Исследование воздействия гидротермической обработки зерна гречихи на цвет крупы

Исследование воздействия гидротермической обработки зерна гречихи на цвет крупы

М.М. Константинов, д.т.н., профессор, Оренбургский ГАУ; А.А. Румянцев, к.т.н., Костанайский ГУ

Современный рынок предъявляет жёсткие требования к качеству и безопасности пищевых продуктов. Известно, что решающую роль в технологическом процессе переработки зерна гречихи, а также в сохранении пищевой ценности вырабатываемой из него крупы имеет гидротермическая обработка (ГТО). При обосновании того или иного способа ГТО и её режимов необходимо руководствоваться не только улучшением технологических свойств зерна, но и степенью изменения тех потребительских и биохимических свойств готовой продукции, которые определяют её биологическую и кулинарную ценность.

Потребитель предпочитает гречневую крупу в основном тёмного цвета, и это определяет одну

из главных целей ГТО зерна гречихи — формирование приятного коричневого оттенка на поверхности ядра. Однако следует отметить, что приобретение крупой тёмно-коричневого цвета приводит к тому, что потребитель не может внешне определить ухудшение качества до момента покупки и приготовления продукта. Учитывая возможность измерения белизны муки, некоторые исследователи принимают её в качестве одного из главных критериев при обосновании режимов ГТО зерна гречихи.

Учитывая, что цвет крупы является внешним проявлением изменений биохимического комплекса, происходящих при ГТО зерна гречихи, изучение взаимосвязи между ними может оказаться полезным во многих отношениях.

Объекты и методы исследований. Цель настоящих исследований — выявление количественной зависимости окраски крупы ядрицы

от содержания в ней компонентов биохимического состава.

В результате проведённого анализа изменений составляющих биохимического комплекса ядрицы под воздействием ГТО зерна гречихи в качестве основных исследуемых факторов было принято содержание белков, крахмала и декстринов в крупе.

Координаты цвета крупы определялись компьютерным методом [1, 2]. Измеряли числовые параметры RGB-составляющих цвета крупы, затем определяли удобные для анализа «двухмерные» координаты цвета х и у на диаграмме CIE xyY (Commission Internationale de l'Eclairage — Международная комиссия по освещению). Название цвета определяли с помощью цветового атласа Pantone и компьютерной базы данных по величине RGB-составляющих цвета, а также широко применяемых на практике названий.

Содержание крахмала определяли поляриметрическим методом Эверса по ГОСТ 10845-98, а содержание декстринов — по методике, разработанной М.П. Поповым и Е.С. Шаненко [3]. Содержание белкового азота определялось по методу Барнштейна, а содержание белка — в соответствии с ГОСТ 10846. Средние пробы крупы для измерения координат цвета х и у отбирались из крупы без ГТО зерна и из зерна, подвергнутого ГТО с использованием обжарки с последующим увлажнением и отволаживани-ем, а также пропариванием по общепринятой технологии.

При отборе проб для оценки биохимического состава крупы, измерения RGB-составляющих цвета и последующего определения координат цвета х, у подбирались однородные по окраске зерна таким образом, чтобы вариация координат цвета не превышала V = 3,0%.

Число отбираемых зёрен для биохимического анализа определялось минимальным количеством муки, регламентируемым стандартом, а для определения координат цвета — известными методами математической статистики при доверительной вероятности Р =0,95 и относительной точности измерения А =1,5%.

Для получения крупы различной окраски в каждом из шести опытов с трёхкратной повторностью выдерживали следующие режимы: при обжарке — температура греющей поверхности 1гп = 180—200 °С, время экспозиции т = 9—12 мин.; при пропаривании — избыточное давление пара р = 0,1—0,6 МПа и т = 5 мин.

Результаты исследований. По материалам проведённых исследований была установлена существенная линейная корреляция между координатами цвета х и у с коэффициентом корреляции гху = 0,764 -0’о5, адекватно описываемая линейной регрессией

у = 0,37 х + 0,22.

