Фундаментальное исследование

эффекта обработки

гидростатическим давлением

в хлебопекарном производстве


Authors: K. Huttner, Fabio Dal Bello, Elke K. Arendt

Перевод: Родченко Я.Г.

Source: European Food Research and Technology, Springer Berlin / Heidelberg. №6, 2010. P. 827-835 (Springer link)

Краткое изложение содержания. Эффект гидростатического давления (ГД) исследовался на зерновых крахмалах, белках и мучнистых компонентах, однако его эффективность в отраслях промышленности, базирующейся на использовании злаковых, не была установлена. Данное исследование описывает воздействие гидростатического давления как инструмента по улучшению качества производимого овсяного хлеба. С этой целью, растительные масла, использующиеся по рецептуре, подвергались обработке гидростатическим давлением (200, 350, 500 МПа). Для изучения микроструктуры использовались отражающий свет и растровый микроскопы. Более того, обработанные ГД масла добавили в рецептуру овсяного хлеба, заменив 10, 20 и 40% необработанной овсяной муки. Анализ показал значительное увеличение объема выхода продукта при добавлении 10% растительных масел, обработанных при 200 МПа. Уровень зачерствения хлебобулочных изделий снизился за счет добавления овсяного масла, обработанного при 200 МПа. Однако качество хлеба с добавлением масел, обработанных при давлениях больше 350 МПа, резко усугубилось. В целом, истощение белковой структуры, перераспределение влажности и вероятно измененная взаимосвязь между белками и крахмалами послужили проявлению эффекта ГД-обработки при 200 МПа в производстве хлебобулочной продукции. Белковая цепочка и клейкость крахмала не улучшили качества овсяного хлеба.

Введение. Глютеновая болезнь - одна из наиболее распространенных пожизненных расстройств, охватившая примерно 1 % жителей планеты [1]. Следовательно, потребность в аглютеновой пище становится более актуальной. Хлеб, по большей части, пшеничный, является крайне важным компонентом в питании людей всего мира [2]. Несмотря на то, производство хлеба с использованием различных зерновых культур как альтернативу традиционной пшенице - сложная задача для технологов-кондитеров. Коммерчески наиболее приемлемому аглютеиновому хлебу свойственны низкое качество мякиша, скудный вкус и запах, низкая питательность и быстрое очерствение [3-5]. Таким образом, усовершенствование технологий выпечки хлеба должно быть направлено в сторону производства на базе аглютеновой муки. В целом, разработки по улучшению качества аглютенового хлеба сосредоточены на компенсации отсутствующего глютина (клейковины) путем введения структурных добавок, таких как гидроколлоиды [6, 7], ферменты [8], молочные белки. Структурные и функциональные свойства белков и крахмалов могут быть видоизменены путем обработки гидростатическим давлением (ГД), которая предполагает достижение максимального качества аглютенового хлеба. Тем не менее, главным образом наука изучала воздействие ГД-обработки на чистые злаковые крахмалы или злаковые белки, мало информации доступно касательно эффекта ГД на комплексные системы мучнистых компонентов.

Эмпирическое обоснование

Материалы. В качестве исследуемого материала была взята мука, имеющая следующие характеристики: 10.8% влажности, 10.1% белков, 63.0% крахмала, 24.5% амилозы и 75.5% амилопектина. Для замеса хлеба использовались сухие кондитерские дрожжи, соль, сахароза и вода.

ГД-обработка овсяной муки. Образцы подготовленных растительных овсяных масел, предварительно помещенных в вакуумные карманы, были помещены в специальную камеру давления для 10-минутной обработки на 200, 350 и 500 МПа при поддерживаемой температуре 20С. Повышение температуры максимум на 10С наблюдалось при 500 МПа в ходе проявления текучести образца.

Микроскопия. Микроструктура подверженных ГД-обработке образцов и не испытавших таковой, была изучена с помощью светоотражающего и растрового микроскопов.

Реологические измерения. Реологическим измерениям подвергли как обработанные, так и необработанные овсяные масла. С помощью реометра контролировали стрессовое напряжение при температуре 30С. Троекратные измерения осуществлены в пределах линейной области характеристики.

Доказательство. Положительное влияние обработки гидростатическим давлением на качество овсяного хлеба исследовано и доказано с точки зрения реологического анализа на уровне микроструктуры. ГД-обработка может быть применена для усовершенствования вязкоупругих свойств овсяных растительных масел путем воздействия на структуру белков и крахмалов. Добавление в рецептуру обработанных при 350 МПа масел обусловило значительное повышение упругости мякиша. Таким образом, образованию прочной белковой цепочки и загущению крахмала мы обязаны гидростатическому давлению, которое значительно изменило свойства хлеба.

