Исследование вторичных материальных ресурсов при производстве солода из тритикале

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 663.483

П. Е. Баланов, И. В. Смотраева, О. Б. Иванченко, Р. Э. Хабибуллин

ИССЛЕДОВАНИЕ ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СОЛОДА ИЗ ТРИТИКАЛЕ

Ключевые слова: тритикале, ростки, тритикалевый солод, аминный азот.

В статье представлены результаты определения аминного азота в ростках солода тритикале. Показано, что содержание аминного азота в солодовых ростках из тритикале на 30% выше, чем в ячменном солоде. Длительное подвяливание солода в течение 10 ч и более, а также умеренная термическая нагрузка при от-сушке способствуют повышению содержания аминного азота. Оптимальная длительность экстракции аминного азота из солодовых ростков составляет около 100 минут.

Keywords: triticale, sprouts, tritically malt, amino nitrogen.

The article presents the results of the amine nitrogen content in the sprouts of triticale malt. It was shown that amine nitrogen content in malt sprouts from triticale is 30% higher than in barley malt. Long malting of the malt for 10 hours or more, as well as moderate heat treatment during drying, contribute to an increase in the content of amine nitrogen. The optimum duration of extraction of amine nitrogen from malt sprouts is about 100 minutes.

Введение

В настоящее время все большую популярность в пищевой промышленности, особенной в пивоваренной отрасли, получают нетрадиционные зерновые культуры. Это происходит как с целью расширения ассортимента продукции и получения «новых вкусов», так и вызвано необходимостью замены импортного сырья на отечественное и снижение себестоимости. Эти культуры могут использоваться как в качестве соложеного, так и несоложеного сырья. В качестве нетрадиционного соложеного сырья в отечественном пивоварении используются гречиха, пшеница, просо и, в последнее время, все большее распространение получает злак тритикале [1- 4].

Тритикале является гибридом пшеницы и ржи. В зерне тритикале в зависимости от сорта содержится (% от сухого вещества (СВ)): крахмала - 62,1-66,7 %, белка - 9,7-14,8 %, гумми-веществ - 1,7-3,5 %, гемицеллюлоз - 5,5-7,3%, жира 2,1-2,5%, зольных элементов - 1,7-2,2 %. Отсутствие у зерна тритикале мякинной оболочки ускоряет процесс замачивания при солодоращении по сравнению с ячменем в 2-2,5 раза. Оптимальной степенью замачивания тритикале является 44%, а продолжительность солодоращения 5-6 суток. При этих условиях повышается биосинтез основных групп гидролитических ферментов [5].

Вместе с тем предприятия пивоваренной отрасли по солодоращению и пивоваренные заводы остаются источником значительных количеств органических отходов.

Твердые отходы бродильных производств, также как и жидкие, могут рассматриваться как вторичные материальные ресурсы (BMP). Способы утилизации этих отходов и вторичного их использования в нашей стране до недавнего времени были невелики [6,7]. Вместе с тем в них содержится до 25 % питательных веществ исходного сырья. Они часто содержат в большом количестве макро- и микронут-

риенты. На долю ростков приходится, как правило, 3-5,5% СВ солода. Ростки представляют собой наиболее ценный вторичный материальный ресурс отходов солодовенного производства [8].

Солодовые ростки являются источником аминокислот, ферментов, витаминов, стимуляторов роста, благодаря чему могут быть использованы в ряде отраслей народного хозяйства: в животноводстве, пищевой, микробиологической и фармацевтической промышленностях.

Состав ростков зависит от качества используемого зернового сырья, от технологий солодораще-ния и длины ростков. Наиболее изучен химический состав ростков ячменного солода, как традиционного сырья пивоварения и средние количества составляют:

Белок - 30% Жиры-2%

Зольные компоненты- 6% Сырая клейковина- 8,6%

Используют экстракты, вытяжки и сухие формы ростков. Анализ данных литературы и патентных разработок показал, что солодовые ростки используются преимущественно в качестве компонентов питательных сред для культивирования микроорганизмов в производстве медицинских и ветеринарных препаратов [9], в спиртовом и дрожжевом производствах [10].

Для производственных штаммов-продуцентов, часто являющихся мутантными, необходим не только полноценный и грамотно подобранный компонентный состав питательных сред, но и сбалансированное соотношение компонентов, что позволяет увеличить выход целевого продукта и его качество. Также они могут быть использованы для выращивания культур плесневых грибов при производстве витаминов и органических кислот, ферментных препаратов, кормовых антибиотиков, а также для

обогащения комбикормов пищевыми волокнами и биологическими активными ингредиентами [11].

