Введение. Сегодня в мире прогнозируется новый всплеск тенденции повышения производства растительного белка. Это происходит вследствие заявлений о его пользе для здоровья населения, изменений в диетическом образе жизни потребителей, меньшего негативного воздействия на окружающую среду, связанного с производством такого белка по сравнению с животным. Для удовлетворения формирующегося спроса необходимо иметь ингредиенты растительного происхождения, которые могут конкурировать или иметь улучшенную функциональность по сравнению с традиционными ингредиентами животного белка, которые они могут заменить [1].
Первоочередными могут выступать зернобобовые культуры, хорошо известные высоким содержанием белка и масла. Кроме белка растительный продукт должен содержать в числе прочих биологически активных соединений пищевые волокна. Известно оптимальное соотношение, равное 30 % белка и 10 % пищевых волокон в растительном продовольственном сырье [2]. Поэтому наряду с зернобобовыми следует отметить широко распространенные зерновые культуры пшеницу и ячмень: первая среди зерновых лидирует по уровню белка, а второй – по содержанию пищевых волокон β-глюканов [3]. Установлено, что зерно пшеницы и ячменя обладает не только высокими питательными, но и разнообразными функциональными свойствами, поскольку в нем содержатся различные биологически активные соединения. К ним относятся незаменимые аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты, минеральные макро- и микроэлементы, вещества с антиоксидантными свойствами (полифенолы), а также витамины [4]. При этом в состав зерна пшеницы кроме клейковины входят весьма полезные вещества бетаины [5].
Для повышения питательных и функциональных свойств зерна пшеницы и ячменя исследованы разнообразные приемы его переработки, от проращивания и ферментации до термообработки и экструзии. При этом даже самый простой и наиболее распространенный технологический процесс сухого измельчения зерна позволяет, например, повысить его антиоксидантную способность [6] и биологическую доступность ряда ценных соединений, например фенольных кислот [7]. Сегодня зерно указанных культур является хорошим растительным сырьем для производства функциональных продуктов здорового питания населения [8]. К таким продовольственным продуктам относится национальный хакасский талган, который вырабатывается из зерна ячменя, пшеницы или овса, прошедшего термическую обработку и измельчение.
Для мониторинга его питательных и функциональных характеристик производителю важно иметь информацию не только о качестве готового пищевого продукта, но и химическом составе исходного сырья, а также промежуточных продуктов на основных этапах изготовления талгана. Недавно продемонстрирован различный результат влияния термообработки зерна на его антиоксидантную активность: положительный для ячменя [9] и риса [10], а также отрицательный для пшеницы [11]. При этом показано увеличение суммарного содержания антиоксидантов в ячменном и пшеничном талгане [12]. Сведения о содержании других биологически активных веществ, в частности белка и масла в процессе получения талгана в доступной литературе отсутствуют.
Цель исследования – анализ содержания белка и масла в пшеничном и ячменном зерновом сырье на разных технологических этапах изготовления национального хакасского крупяного продукта талгана.
Задачи: изготовить пшеничный и ячменный талган путем обжарки и измельчения зерна; измерить содержание белка и масла в исходном зерновом сырье и образцах, прошедших этапы обжаривания, измельчения и отделения отрубей.
Объект и методы. Объектом исследования служили несортовые образцы зерна пшеницы и ячменя, отобранные на различных технологических этапах производства продукта талган. Указанные культуры выращивали в 2022 г. на территории Бейского района Республики Хакасия. Отбор проб зерновых продуктов производили на предприятии «Цех по производству полуфабриката из зерна “Талган”» (ИП КФХ Боргояков П.Г., с. Аскиз, Республика Хакасия). Процесс изготовления талгана на данном предприятии состоит из нескольких последовательных этапов. Вначале производится очистка зерна от посторонних примесей. Далее происходит его термообработка при 240–250 °С в течение 5 мин. Следующий этап заключается в измельчении обжаренного зерна и дальнейшем его просеивании с целью отделения отрубей. В результате указанных технологических операций получается конечный продукт талган и отходы в виде отрубей. Подробно методика изготовления талгана описана нами ранее [13].
В данном исследовании измеряли содержание белка и масла в зерновых продуктах на различных стадиях изготовления талгана, начиная от исходного зерна до конечного продукта и отрубей. Определение содержания белка проводилось по методу Кьельдаля [14] на автоматической установке UDK 159, содержание масла измеряли по методу Сокслета на приборе SER 148 фирмы Velp в соответствии со стандартом [15]. Все данные представлены как средние арифметические значения из трех независимых измерений.
Статистическая обработка результатов была выполнена с помощью программы обработки данных полевого опыта MS Excel 2003.
Результаты и их обсуждение. Результаты, полученные при определении содержания исследуемых химических веществ в зерновом сырье, взятом на различных этапах производства пшеничного и ячменного талгана, представлены в таблице. Видно, что в исходном зерне пшеницы содержание белка и масла несущественно отличалось от такового в зерне ячменя. Конечный продукт талган, изготовленный на основе ячменя, характеризовался значимо более высоким содержанием белка и масла по сравнению с таковыми из пшеницы (соответственно на 4,2 и 24,9 %).
Содержание белка и масла в пшеничных и ячменных зерновых
продуктах на разных технологических этапах производства талгана, %
|
Показатель |
Исходное сырье |
Термически обработанное сырье |
Конечный продукт талган |
|
Пшеница |
|||
|
Белок |
10,46±0,10 а |
11,1±0,11 бв |
10,72±0,03* ав |
|
Масло |
1,08±0,01 а |
1,21±0,01* б |
1,69±0,06* в |
|
Ячмень |
|||
|
Белок |
9,87±0,11 а |
10,76±0,03 б |
11,17±0,07* б |
|
Масло |
1,13±0,02 а |
1,02±0,01* б |
2,11±0,02* в |
Примечание: (*) – значения в строках различаются существенно между видами в пределах каждого вещества по t-критерию при р ≤ 0,05; значения в колонках с разными буквами различаются существенно между собой в пределах каждого вида и вещества по t-критерию при р ≤ 0,05.
