Исследование реологических свойств пасты на основе жмыха зародышей пшеницы как компонента пищевых систем из животного сырья

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ / FOOD TECHNOLOGY Оригинальная статья / Original article УДК: 637.5

DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-4-133-138

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПАСТЫ

НА ОСНОВЕ ЖМЫХА ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ

КАК КОМПОНЕНТА ПИЩЕВЫХ СИСТЕМ ИЗ ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ

© Т.В. Алексеева, Ю.О. Калгина, А.А. Родионов, А.А. Веснина, М.М. Зяблов

Воронежский государственный университет инженерных технологий

Работа посвящена исследованию реологических свойств гидратированных пищевых систем на основе жмыха зародышей пшеницы (ЖЗП). Актуальность темы обусловлена необходимостью создания новых товарных продуктовых линеек, отличающихся от традиционных более высокой пищевой и биологической ценностью, рациональным использованием отечественных сырьевых ресурсов. Объектом исследований являлись пищевые системы на основе жмыха зародышей пшеницы различной степени гидратации. Полученные данные свидетельствуют о том, что применение пасты из жмыха зародышей пшеницы с влажностью 64-66% позволяет вносить обогащающую добавку без изменения этапов технологических процессов, обеспечению более высоких значений пищевой и биологической ценности готовой продукции при сохранении органолептических показателей продуктов.

Ключевые слова: жмых зародышей пшеницы, реология, пищевые системы, животное сырье.

Формат цитирования: Алексеева Т.В., Калгина Ю.О., Родионов А.А., Веснина А.А., Зяблов М.М. Исследование реологических свойств пасты на основе жмыха зародышей пшеницы как компонента пищевых систем из животного сырья // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 4. С. 133-138. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-4-133-138

INVESTIGATION OF RHEOLOGICAL PROPERTIES OF PASTA BASED ON WHEAT WHEAT GERM OIL CAKE

AS A COMPONENT OF THE FOOD SYSTEM FROM ANIMAL PRODUCTS T.V. Alekseeva, Y.O. Kalgina, A. A. Rodionov, A.A. Vesnina, M.M. Zyablov

Voronezh State University of Engineering Technology

The work is devoted to study the rheological properties of the hydrated food systems based on wheat germ oil cake. The relevance of the topic depends on the need to create a new commercial product lines, different from the traditional higher nutritional and biological value and rational use of domestic raw materials. The object of research was a dietary system based on wheat germ oil cake of various degrees of hydration. The data indicate that the use of pasta from wheat germ oil cake with 64-66 % water content allows contributing enriching additive without changing the stages of the technological process, ensuring higher nutritional and biological value of finished products while maintaining organoleptic characteristics of the products. Keywords: meal wheat germ, rheology, food systems, animal feedstock

For citation: Alekseeva T.V., Kalgina Y.O., Rodionov A.A., Vesnina A.A., Zyablov M.M. Investigation of rheological properties of pasta based on wheat wheat germ oil cake as a component of the food system from animal products. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 3, pp. 133-138. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-4-133-138

ВВЕДЕНИЕ

В условиях нарушения пищевого статуса населения во многих регионах, дефицита макро- и микронутриентов остро стоит проблема поиска путей обогащения пищевых продуктов

на основе принципов комбинаторики и создания новых товарных линий, отличающихся от традиционных более высокой пищевой и биологической ценностью и более рациональным использованием сырьевых ресурсов. Учитывая

запросы потребителей и основы Государственной политики в области здорового питания населения, современная пищевая промышленность должна стремиться к производству качественной продукции из натурального отечественного сырья [1, 2].