В питании сельскохозяйственных животных большое значение имеют протеины. Показана возможность использования солодовых ростков ячменя в составе комплексной энергопротеиновой добавки для комбикормов. Авторами установлено соответствие физико-химических свойств компонентов требованиям, предъявляемым к компонентам комбикормов [12].

Разработаны рецептуры творожно-злаковых продуктов с добавлением порошков из солодовых ростков и порошков из полировочных отходов [13].

Наиболее потребляемыми продуктами в нашей стране являются хлебобулочные изделия, и разработка рецептур и технологий с внесением ценных функциональных для здоровья человека компонентов для повышения минеральной и витаминной ценности хлебопродуктов представляется вполне обоснованными.

Фабричновой Т.А и Кулешовой Е.С. проведены исследования при создании рецептуры хлеба с добавлением порошков из солодовых ростков ячменя и были проведены пробные лабораторные выпечки хлеба, в которых часть муки была заменена порошками из ростков в количестве 1, 2 и 5% [14]. В ходе физико-химических исследований готового продукта установлено, что качество готовых хлебобулочных изделий зависит от дозы вносимых солодовых ростков и наилучшие результаты достигаются при использовании солодовых ростков в количестве 1% по отношению к массе муки.

Показана возможность применения солодовых ростков и экстрактов из них в технологиях получения меланоидиновых препаратов, которые могут быть использованы для ароматизации пищевой продукции, а хладоновые экстракты могут быть использованы в парфюмерной и косметической промышленности, например, для изготовления кремов, зубных паст.

Перспективным направлением использования солодовенных ростков является факт наличия в них бетаина, концентрация которого составляет до 10 мг/г солодовенных ростков.

Вместе с тем результатов исследований свойств солодовых ростков тритикале в литературе нами обнаружено не было, в связи с чем изучение влияния условий солодоращения тритикале на состав ростков представляется актуальным.

Экспериментальная часть

В качестве сырья для лабораторного производства солода использовали тритикале озимого сорта «Кинельская 1». Выбор обусловлен отечественным районированием злака (Самарская область). Он обладает всеми свойствами, присущими этой культуре, а также высокой урожайностью.

Этапы получения солода были выбраны следующие:

1. Мойка и дезинфекция зерна

2. Воздушно-водяное замачивание зерна

3. Проращивание зерна

4. Подвяливание и отсушка солода

5. Отделение ростков

Для более полного понимания процесса накопления растворимых азотистых веществ в ростках было приготовлено три образца солода с различным временем подвяливания и отсушки:

Образец 1 - короткое подвяливание (50°С в течение 6 ч), плавный температурный переход к от-сушке (80°С в течении 8 ч). Итог - светлый солод с влажностью 3%.

Образец 2 - длительное подвяливание (50°С в течение 10 ч), плавный температурный переход к отсушке (95°С в течении 10 ч). Итог - темный солод с относительно низким показателем цвета и влажностью 2,2%

Образец 3 - длительное подвяливание (50°С в течение 10 ч., плавный температурный переход к отсушке (105°С в течении 10 ч). Итог - темный солод с более высоким показателем цвета и влажностью 1,5%

В качестве трех контрольных образцов использовался ячменный солод, полученный в лабораторных условиях по похожей технологии, с учётом особенностей ячменного сырья. Например, увеличивается длительность замачивания, за счёт наличия у ячменя плотных оболочек. Режимы подвяливания и отсушки солода идентичные образцу из тритикале.

Итоговые физико-химические показатели полученных образцов солода приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химический состав исследованных солодов

Цвет, ед ЕВС Экстрактивность, % Влажность, %

Образец 1 - светлый солод тритикале

3,8 83,1 3,0

Образец 2 - темный солод тритикале

14 80,5 2,2

Образец 3 - темный солод тритикале

33 76,5 1,5

Образец 4 - светлый солод ячменный

4 78,0 2,8

Образец 5 - темный солод ячменный

10 76,5 2,5

Образец 6 - темный солод ячменный

24 74,5 2,3

Во всех образцах после отсушки отделяются ростки, которые и стали предметом нашего исследования. При этом следует отметить, что поскольку тритикале является голозёрной культурой, в отделённых ростках содержатся и корешки и проростки будущего растения, в ячменном же солоде они скрыты под оболочками и остаются в конечном продукте.

Особую биологическую и физиологическую ценность представляет собой свободный аминный азот, который хорошо усваивается микроорганизмами и представляет большой интерес для микробиологической промышленности [15, 16].