Овсяные масла, обработанные при 350 МПа или 500 МПа привели к получению низких удельных объемов продукции и, следовательно, к плохому качества хлеба. Таким образом, крахмал клейстеризации, подвергшийся ГД-обработке не привел к улучшению функциональных свойств овсяной муки и получению положительных эффектов, таких как: улучшение текстуры, увеличения объема или увеличение срока хранения хлебобулочных изделий. Кроме того, укрепление белковой цепочки в результате формирования новых нековалентных или дисульфидных связей при давлении 350 МПа негативно сказываются на свойствах овсяной муки.

Изменения в свойствах мякиша были исследованы после 5 дней хранения. В целом, наблюдалось значительное сокращение темпов очерствения хлеба, содержащего овсяные масла, обработанные при 200 МПа. Полученные данные показывают, что снижается клейкость и ослабляется белковая взаимосвязь при 200 МПа ГД-обработки, что приводит к низкому уровню очерствения. В отличие от методов клейстеризации крахмала и воссоединения цепочки белка, данный метод приводит к развитию образованию барьера между крахмалом и белком. Повышение твердости и скорости очерствения хлеба, содержащего 350 и 500 МПа обработанные масла, может быть вызвано повышенным количеством крахмала. Исследования показали, чем более клейстеризованный крахмал, тем меньший срок очерствения. Тем не менее, неблагоприятные свойства хлеба, содержащего овсяные масла, обработанные при 350 или 500 МПа, можно было бы компенсировать в определенной степени увеличением количества воды в хлебе, однако таковое может предотвратить видоизменения крахмала. Как факт, 200 МПа хлеб обладал самой низкой влажностью. Следовательно, эти данные показывают, что ГД-обработка овсяных масел на 200 МПа не только ослабила связи белковой цепочки, но и повлияла на распределение влаги и, возможно, на взаимодействие белков и крахмала, в результате чего снизилась скорость овсяного очерствения. Эти свойства имеют особое значение, так как в данном исследовании была использована овсяная мука, содержащая большое количество крахмала, что приводит к достаточно быстрому очерствению.

Выводы. Результаты данного исследования показывают, что обработка гидростатическим давлением позволяет улучшить функциональные свойства овсяной муки и качества производимого хлеба в целом, в случае правильного выбора. С учетом возможностей ГД-обработки, использующегося для снижения уровня очерствения, данный метод также может быть полезным для производства других видов аглютенового хлеба, преимущественно состоящего из крахмала. В целом, изменения белковой цепочки и изменения в распределение влаги оказывают положительное влияние на качество овсяных хлебобулочных изделий, предотвращая белково-крахмальные соединения и клейстеризацию крахмала.

Литература

  1. Catassi C, Fasano A (2008) In: Arendt EK, Dal Bello F (eds) Glutenfree cereal products and beverages. Academic Press, Minneapolis
  2. Hoseney RC, Sievert D, Delcour JA (2008) Ullmanns’s encyclopediaof industrial chemistry. Wiley-VCH, Weinheim
  3. Ahlborn GJ, Pike OA, Hendrix SB, Hess WM, Huber CS (2005) Sensory, mechanical and microscopic evaluation of staling in lowprotein and gluten-free breads. Cereal Chem 82:328–335
  4. Arendt EK, Morrissey A, Moore MM, Dal Bello F (2008) In: Arendt EK, Dal Bello F (eds) Gluten-free cereal products and beverages. Academic Press, Minneapolis
  5. Gallagher E, Gormley TR, Arendt EK (2004) Recent advances in the formulation of gluten-free cereal-based products. Trends Food Sci Technol 15:143–152
  6. Lazaridou A, Duta D, Papageorgiou M, Belc N, Biliaderis CG (2007) Effects of hydrocolloids on dough rheology and bread quality parameters in gluten-free formulations. J Food Eng 79:1033–1047
  7. Sivaramakrishnan HP, Senge B, Chattopadhyay PK (2004) Rheological properties of rice dough for making rice bread. J Food Eng 62:37–45
  8. Moore MM, Heinboeckel M, Ulmer HM, Arendt EK (2006) Network formation in gluten-free bread with application of transglutaminase. Cereal Chem 83:28–36