В этой связи продукты глубокой переработки низкомасличного сырья (в частности жмых зародышей пшеницы) представляют интерес, поскольку являются натуральным источником ПНЖК, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых волокон, пентозанов, поликозанола и характеризуются высокой пищевой и энергетической ценностью. В данных исследованиях жмых зародышей пшеницы (ЖЗП) предназначен для обогащения кулинарной продукции из рубленной массы на основе животного сырья, которая имеет разнообразный состав, структуру и консистенцию. При комбинировании ЖзП и компонентов животного сырья возникает ряд проблем технологического характера, так как сырье различного происхождения (мясо свинины, говядины и птицы, рыба), будучи введенным в единую многокомпонентную систему, оказывает влияние как на систему в целом, так и на отдельные ее составляющие, вследствие перераспределения свободной влаги между биополимерами сырья, что приводит к изменению их конформационного состояния и степени гидратации [3, 4].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве объекта исследований рассматривался жмых зародышей пшеницы - побочный продукт глубокой комплексной переработки зародышей зерна пшеницы. В работе использовали вырабатываемые промышленным способом зародыши пшеницы (ЗП), соответствующие ТУ 9295-010-00932732-08 «Хлопья зародышевые пшеничные пищевые». В исследованиях применяли партии ЗП, полученные при переработке зерна пшеницы различных сортов, доставленных из Белгородской, Липецкой и Воронежской областей (ОАО «Комбинат хлебопродуктов «Старооскольский», ОАО «Бу-турлиновский мелькомбинат», ООО «Тонекс», ОАО «Липецкий комбинат хлебопродуктов»). Переработку партий ЗП осуществляли методом холодного прессования в условиях производства ООО «Тонекс» (Белгородская обл.). Продукты комплексной переработки ЗП - масло и жмых - соответствовали требованиям соответствующих ТУ (ТУ 9295-014-18062042-06 «Мука зародышей пшеницы пищевого назначения «ВИТАЗАР», ТУ 9141-010-18062042-96 «Масло зародышей пшеницы»).

Реологические свойства пищевых систем контролировали с помощью информационно-измерительной системы, включающей в свой состав прибор «Структурометр СТ-2» (НИИ

Хлебопекарной промышленности, г. Москва). При работе с пищевыми системами применяли два варианта. В первом варианте образец помещали в стакан, который устанавливали на столик прибора под индентором (поршень с диаметром 49 мм), закрепленным в тензобалке и перемещаемом по вертикали внутри стакана со скоростью 0,25 мм/с. После касания поршнем пищевой массы происходило ее уплотнение, а затем - выдавливание через фильеру (диаметр 15 мм). Сигнал при изменении усилий нагружения на поршне при выдавливании пищевых систем обрабатывался и передавался на информационно-измерительную систему. Во втором варианте применяли измерительное устройство типа пресса, состоящего из неподвижной пластины-основания и подвижной пластины-пуансона. Пуансон связан с информационно-измерительной системой, которая обеспечивает одновременное измерение перемещения и возникшего усилия на пуансоне. В результате обработки данных информационно-измерительной системой получали кривые (диаграммы) сжатия.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Так как внесение ЖЗП предполагалось в пищевые системы из животного сырья с консистенцией, близкой к структуре полуфабрикатов для конкретных пищевых готовых изделий, были проведены исследования по подбору оптимального количества ЖЗП и воды, обеспечивающих идентичную консистенцию пищевым системам из животного сырья.

Были изучены реологические свойства модельных пищевых систем ЖЗП различной степени гидратации с влагосодержанием в интервале 59-68%.

Большинство пищевых материалов относится к неньютоновским системам и проявляют как упругие, так и пластические свойства, которые находят отражение в таких объективных механических характеристиках материалов, как предел прочности, предел текучести, модуль упругости и др. Численные значения перечисленных механических характеристик получают, подвергая исследуемый материал специальным механическим испытаниям, например испытанию на сжатие. Этот метод позволяет сделать вывод о свойствах не только твердооб-разных материалов, например мякиша хлеба, натуральных овощей и фруктов, готовых кондитерских изделий, но и полуфабрикатов (пищевых масс), находящиеся в вязко-текучем состоянии [5, 6].

Реологические свойства гидратированного ЖЗП контролировали с помощью информационно-измерительной системы, включающей в свой состав прибор «Структурометр СТ-2». Кривые изменения усилия нагружения Н) на

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ Том 6 N 4 2016

поршне при выдавливании вязко-пластичной массы модельных систем различной степени гидратации ЖЗП представлены на рис. 1.