Для экстракции аминного азота применяли метод настаивания измельчённых в порошок образцов при температуре 50°С в течение двух часов. Эта дли-

тельность была принята как стартовая, исходя из литературных источников [17].

Определение альфа-аминного азота в вытяжке производилось медным способом, который основан на высокой реакционной способности аминокислот и пептидов соединяться с ионами меди. В результате образуются комплексные соединения, которые могут быть растворены. Избыток меди титруют и переводят в соль уксусной кислоты, а затем её количество фиксируют йодометрическим титрованием. Количество меди эквивалентно содержанию амин-ного азота.

В результате измерений было установлено, что концентрация альфа-аминного азота в образцах существенно отличается. Из результатов исследования, представленых в таблице 2, видно, что наибольшее накопление искомого вещества наблюдается в солодовых ростках, полученных при проведении длительного подвяливания образцов при 50°С и умеренной отсушке. Мы это связываем с тем, что эта температура наиболее характерна для гидролитических ферментных процессов, связанных с частичным распадом белковых соединений. Этот температурный уровень хорошо известен и успешно применяется в пищевой промышленности, например, в пивоварении [18].

Таблица 2 - Содержание аминного азота в исследованных образцах ростков, мг/100 г экстракта

Режимы обработки Ростки три- Ростки

тикалевого ячменного

солода солода

Короткое подвяливание 1156 818

и короткая отсушка

Длительное подвяли- 1390 945

вание и длительная

отсушка

Длительное подвяли- 1410 962

вание и длительная

отсушка с большой

термической нагрузкой

Солодовые ростки показывают существенный прирост содержания альфа-аминного азота по сравнению с целевым продуктом солодовенного производства, собственно солодом. Обычно среднее содержание этой группы веществ в солоде варьирует от 150 до 250 мг на 100 г экстракта, в нашем случае мы наблюдаем увеличение этого количества в ростках на 400-600%.

Обращает на себя внимание факт незначительного приращения содержания аминного азота при увеличении термической нагрузки на стадии отсушки. Вероятнее всего, это свидетельствует о том, что решающим фактором для накопления этого компонента служит скорее длительность фазы подвялива-ния и умеренность тепловой нагрузки. В нашем понимании эта «умеренность» находится в узком диапазоне температур, близких к 90°С (образцы 2 и 5).

Из диаграммы хорошо видно, что тритикале накапливает аминного азота существенно больше при прочих равных условиях, чем ячмень, что может быть связано с принципиально большим содер-

жанием белка в этом злаке. Увеличение выхода аль-фа-аминного азота в предельном случае мы оцениваем приблизительно в 30%.

Было выдвинуто предположение о возможности влияния длительности экстракции на конечное содержание аминного азота. Была проделана серия экспериментов, задачей которых было установление влияния фактора длительности выдержки ростков с водой при 50°С.

В качестве образцов были выбраны варианты с хорошим накоплением аминного азота (полученные по технологии 2 и 5 предыдущего исследования). Кинетику выхода искомого продукта можно наблюдать на рисунке 1.

&

«

о О

1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

" / I

/ / ^--и-чрч

//

и

/

1

0

Л0 40 60 80 100 120 140 Время экстракции, мин

♦ Ростки солода из тритикале

Ростки солода из ячменя

Рис. 1 - Кинетика изменения содержания аминного азота в образцах в зависимости от длительности контакта с водой

Из результатов проведенных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Солодовые ростки содержат существенно, примерно на 400%, больше альфа-аминного азота, чем солод.

2. Солодовые ростки из тритикале содержат существенно, примерно на 300%, больше амин-ного азота, чем ростки из ячменного солода. Это позволяет рассматривать их в качестве вторичного ресурса для нужд микробиологической и пищевой промышленности, а также для производства комбикормов. Для повышения содержания аминного азота в ростках рекомендованы длительное подвяли-вание солода (10 и более часов) и умеренная термическая нагрузка при отсушке Оптимальная длительность экстракции амин-ного азота из солодовых ростков составляет около 100 минут. Большая продолжительность не приводит к увеличению содержания искомого компонента.

3.

4.

Литература

1. Петрова Н.А., Оганнисян В.Г., Иванченко О.Б. Способ приготовления безалкогольного гречишного пива // Пиво и напитки. - 2011. - № 5. - С.12-14.

2. Макушин А.Н., Лезюкова А.Н., Грибанова Е.С. Технология производства солода из зерна просо // Труды всероссийской научно-практической конференции «Научное обеспечение агропромышленного комплекса молодыми учеными».- Ставрополь, 2015. С.213-217.