Полученная статистическая линейная модель взаимосвязи координат цвета оказалась полезной для дальнейшей интерпретации результатов исследований. Следует отметить, что относительное различие между фактическими значениями частных средних координат цвета у и рассчитанными по уравнению регрессии (1) не превышало 1,5%. Такие отклонения мало влияют на смещение в оценке цвета.

Влияние цвета гречневой крупы на содержание в ней белка, крахмала и декстринов показано на рисунке, где каждой экспериментальной точке соответствуют средние значения содержания исследуемого компонента биохимического состава крупы и координаты цвета х. Учитывая формулу (1), каждому такому значению х в соответ-

Кремовый

Бледно-

коричневый

Древесно-

коричневый

Светло- Красноватокоричневый коричневый

Коричневый

Тёмно-

коричневый

Цвет крупы

Тёмный с

коричневым Название цвета оттенком

Рис. - Содержание белка (Б), крахмала (К) и декстринов (Д) в гречневой крупе, % на с.в., в зависимости от её цвета

ствие можно привести значение координаты у, при этом можно было также воспользоваться построением дополнительной оси координат 0у (на рисунке не показано).

Характер расположения экспериментальных точек предполагает наличие перегибов той или иной степени выраженности. Учитывая это, была произведена аппроксимация опытных данных полиномами третьей степени с использованием известного метода наименьших квадратов, который реализован в программе Microsoft Office Excel 2003.

Степень приближения экспериментальных и теоретических значений выходных показателей оказалась высокой (R2 = 0,95-0,99 для всех случаев).

Видно, что процесс гидролиза крахмала до декстринов начинает в значительной степени проявляться при приобретении крупой интенсивной коричневой окраски, когда х ~ 0,400. Дальнейшее потемнение коричневой окраски, сопровождающееся увеличением х, характеризуется значительным ростом содержания в крупе декстринов.

Нужно отметить, что нелинейный характер изменения декстринов в крупе по всему дискретному спектру окраски всегда сопровождается тенденцией к росту этого показателя с приобретением ею всё более тёмной окраски.

Наименее интенсивное наращивание содержания декстринов в крупе происходит при приобретении ею первых, слабовыраженных, коричневых оттенков (плотная древесина, светло-коричневая). Такие окраски характерны для крупы, выработанной при невысоких режимах гидротермической обработки зерна, и являются, как показывает практика, неудовлетворительными как с технологической, так и с кулинарной точек зрения.

Одновременно с ростом содержания декстринов в крупе при потемнении её окраски наблюдается практически монотонное снижение содержания в ней крахмала до приобретения ею древесно-коричневого и коричневого цвета, когда х ~ 0,410. С дальнейшим потемнением цвета крупы до тёмно-коричневого и тёмного с коричневым оттенком, когда х = 0,445, снижение содержания крахмала происходит более существенно.

Характер изменения содержания белка в крупе в зависимости от её цвета в значительной степени похож на характер изменения содержания в ней крахмала. Существенное различие здесь в основном в количественных оценках.

По сравнению с крупой светлого кремового цвета (крупа из зерна без гидротермической обработки) содержание декстринов увеличилось с 0,71% до 11,95% для крупы тёмного цвета с коричневым оттенком. При тех же окрасках,

соответствующих крайним участкам спектра, содержание крахмала уменьшилось с 74,7 до 57,5%, а содержание белка снизилось с 16,8 до 11,8% для крупы тёмного цвета с коричневым оттенком. Содержание крахмала снизилось на величину, большую, чем величина повышения содержания декстринов. Разница в первом случае 6,0% сопоставима с уровнем снижения белка (5,0%).

Следует отметить наличие интервала цвета крупы от светло-коричневого до коричневого с некоторым потемнением (х =0,365—0,410), для которого изменения составляющих биохимического комплекса можно считать не столь существенными, что согласуется с результатами других исследований, направленных на изучение изменения фракционного состава белков гречневой крупы, удовлетворяющей нормативным требованиям по цвету.