Из рис. 1 следует, что с уменьшением количества воды в гидратированном ЖЗП, вязкость возрастает, пластичность снижается, требуются большие усилия для деформации пищевой системы (10-18 Н), о чем свидетельствуют колебания механических напряжений, возникающих на поршне в процессе ее выдавливания через фильеру (влагосодержание 59-62%, соотношения ЖЗП и воды - 1,0 : 1,5-1,6). Результаты экспериментов показали, что пищевая система ЖЗП с влагосодержанием 59-62% по прошествии времени достижения равновесного состояния, имела жесткую, комкообразную, не пластичную структуру, поэтому в дальнейших исследованиях по применению пасты из ЖЗП в пищевых технологиях эти соотношения не рассматривались.

С увеличением содержания воды в интервале 64-66% (соотношения ЖЗП и воды -1,0:1,7-1,8) структура пасты из ЖЗП становилась более мягкой и пластичной, усилия нагружения F (Н) при выдавливании модельных систем уменьшались и находились в пределах 6-8 Н. Консистенция пищевой системы с влагосодержанием 64-66% при набухании компонентов ЖЗП в воде и достижении равновесного состояния (5-10 мин) была вязко-текучей, близкой к консистенции мясного фарша.

Начиная с влагосодержания системы 68% и более масса пасты из ЖЗП приобретала консистенцию жидкого теста, усилия нагружения F (Н) снижались до значений 4 Н и меньше. Около 1-2% воды не связывалось высокомолеку-

лярными веществами ЖЗП и находилось в свободном состоянии в виде надосадочной жидкости (рис. 2, б). Дальнейшее внесение воды в ЖЗП до соотношений 1,0:8,0 приводило к увеличению количества надосадочной жидкости до 50-70% от массы смеси (рис. 2, в).

Расчет нормальных механических напряжений показал, что с увеличением массы воды в ЖЗП при выдавливании пасты через фильеру, механические напряжения уменьшаются. Изменение нормального механического напряжения при выдавливании массы ЖЗП различной степени гидратации представлено на рис. 3 и в таблице, из чего следует, что рациональной влажностью пасты из ЖЗП является влажность, равная 63-66%, что соответствует соотношению сухих веществ и воды - 1,0:1,7-1,8 и консистенции, оцениваемой по нормальному напряжению вы-прессовывания - 2,65-3,27 кПа. При увеличении количества воды в смеси (соотношение ЖЗП и воды 1,0:1,9 и выше), консистенция пасты из ЖЗП становилась более текучей, что подтверждается низким значением возникающих механических напряжений в пределах 1,63 кПа и менее. При уменьшении воды в смеси (влагосо-держание 59-62%, соотношение ЖЗП и воды -1,0:1,5-1,6), масса имела более плотную и жесткую структуру, что заметно по увеличению механических напряжений (4,49-5,84 кПа).

Установлено рациональное соотношение ЖЗП и воды - 1,0:1,7-1,8 (влажность 64-66%), которое характеризуется нормальными механическими напряжениями в диапазоне 3,27-2,65 кПа, что соответствует аналогичным показателям традиционных пищевых систем, в состав

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

1,0 5

1,0 со

^—1,0 1,7

^—1,0 1,8

1 0 1,9

50

100

150

200

Время т, с

Рис. 1. Изменение усилия нагружения (Р,, Н) на поршне «Структурометра СТ-2» при выдавливании модельныхРКПС с влажностью, %: 59,4; 61,6; 63,7; 65,8; 67,9

0

а б в

Рис. 2. Гидратированная растительная комплексная пищевая система при соотношении сухих веществ и воды: а - 1,0:1,7-1,8; б - 1,0:1,9; в - 1,0:8,0

1,0:1,5 1,0:1,6 1,0:1,7 1,0:1,8 1,0:1,9

Соотношение ЖЗП и воды

Рис. 3. Изменение нормального механического напряжения Q (кПа) модельных пищевых систем ЖЗП различной степени гидратации

Изменение нормального механического напряжения Q (кПа) при выдавливании модельных пищевых систем жмыха зародышей пшеницы различной степени гидратации

Влажность пасты из ЖЗП, % Соотношение ЖЗП и воды Нормальное механическое напряжение

59,41 1,0:1,5 5,84

61,55 1,0:1,6 4,49

63,69 1,0:1,7 3,27

65,80 1,0:1,8 2,65

67,91 1,0:1,9 1,63

которых целесообразно вводить пасту из ЖЗП.