3. Зипаев Д.В., Катаев А.Г.,Рыбакова К.А. Разработка технологии пивного напитка с использованием солода из тритикале // Вестник МАХ.-2016.№1.С.19-23.

4. Зипаев Д.В., Кашаев А.Г., Рыбакова К.А. Использование зерна тритикале в качестве сырья для производства пива// Известия вузов. Пищевая технология.-2015.-№4.С.70-72.

5. Меледина Т.В. Сырье и вспомогательные материалы в пивоварении. - СПб.: Профессия, 2003 -304с.

6.Баланов П.Е., Смотраева И.В., Иванченко О.Б., Ха-бибуллин Р.Э. Утилизация органических отходов бродильных производств // Вестник Казанского технологического университета - 2016. - Т.19, № 1. - С. 131-134

7. Пономарев В.Я., Юнусов Э.Ш., Ежкова Г.О. Использование вторичного растительного сырья в технологии мясных продуктов // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 18. С. 156-158

8. Основные направления экологизации пивоваренной промышленности / Айвазян С.С., Полякова Л.Ф., Чуба-кова Е.Я., Мануйлова Т.А.- М.: Виды отходов и нормативы их образования, 2005. -С. 9-32

9. Федорова О.В., Понкратова С.А., Валеева Р.Т., Ислам-гулов И.Р. Питательные среды в производствах медицинских и ветеринарных препаратов // Вестник технологического университета - 2017. - Т.20, № 4. - С. 130-133.

10. Кузнецова Е.А. Сизова Т.И. Оптимизация процесса получения водного экстракта из солодовых ростков и

анализ его состава // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов.-2013№ 3.-С.37-41.

11. Борщёва Ю.А., Соколова Е.Н. Перспективы использования отходов агропромышленного комплекса (АПК) для культивирования мутантного штамма Aspergillus foetidus - продуцента комплекса гидролаз // Научно-практический журнал «Заметки Ученого» -2015, №3.-С.21-25

12. Жиенбаева С.Т., Жолдаспекова А.М. Перспективы использования отходов масложировой промышленности при производстве комбикормов // Вестник Алматинско-го технологического университета. - 2013.-№ 2.-С.26-30.

13. Еремина О.Ю., Серегина Н.В. Использование вторичных ресурсов солодового производства в пищевой про-мышленности//Техника и технология пищевых производств. 2013, № 4.-С.48-53

14. Фабричнова Т.А., Кулешова Е.С. Перспектива использования солодовых ростков в технологии хлебобулочных изделий // Сетевой научный журнал ОрелГАУ.-2016.№2(7).-С.94-97.

15. Ванденбюсс И. Аэробная система разведения чистых культур пивоваренных дрожжей // Пиво и жизнь. -2003.-№5.-с.34-38.

16. Мухачев С.Г., Александровская Ю.П., Филиппова Н.К., Емельянов В.М. Кинетика аэробного процесса культивирования спиртовых дрожжей в мембранном биореакторе // Вестник Казанского технологического университета - 2003. - № 2. - С. 168-171

17. Юрченко А.Е. (ред.) Вторичные материальные ресурсы пищевой промышленности (образование и использование) // Справочник. — М.: "Экономика", 1984. — 327 с.

18. Кунце В. Технология солода и пива // СПб.: Профессия, 2009. — 1136 с.

© П. Е. Баланов - к.т.н., доцент кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья Университет ИТМО, balanov@yandex.ru; И. В. Смотраева - к.т.н., доцент кафедры пищевой биотехнологии продуктов из растительного сырья Университет ИТМО, irinasmotraeva@yandex.ru; О. Б. Иванченко - к.б.н., доцент Высшей школы биотехнологии и пищевых технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, obivanchenko@yandex.ru; Р. Э. Хабибуллин - д.т.н., профессор кафедры технологии мясных и молочных продуктов КНИТУ, hrustik@yandex.ru.

© P. Balanov - candidate of technical sciences, assistant professor of the ITMO University, balanov@yandex.ru; I Smotraeva - candidate of technical sciences assistant professor of the ITMO University, irinasmotraeva@yandex.ru; O. Ivanchenko - candidate of biological sciences, associate professor of the GSBFS of Peter the Great St.Petersburg Polytechnic University, obivanchenko@yandex.ru; R. Khabibullin - doctor of technical sciences, professor of the Department of meat and milk products technology of Kazan national research technological university, hrustik@yandex.ru.