Целью данной работы явилось изучение возможности производства макаронных изделий повышенной биологической ценности путем использования белковых изолятов желтого гороха и кукурузы, а также изучение взаимодействия белковых продуктов и компонентов пшеничной муки в процессе производстве макаронной продукции.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: определение фракционного состава белковых изолятов; выведение теоретической зависимости содержания сырой клейковины от количества вносимого взамен части пшеничной муки белкового продукта и содержания клейковинных белков в нем; исследование влияния белковых изолятов на свойства клейковины пшеничной муки; исследование взаимодействия клейковины пшеничной муки и белковых изолятов; определение водопоглотительной способности пшеничной муки и изолятов; исследование влияния белковых изолятов на свойства крахмала, на реологические показатели макаронного теста и качество готовых макаронных изделий; определение оптимальных дозировок изолятов белков; определение содержания белка, его аминокислотного состава, аминокислотного скора незаменимых аминокислот в новых видах макаронных изделий.
В работе в качестве основного сырья использовали муку из твердой пшеницы высшего сорта (крупку) со следующими физикохимическими показателями: влажность - 12 %, кислотность - 2,0 град., содержание сырой клейковины - 36,8 %, Ндеф.ИДК = 82,5 ед. пр., когезионная прочность клейковины - 10,5 Н.
В качестве белковых добавок применяли глютен кукурузный сухой (производство ООО «Звягинский крахмальный завод», ТУ 9189008272911782005, содержание белка - 80 %) и изолят белка желтого гороха (производство COSUCRA (Бельгия), представитель в России ООО «Новапродукт АГ», содержание белка - 85 %). При исследовании фракционного состава белковых изолятов установлено, что в них присутствуют фракции, растворимые в воде, в 10 %м растворе NaCl и в 0,2 %м растворе NaОН, в следующем соотношении (%): изолят желтого гороха - 43,83:35,72:20,45; глютен кукурузный - 43,48:28.50:28,02. Фракции, растворимые в спирте, в белковых изолятах обнаружены не были.
Проведенными исследованиями установлено следующее:
1) при замене части пшеничной муки на белковые изоляты установлено некоторое увеличение содержания сырой клейковины, затем по мере роста дозировки белковых продуктов (15 % и более изолята белка желтого гороха и 20 % и более кукурузного глютена) содержание сырой клейковины снижается. При этом у всех опытных образцов установлено значительное укрепление клейковины, снижение её гидратационной способности, повышение когезионной прочности по сравнению с контрольным образцом.
Уменьшение содержания сырой клейковины можно, на наш взгляд, объяснить тем, что белковые изоляты имеют большую водопоглотительную способность, чем пшеничная мука, следовательно, на набухание белков клейковины, возможно, не хватает влаги, и негидратированные клейковинные белки вымываются в процессе проведения эксперимента. Для подтверждения вышесказанного были проведены соответствующие эксперименты, которые показали, что действительно водопоглотительная способность изолята белка желтого гороха превышает показатель пшеничной муки в 4,47 раза, а водопоглотительная способность изолята белка кукурузы - в 2,84 раза.
Увеличение содержания сырой клейковины и ее укрепление, возможно, объясняется взаимодействием белков клейковины и изолятов. Данное утверждение подтвердил следующий модельный эксперимент.
Известно, что в основе получения клейковины и теста лежит коагуляционное структурообразование. Это дает основание воспользоваться фундаментальными положениями коллоидной химии о проблемах агрегативной устойчивости дисперсных коллоидных систем. В работах Дерягина Б.В., Фервея, Овербека показано, что суммарная энергия взаимодействия коллоидных частиц состоит из двух составляющих - электростатических сил отталкивания и ВандерВаальсовых сил притяжения. Существует типичная теоретическая кривая суммарной энергии взаимодействия коллоидных частиц в зависимости от расстояния между ними. Характер взаимодействия между глиадином и глютенином в процессе приготовления теста аналогичен данной кривой. С определенной долей уверенности можно предполагать, что часть клейковинных белков муки в процессе приготовления теста фиксируется между собой в ближней потенциальной яме, то есть частицы глиадина и глютенина преодолевают потенциальный барьер и между ними происходит контактная коагуляция с образованием «необратимых» структурных образований.
Другая часть белков муки образует коагуляционную структуру за счет приведения в состояние равновесия сил электростатического отталкивания и ВандерВаальсовых сил притяжения в дальней потенциальной яме. Такая коагуляционная структура является «обратимой», так как здесь может иметь место явление пептизации, то есть смещение равновесия сил гельзоль в сторону перехода этой структуры в коллоидный раствор. Снижение процента перехода белков в раствор будет свидетельствовать о взаимодействии белков изолятов и клейковинных белков пшеничной муки.
Принимая во внимание тот факт, что молекулярная масса белков изолятов меньше молекулярной массы пшеничных белков - глютенина и глиадина, а следовательно, меньше и размер их коллоидных частиц, можно утверждать - эти белки будут принимать участие в коагуляционном структурообразовании (образовании клейковины) и фиксироваться только в ближней потенциальной яме и будут выступать в виде «мостиков» между белками клейковины в ближней и дальней потенциальных ямах, о чем и можно судить по снижению растворимости белков.
Проведенные нами исследования показали, что действительно растворимость клейковины при внесении белковых изолятов снижается по отношению к контролю;
2) внесение белковых изолятов определенным образом влияет на свойства крахмала: снижаются температура максимальной вязкости крахмального геля и вязкость крахмального геля по сравнению с контролем. Последнее, на наш взгляд, можно объяснить тем, что взамен части муки вносится бескрахмальное сырье, незначительно влияющее на изменение вязкости суспензии при прогреве, но снижающее общее содержание крахмала в суспензии. Определенную роль здесь, возможно, сыграло и белковополисахаридное взаимодействие. Возможность комплексообразования крахмальных полисахаридов и белковых изолятов исследовали по изменению величины йодсвязывающей способности крахмала. Интенсивность окрашивания характеризовали величиной оптической плотности.
Экспериментальные данные позволили заключить, что с внесение белковых изолятов цветная реакция крахмала с йодом ослабевает, о чем свидетельствует снижение по сравнению с расчетным значением оптической плотности рабочего раствора. Это может быть объяснено образованием белковополисахаридных комплексов;
3) основная реологическая характеристика макаронного теста предельное напряжение сдвига при замене части муки на изолят белка гороха и изолят белка кукурузы увеличивается по отношению к контролю, что связано с изменением структуры теста и укреплением клейковины за счет взаимодействия белков пшеничной муки и изолятов;
4) внесение белковых продуктов увеличивает прочность сухих макаронных изделий, продолжительность их варки до готовности, а также переход сухих веществ в варочную воду, что объясняется как снижением температуры максимальной вязкости крахмального геля, так и тем, что при внесении белковых изолятов в клейковинную решетку встраивается значительное количество водорастворимых белков, которые при варке могут переходить в окружающую среду, снижается плотность клейковинного каркаса и, как следствие, растет процент перехода сухих веществ в варочную воду. Полный анализ экспериментальных данных показал, что оптимальными дозировками можно считать 1015 % замены пшеничной муки на изоляты белков.
При этом содержание белка при замене 10 % муки на изоляты белков гороха и кукурузы увеличилось соответственно на 57,28 и 53,20 % по сравнению с контролем. Содержание незаменимой аминокислоты лизин увеличилось в 2,8 и 1,5 раза по сравнению с контрольным образцом. При употреблении 100 г новых видов макаронных изделий суточная потребность в белке удовлетворяется на 19,03-24,53 %; суточная потребность в растительном белке удовлетворяется на 31,68-48,95 %.