В результате проведенных исследований выяснено, что пасту из ЖЗП целесообразнее применять в гидратированном виде, что соответствует состоянию насыщения биополимеров системы влагой и достижению пастооб-

разной консистенции, схожей с консистенцией измельченного мясного или рыбного сырья. Гидратацию следует проводить водой питьевой в соотношении ЖЗП / вода, как 1:1,7-1,8, смесь перемешивают до однородного состояния и выдерживают 10-15 мин при температу-

ре 20 ± 5 оС. Как показали проведенные эксперименты, данные условия достаточны для связывания влаги биополимерами ЖЗП и достижения стабильности требуемых реологических свойств.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из анализа полученных данных следует, что рационально вносить в фаршевые пищевые системы из различных видов животного сырья пасту из ЖЗП влажностью 64-66%, при этом обеспечиваются достаточные условия

1. Антипова Л.В. Продовольственная безопасность РФ: опыт работы ВГУИТ // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. 2014. № 1 (1). С. 66-74.

2. Дунченко Н.И. Научные и методологические подходы к управлению качеством пищевых продуктов // Техника и технология пищевых производств. 2012. № 3. С. 76-77.

3. Шевцов А.А., Алексеева Т.В. Пшеничные зародыши: монография. Воронеж: ВГТА, 2008. 251 с.

4. Родионова Н.С. Попов Е.С., Фомичева А.В. Перспективы применения муки зародышей пшеницы в производстве комбинированных пищевых продуктов // Образование и наука: проблемы и перспективы развития. Махачкала, 2014. С. 185-187.

5. Черных В.Я., Шевцов А.А., Алексеева Т.В. Специальное материаловедение: учеб. пособие. СПб: Гиорд, 2007. 264 с.

6. Alekseeva T.V., Kalgina Y.O., Zyablov M.M., Vesnina A.A., Naumenko V.B., Larina T.P. Study of the sorption process phytosorbents meal wheat

для связывания влаги биополимерами ЖЗП и достижения стабильности требуемых реологических свойств системы. Полученные данные свидетельствуют о том, что внесение ЖЗП в пищевые изделия в виде пасты позволяет не изменять этапы технологических процессов приготовления кулинарных изделий из рубленой массы, обеспечить более высокие значения пищевой и биологической ценности готовой продукции при сохранении органолептиче-ских показателей, рационально использовать отечественные сырьевые ресурсы [7-10].

КИЙ СПИСОК

germ cake in technological media // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2016. № 1. Р. 91-95.

7. Пат. № 2554435, Российская Федерация. Способ приготовления мясорастительных полуфабрикатов или фаршей для котлет, паштетов, кнелей, суфле или иных изделий из рубленной массы / Н.С. Родионова, Т.В. Алексеева, М.И. Ко-рыстин, А.А. Родионов, М.М. Зяблов. Опубл. 27.06.2015. 7 с.

8. Пат. № 2138960, Российская Федерация. Способ производства продукта на основе пшеничных зародышевых хлопьев / А.Ф. Прокопенко, Н.А. Жеребцов, Е.С. Шенцова, Т.В. Зяблова. Опубл. 10.10.99. 8 с.

9. Alekseeva T., Kalgina Y., Vesnina A., Zyablov M. Development of Compounding Enriched Flour Confectionery with Application of Products of Deep Processing of Grain // Journal of EcoAgriTourism. 2014. Vol. 10, N 2. Р. 53-56.

10. Дунченко Н.И., Рогов И.А., Позняковский В.М. Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов // Современные проблемы науки и образования. 2009. N 4. С. 33-34.

REFERENCES

1. Antipova, L.V. food security of the Russian Federation: experience UGUET [Text] // Technology food processing industry, agricultural products health-spending power. 2014. № 1 (1). S. 66-74.

2. Donchenko, N.I. Scientific and methodological approaches to quality management of food products [Text] / N.I. Donchenko // Equipment and technology of food production. 2012. N. 3. S. 76-77.

3. Shevtsov, A.A. Wheat germ [Text] / A.A. Shevtsov, T.V. Alekseeva. Voronezh: VGTA, 2008. 251 p.

4. Rodionova, N.S. Prospects for the use of flour wheat germ in the production of combined food products [Text] / N.S. Rodionova, E.S. Popov, A.V. Fomicheva // Education and science: problems and prospects. Makhachkala, 2014. S. 185-187.

