания клейковины все образцы растворялись в воде. Это позволяет сделать вывод о том, что в процессе обработки муки ферментным препаратом из муки удаляются белковые компоненты. При этом в составе муки остаются водорастворимые вещества.

Необходимо отметить, что 2-часовая обработка пшеничной муки протеолитиче-ским ферментным препаратом является достаточно эффективной для удаления глютена.

Определение количества клейковины в составе муки проводили путем отмывания ее ручным способом [6]. Статистически обрабатывали полученные

У «я

h

экспериментальные данные.

Результаты сравнения показателей изучения опытных образцов с исходным образцом 1 представлены в табл. 3.

Таблица 3

Сводная таблица результатов проведенных исследований

Показатель Образец без глютена Образец муки 2 до обработки Образец муки 2 после обработки

1 2 3

Количество клейковины, % 0 32 ± 4,2 0 0 0

Качество клейковины, у.е. ИДК 0 74,8 ± 0,07 0 0 0

Растяжимость, см 0 12,59± 1,72 0 0 0

По результатам анализа научно-технической литературы отмечено, что для разложения белковых фракций в качестве эффективных ферментов могут быть рассмотрены пепсин, вырабатываемый главными клетками слизистой оболочки желудка, который в организме человека служит для расщепления белков пищи до пептидов, а также его аналог микробиологического происхождения - ренин.

Полученные результаты позволяют вывод о том, что в результате обработки муки протеолитическим ферментным препаратом из ее состава эффективно удаляются белковые компоненты. 2-хчасовая обработка пшеничной муки протеолитическим ферментным препаратом является достаточно эффективной для удаления глютена. При этом в составе муки остаются водорастворимые вещества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев, А.Е. Использование натуральных растительных БАД в мучных кулинарных изделиях. / А.Е. Алексеев, А.В. Мошкин, А.Т. Васюкова, А.А. Славянский. /III Международная научно-практическая конференция «Наука и образование в современном мире: вызовы XXI века». - Нур-Султан, 2019. - С. 289-293.

2. Способы повышения качества и пищевой ценности булочных изделий: Монография / Сафронова Т.Н., Ермош Л.Г., Евтухова О.М. - Краснояр: СФУ, 2016. -172 с.

3. Касабова, Е.Р. Влияние добавок, содержащих пищевые волокна, на хлебопекарные свойства пшеничной муки /Е.Р. Касабова, О.В. Самохвалова // Научные ведомости. Серия: Естественные науки. - 2013. - № 24. - С. 111-116.

4. Иванова, К. Л. Применение микробиологических заквасок и ферментных препаратов в хлебопекарной отрасли / К. Л. Иванова // Пищевая биотехнология.

5. Способы повышения качества и пищевой ценности булочных изделий: Монография / Сафронова Т.Н., Ермош Л.Г., Евтухова О.М. - Краснояр.: СФУ, 2016. -172 с.

6. ГОСТ 27839-2013. Мука пшеничная. Метод определения количества и качества клейковины.

7. Андреев, А. Н. Контроль качества сырья хлебопекарного производства. Часть 1. Учебное пособие. / А. Н. Андреев - УДК 664.65 (075). - Санкт-Петербург, 2005 - 93 с.

REFERENCES

1. Alekseev, A.E. The use of natural herbal supplements in flour culinary products. / A.E. Alekseev, A.V. Moshkin, A.T. Vasyukova, A.A. Slavyansky. /III International Scientific and Practical Conference "Science and Education in the modern world: challenges of the XXI century". - Nur-Sultan, 2019. - pp. 289-293.

2. Ways to improve the quality and nutritional value of bakery products: Monograph / Safronova T.N., Ermosh L.G., Evtukhova O.M. - Krasnoyar: SFU, 2016. - 172 p.

3. Kasabova, E.R. The influence of additives containing dietary fiber on the baking properties of wheat flour / E.R. Kasabova, O.V. Samokhvalova / / Scientific Vedomosti. Series: Natural Sciences. - 2013. - No. 24. - pp. 111-116.

4. Ivanova, K. L. Application of microbiological starter cultures and enzyme preparations in the bakery industry / K. L. Ivanova // Food biotechnology.

5. Ways to improve the quality and nutritional value of bakery products: Monograph / Safronova T.N., Ermosh L.G., Evtukhova O.M. - Krasnoyar.: SFU, 2016. - 172 p.

6. GOST 27839-2013. Wheat flour. Method for determining the quantity and quality of gluten.

7. Andreev, A. N. Quality control of bakery raw materials. Part 1. Textbook. / A. N. Andreev - UDC 664.65 (075). - St. Petersburg, 2005 - 93 p.