Из представленного дискретного ряда цвета гречневой крупы из зерна, подвергнутого гидротермической обработке, видно, что основным её цветовым тоном является коричневый, насыщенность, светлость и оттенки которого могут изменяться при тех или иных параметрах гидротермической обработки в широких пределах. Он может быть ярко выраженным коричневым, а также светлым кремовым или тёмным с едва заметным коричневым оттенком, что создаёт предпосылки для ощутимого восприятия неравномерности окраски поверхности массы крупы при некоторых способах гидротермической обработки зерна, особенно с высокотемпературным контактным подводом тепла к зерну. Очевидно, что такая неравномерность окраски будет проявляться тем сильнее, чем более несовершенен используемый процесс гидротермической обработки, при этом неоднородным становится и биохимический комплекс крупы.

Цвет гречневой крупы, таким образом, может являться тем критерием, с помощью которого можно осуществлять контроль параметров гидротермической обработки и обосновывать выбор того или иного способа гидротермической обработки с точки зрения обеспечения ими высокого качества крупы.

Разработка быстродействующих способов оценки цвета гречневой крупы позволила бы решить не только проблему её сепарации (удаления примесей, повреждённых зёрен и т.д.), что успешно реализовано в современном крупяном производстве, но и оперативно управлять технологическим процессом и качеством крупы в заданных пределах.

Используя полученные результаты, можно обоснованно ограничить параметры любого используемого способа гидротермической обработки зерна гречихи по принятому критерию —

цвету, обеспечить основу для разработки новых методов контроля за процессома гидротермической обработки, управления качеством готового продукта, а также косвенных оперативных приближённых методов оценки состава биохимического комплекса крупы, которые могут оказаться полезными на практике.

Результаты исследований показывают, что достижение гречневой крупой коричневой окраски с соответствующими значениями координат цвета можно считать не только оптимальным с точки зрения приятности восприятия, но и с точки зрения тех отрицательных биохимических изменений, которые в значительной степени интенсифицируются при дальнейшем потемнении крупы, а также ухудшения развариваемости и других кулинарных достоинств при приобретении ею светлых окрасок.

Выводы. Выявлена существенная линейная корреляционная связь между координатами х и у цвета гречневой крупы, при этом коэффициент корреляции составил г =0.764 ^о‘о5- Количественная взаимосвязь между координатами цвета х и у выражается уравнением регрессии у = 0,37л; + 0,22.

Установлена количественная взаимосвязь между изменениями цвета гречневой крупы и

основных составляющих биохимического комплекса гречневой крупы — белка и крахмала, а также декстринов, которая выражается аппроксимирующими экспериментальными данными — полиномами 3-й степени. В этих полиномах аргументом является одна из координат цвета на диаграмме С1Е хуУ (координата х), а другая определяется по вышеприведённому уравнению регрессии.

Установлено, что диапазон окраски крупы с координатами цвета от х = 0,365 и у = 0,355 до х = 0,410 и у = 0,372 можно считать наиболее рациональным при выборе режимов гидротермической обработки зерна.

Полученные данные могут быть использованы для управления качеством готового продукта и процессом производства гречневой крупы.

Литература

1. Константинов М.М., Румянцев А.А. Способ определения равномерности гидротермической обработки зерна крупяных культур // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2012. № 35. С. 79—82.

2. Инновационный патент 22633. Республика Казахстан, МПК7 А231. 1/10, СОИ 3/52, Н04М 1/54. Способ определения цвета муки и крупы / А.А. Румянцев, Н.А. Борзов; опубл. 15.07.2010. Бюл.№ 7.

3. Попов М.П., Шаненко Е.С. Метод определения декстринов и амилазы при одновременном присутствии их в растворах // Утучшители качества пищевых продуктов: межвуз. сб. М., 1977. С, 29-35.