5. Chernuh, V.J. Special science [Text] / V.J. Chernuh, A.A. Shevtsov, T.V. Alekseeva: a Training manual. SPb: Giord, 2007. 264 p.

6. Alekseeva T.V. Study of the sorption pro-

cess phytosorbents meal wheat germ cake in technological media [Text] / T.V. Alekseeva, Y.O.Kalgina, M.M. Zyablov, A.A. Vesnina, V.B. Naumenko, T.P. Larina // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2016. № 1. P. 91-95.

7. Patent RF № 2554435. The method of cooking meat and cereal semi-finished products or meat for cutlets, pates, quenelle, souffle or other products of minced mass. Rodionova N.S. Alekseeva T.V., Korystin M.I., Rodionov A.A., Zyablov, M.M., Publ. 27.06.2015. 7 s.

8. Patent RF № 2138960. Method of production of the product based on wheat germ flakes. Pro-kopenko, A.F., Stallions N.A., Chencova E.S., T.V. Zyablova, Publ. 10.10.99. 8 s.

9. Alekseeva, T. Development of Compounding Enriched Flour Confectionery with Application of Products of Deep Processing of Grain [Text] / T. Alekseeva, Y. Kalgina, A. Vesnina, M. Zyablov // Journal of EcoAgriTourism. 2014. № 2. vol. 10. P. 53-56.

10. Donchenko, N.I. Safety of food raw materials and food products / N.I. Donchenko, I.A. Rogov, Poz-

Критерии авторства

Алексеева Т.В., Калгина Ю.О., Родионов А.А., Веснина А.А., Зяблов М.М. выполнили экспериментальную работу, на основании полученных результатов провели обобщение и написали рукопись. Алексеева Т.В., Калгина Ю.О., Родионов А.А., Веснина А.А., Зяблов М.М. имеют на статью авторские права и несут равную ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Татьяна В. Алексеева

Воронежский государственный университет

инженерных технологий

394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Д.т.н., профессор

zyablova@mail.ru

Юлия О. Калгина

Воронежский государственный университет

инженерных технологий

394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Аспирант

kalgina_u1993@mail.ru

Александр А. Родионов

Воронежский государственный университет

инженерных технологий

394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Аспирант

superintellekt1991 @mail.ru Анна А. Веснина

Воронежский государственный университет

инженерных технологий

394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Студент

nura1993@mail.ru Максим М. Зяблов

Воронежский государственный университет

инженерных технологий

394036, Россия, г. Воронеж, пр. Революции, 19

Студент

maxson1993@mail.ru

Поступила 12.10.2016

nyakovsky V.M. // Modern problems of science and education. N 4. 2009. P. 33-34.

Contribution

Alekseeva T.V., Kalgina Y.O., Rodionov A.A., Vesni-na A.A., Zyablov M.M. carried out the experimental work, on the basis of the results summarized the material and wrote the manuscript. Alekseeva T.V., Kalgina Y.O., Rodionov A.A., Vesnina A.A., Zyablov M.M. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.

Conflict of interest

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

AUTHORS' INDEX Affiliations

Tatyana V. Alekseeva

Voronezh State University of Engineering Technology 19, Revolyutsii Ave., Voronezh, 394036, Russia Doctor of Engineering, Professor zyablova@mail.ru

Yoliya O. Kalgina

Voronezh State University of Engineering Technology 19, Revolyutsii Ave., Voronezh, 394036, Russia Graduate student kalgina_u1993@mail.ru

Alexander A. Rodionov

Voronezh State University of Engineering Technology 19, Revolyutsii Ave., Voronezh, 394036, Russia Graduate student superintellekt1991 @mail.ru

Anna A. Vesnina

Voronezh State University of Engineering Technology 19, Revolyutsii Ave., Voronezh, 394036, Russia Student

nura1993@mail.ru

Maxim M. Zyablov

Voronezh State University of Engineering Technology 19, Revolyutsii Ave., Voronezh, 394036, Russia Student

maxson1993@mail.ru

Received 12.10.2016