Модифицированная чечевичная мука

СИ. Хвыля, В.Б. Крылова, Д.О. Василевская, ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова

Оригинал: "Пищевая промышленность" №10, 2002 г.

 

В связи с бурным ростом производства мясорастительных продуктов, имеющих более низкую себестоимость и, вследствие этого, большую доступность для значительной части населения России, следует уделить особое внимание наиболее перспективным видам растительного сырья. Большой интерес представляют отечественные крахмалсодержащие растительные культуры и, прежде всего, зерновые (например, пшеница), бобовые, а также различные продукты их переработки. В их число входит и такое неоправданно мало культивируемое сельскохозяйственное растение, как чечевица. Эта культура уступает по содержанию белка лишь сое (см. табл.), превосходит в этом плане более широко применяемые горох и фасоль. Поэтому более широкое применение этой культуры в пищевой промышленности вызывает определенный интерес.

Содержание основных компонентов химического состава бобовых культур

Культура Средняя массовая доля, % к сухому веществу
Сырого белка Жира Золы Крахмала Клетчатки
Соя 39,0 20,5 5,8 3,0 4,8
Горох 27,8 1,2 3,3 43,2 4,5
Фасоль 24,3 1,8 4,9 47,3 3,8
Чечевица 30,4 1,1 3,3 43,4 3,6

 

Известно, что в зависимости от сорта и места репродукции содержание белка в чечевице может колебаться от 27 до 36%. В его состав входит весь комплекс незаменимых аминокислот, составляющий более 36% от общей суммы аминокислот. Белки чечевицы лимитированы лишь по сумме метионина и цистина [1, 2]. Добавляя чечевичный компонент в мясорастительный продукт, можно получать полностью сбалансированные по аминокислотному составу продукты питания.

Безусловное достоинство данной бобовой культуры - низкая трансгибитирующая активность и отсутствие вредных и токсичных веществ, таких как алкалоиды и глюкозиды.

Говоря о форме технологической и потребительской специфики следует отметить, что в последнее время экструдированные продукты из растительного сырья быстро завоевывают рынок легких закусок и продуктов быстрого приготовления. Данные о глубинных процессах, лежащих в основе технологии, являются необходимым условием обеспечения высокого качества готового экструдированного продукта, но на сегодняшний день их объем совершенно недостаточен. При этом в формировании представлений о характере физико-химических и биохимических характеристик основных используемых сырьевых компонентов важную роль играет изучение их микроструктуры [3].

Объектом исследования в данной работе служили образцы муки, полученные при помоле бобов чечевицы, а также выработанные из нее экструдаты (в виде пористого гранулированного продукта) после дополнительного измельчения в муку.

Для исследования внутренней структуры цельного продукта и определения взаимоотношения составляющих его компонентов готовили суспензию, в состав которой входила исследуемая мука или мука из полученного из нее экструдата. Анализировали указанные виды муки в гидратированном виде в смеси с водой в соотношении приблизительно 1:2 по объему. Для определения крахмала был использован раствор Люголя, содержащий йод. Белковую составляющую выявляли с помощью красителя метиленового синего.

Количественные исследования дисперсности осуществляли на системе анализа изображения по программе "Видео-Тест-Морфо-4,0", оптическая часть которой базировалась на микроскопе "Jenaval", Германия. Измерению подлежали только отдельно лежащие частицы, исключая их агрегационные комплексы.

Кроме того, изучали сырье и продукт после выдержки гидратированных образцов в течение 1 ч при: 20°С (комнатной температуре), 40°С (температуре до начала клейстеризации крахмала) и 70°С (температурный режим выработки вареной колбасы), после чего изготовляли препараты аналогично тому, что было описано ранее.

Исходный экструдат чечевицы представляет собой крупнопористую массу с перегородками различной толщины. Стенки состоят из вещества, имеющего различные по плотности и структуре компоненты, основной массой которых является бесцветный компонент с включениями малых частиц, более плотных по структуре.

На поперечном срезе гранул экструдата поры распределены достаточно равномерно - основная масса пор диаметром 350-450 мкм, имеется незначительное количество пор более мелкого размера - 110-130 мкм. Поры на поперечном срезе имеют форму близкую к окружности, тогда как в продольном сечении они более вытянуты, приобретают характер эллипса. При этом их наибольшая длина может в полтора раза превышать диаметр, видимый на поперечном сечении.

Микроструктурные исследования чечевичной муки показали следующее. Большое количество малых частиц бесцветного компонента находится как в свободном, не связанном друг с другом состоянии, так и входит в состав крупных агрегационных комплексов. Отдельные частицы имеют овальную или близкую к ней округлую форму. Они также выявляются в составе более крупных цельных частиц, характеризующихся неправильной формой и более сложной структурой. В них могут быть обнаружены зернистые, крахмалсодержащие комплексы.

Наряду с рассмотренными выше, в состав муки входят крупные частицы в форме плоских чешуек, имеющих неровные края, окрашенные в цвета от светло-желтого до желто-коричневого. Их структура характеризуется более плотным клеточным строением с иногда выявляющимися элементами сетчатой структуры поверхностной оболочки чечевичного боба.

Дисперсионный анализ показал, что в целом нативная мука представляет собой преимущественно частицы мелкого и среднего размера, в диапазоне от 35 до 450 мкм.