После термической обработки пшеничного и ячменного сырья было отмечено статистически доказанное изменение в продукте содержания и белка, и масла. Содержание белка у обеих культур повысилась соответственно на 6,1 и 9 %. При этом содержание масла в продукте из пшеницы возросло на 12 %, а таковое из ячменя снизилось на 10,8 %. В результате прохождения следующего технологического этапа (измельчения зернового продукта и его просеивания с целью отделения отрубей) было установлено увеличение в образовавшемся пшеничном продукте талгане содержания масла на 39,7 % и его удвоение у ячменя. Что касается белка, то его концентрация изменилась незначительно. В итоге содержание белка по сравнению с исходным сырьем в пшеничном талгане возросло на 2,5 %, а в ячменном – на 13,2 %, а содержание масла повысилось на 56,5 и 86,7 % соответственно.
Отметим, что выполненные измерения подтвердили известный факт о более высоком содержании белка и меньшем содержании масла в зерне пшеницы по сравнению с ячменем [16]. Согласно литературным данным, содержание масла в зерне пшеницы составляет около 1,7 %, тогда как таковое в зерне ячменя – 2,1 [17] и 4,7–6,8 % [18]. Известно, что в состав масла в числе прочего входят минорные соединения, к которым относятся токоферолы, токотриенолы, каротиноиды и фитостеролы, а ячмень лидирует по содержанию альфа-токотриенола в масле по сравнению с пшеницей и другими зерновыми культурами [19].
Физическое воздействие на зерно в процессе его обработки может как положительно, так и отрицательно сказываться на содержании в образующемся продукте различных биологически активных соединений. В данной работе была предпринята попытка оценить эффект термообработки пшеничного и ячменного зерна, его последующего измельчения и отделения отрубей на содержание в зерновых продуктах белка и масла. Было продемонстрировано статистически значимое изменение в содержании белка в сторону его повышения после прохождения технологического этапа обжаривания как пшеничного, так и ячменного зерна. Возрастание уровня указанного химического вещества соответственно на 6,1 и 9 % может свидетельствовать о некотором повышении качества зернового продукта после прохождения им этапа термообработки.
В литературе установлен неоднозначный эффект воздействия термообработки зерна на содержание в нем белка и его химическую структуру. Так, найдено, что в условиях небольшого повышения температуры (78–85 °С), складывающихся при механической обработке пшеничного зерна, в нем происходит уменьшение содержания ряда аминокислот [20]. В опытах с зерном ячменя при более жесткой температурной обработке (180 °С) был продемонстрирован эффект изменения вторичной структуры белка [21]. В случае использования зерна овса было показано, что применение термообработок на уровне 140 или 240 °С сопровождалось изменением вторичной структуры глобулинов и снижением содержания в них некоторых аминокислот. При этом второй температурный режим способствовал улучшению вкуса и повышению усвояемости овсяного глобулина [22].
На последнем технологическом этапе изготовления талгана в результате измельчения зернового продукта, его просеивания и отделения отрубей было установлено несущественное изменение содержания белка по сравнению с его уровнем на предыдущем этапе: снижение у пшеницы и увеличение у ячменя. Зарегистрированный результат подтвердил опубликованные в литературе данные, согласно которым содержание белка заметно повышается после тонкого помола зерна ячменя по сравнению с цельным зерном [23–25].
В настоящем исследовании был отмечен разнонаправленный эффект воздействия термической обработки зернового сырья, проявившийся в увеличении содержания масла на 12 % в пшеничном и снижении такового на 10,8 % в ячменном. В имеющихся публикациях продемонстрирован результат теплового воздействия на зерно пшеницы (78–85 °С), когда наблюдалось снижение отношения ненасыщенных жирных кислот к таковому насыщенных [20].
После прохождения последнего технологического этапа, связанного с измельчением зернового продукта, его просеиванием и отделением отрубей, было установлено статистически доказанное возрастание содержания масла в полученном талгане. В случае с пшеницей оно составило почти 40 %, а для ячменя концентрация масла удвоилась. Полученные результаты подтвердили эффект повышения содержания масла в зерне пшеницы и ячменя после его тонкого помола [26, 27]. Произошедшее в результате заметное увеличение содержание масла в талгане по сравнению с исходным зерном может свидетельствовать о повышении качества изготовленного зернового продукта.
Заключение
1. Конечный продукт талган, изготовленный на основе ячменя, характеризовался существенно более высоким уровнем белка и масла по сравнению с таковыми из пшеницы – соответственно на 4,2 и 24,9 %.
2. После термической обработки пшеничного и ячменного сырья было отмечено статистически доказанное изменение в зерновом продукте содержания и белка, и масла. Содержание белка в таком продукте у обеих культур повысилось соответственно на 6,1 и 9 %.
3. В результате прохождения технологического этапа, связанного с измельчением зернового продукта и его просеиванием, было установлено увеличение содержания масла в образовавшемся пшеничном талгане на 39,7 %, а в ячменном талгане – в два раза.
4. Содержание белка в пшеничном и ячменном талгане превышало таковое в исходном сырье на 2,5 и 13,2 %, а содержание масла соответственно было больше на 56,5 и 86,7 % соответственно.