При окрашивании исходной муки раствором Люголя было установлено, что малые частицы размером 13-35 мкм представляют собой зерна крахмала. После обработки они приобретали ярко выраженный синий (при малых концентрациях красителя) или более интенсивный темно-синий (при больших концентрациях) цвет. Установлено, что при кратковременном взаимодействии муки с водой при температуре 20°С отмечается выделение отдельных зерен крахмала из основной массы крупных частиц. Гидратации крахмала в заданных условиях не происходит. Белковый компонент нативной муки представляет собой мелкие частицы, окрашиваемые метиленовым синим. Нагревание нативной муки в воде при 40°С вызывает умеренное набухание зерен крахмала без каких-либо проявлений клейстеризации. В то же время после выдержки в течение 1 ч при температуре 70°С наблюдается частичное набухание зерен крахмала с весьма умеренными проявлениями клейстеризации. В то же время и при таких повышенных температурах зерна крахмала сохраняют сродство к йоду.

Кроме того, была проведена серия опытов, целью которых являлось определение размеров, а также способности содержащегося в чечевичной муке крахмала к гидратированию. Для этого рассматривали изменение в качественном и количественном составе общего содержания крахмальных частиц в измельченной чечевичной муке при ее гидратации в условиях разных температур.

Процесс гидратации проводили в течение 1 ч.

Результаты опытов показаны на диаграммах (рис. 1-3), характеризующих степень набухания зерен крахмала в нативной муке.

Рис. 1 Размер зерен крахмала

Рис. 1 Размер зерен крахмала

 

Рис. 2. Изменение линейных размеров частиц экструдированного продукта

Рис. 2. Изменение линейных размеров частиц экструдированного продукта

 

Рис. 3. Изменение линейных размеров  - крахмал,  - экструдированная мука

Рис. 3. Изменение линейных размеров

 

Образцы исследуемой чечевичной муки в условиях гидратирования при 20 °С и выдержанной при данной температуре в течение 1 ч не имели существенных отклонений по размеру крахмальных частиц. Средний размер зерна крахмала составил 17 мкм, минимальный размер - 7, а максимальный -30 мкм.

Зерна крахмала практически не обнаружили видимых изменений при набухании, сохранив свои линейные размеры. Большая часть зерен имеет размеры в диапазоне 15-20 мкм, тогда как частиц с размерами меньше 10 и более 20 мкм сравнительно мало.

В процессе набухания при 40 °С наиболее часто встречались частицы крахмала в диапазоне размеров 15-20 мкм, несколько реже 20-25 мкм. При этом средний размер 20 мкм, в то время как минимальный - 6 и максимальный -41 мкм

Исследования, проводившиеся при 70 °С, дали следующую картину - средний размер частиц составляет 34 мкм, минимальный - 11 мкм, а максимальный - 66 мкм (рис. 7).

Клеточное строение некоторой части крупных чешуйчатых частиц четко обозначилось при использовании красителя метиленового синего. Часть из них представляет собой измельченные фрагменты покровных тканей чечевичного зерна. Физиологические особенности расположения подобных тканей предусматривают их более плотное строение, отличное по составу, что придает им специфические свойства, позволяющие иметь более устойчивые показатели в процессе термической обработки.

Микроструктурное исследование подвергнутой дополнительному измельчению экструдированной чечевичной муки установило, что основная масса частиц в экструдате имеет пластинчатое гофрированное строение и струйчатую структуру. При окраске йодсодержащим красителем крахмал более не выявляется, наряду с этим метиленовый краситель четко определяет линейное расположение белкового компонента в объеме исследуемых частиц.

Основную массу частиц представляет модифицированный крахмал. В экструдате он имеет развернутое линейное строение и представляет собой пластинчатые структуры, в которых равномерно распределен по всему объему. Чешуи крахмального компонента являются плоскими частицами с неправильной формой края и имеют гофрированный характер.

Даже при кратковременном взаимодействии экструдата с водой комнатной температуры происходит заметное набухание бесцветных частиц с преимущественным содержанием крахмального компонента, а при окрашивании метиленовым синим в них выявляется линейное строение белковых структур.

Термогидратационная обработка модифицированной муки при 40 и 70 °С приводит к дальнейшему набуханию, не изменяя структуру белкового и углеводного компонентов частицы. Как было отмечено выше, окрашивание йодом крахмала не выявляет. Следует отметить, что даже после прекращения воздействия высокой температуры (70 °С), через несколько часов при комнатной температуре продолжается явление дальнейшего набухания вещества, сопровождающееся перераспределением белкового компонента по всему объему исследуемого продукта. При этом белковые фракции из линейной формы переходят в зернистую с одновременным преобразованием структуры в гелеподобную, в которой наблюдается формирование новых углеводно-протеиновых комплексов. На рис. 2 показано изменение линейных размеров частиц экструдата в зависимости от изменения температуры, так как в условиях, соответствующих температуре 70 °С, происходит переход в гелеобразную структуру, размеры частиц не ограничены и имеют предел, равный бесконечности. Средние размеры частиц при 20, 40 °С составляют 51 и 129 мкм соответственно.

Таким образом, используя данные проведенных качественных и количественных исследований микроструктуры нативной чечевичной муки и муки из экструзионного гранулированного продукта можно предположить, что наблюдаемое видимое изменение формы крахмальных зерен на плоские гофрированные чешуи и отсутствие реакции окрашивания йодом связано с возможным модифицированием структуры крахмала на молекулярном уровне в ходе экструзии. Не содержащие крахмала частицы чечевичной муки в процессе экструзии почти не изменяются, сохраняя свою структуру и исходный цвет.

Скорость, объем и температурный режим гидратирования экструдированной чечевичной муки существенно превышают таковые по сравнению с нативной чечевичной мукой (рис.3), указывая на высокую целесообразность данной технологической обработки чечевицы в процессе производства комбинированных (мясорастительных) продуктов.