Научно-практические основы комплексной переработки зерна амаранта
Перспективным направлением прогресса агропромышленного комплекса является развитие современной системы высоких технологий производства и переработки растительного сырья с получением новых видов продуктов питания общего, функционального и лечебно-профилактического назначения и добавок высокой пищевой ценности с повышенным содержанием белка. Важное место в этой системе в качестве сырья занимают не только традиционные для страны зерновые культуры, но и новые перспективные, такие как амарант.
Амарант представляет собой травянистое однолетнее пурпурно-зеленое или желто-зеленое растение, высота которого может достигать 2-3 м. Метелка в зрелом состоянии имеет длину 30-50 см и диаметр 15-25 см (рис. 1-3).
Вес одной метелки достигает 1-1,5 кг. Семена амаранта очень малы, подобно песчинкам, а число их огромно (до 500 тыс. в одной метелке). Зерновой амарант дает семена, по характеристике и свойствам сходные с зерном злаков, однако поскольку он не принадлежит к семейству злаковых, его называют псевдозлаковым [3].
Амарант относится к нетрадиционным видам растительного сырья, наиболее перспективным для расширения ассортимента продуктов здорового питания, а также для изготовления пищевых добавок функционального назначения. В зерне амаранта содержится 7-8% масла, которое содержит более 70% моно- и полиненасыщенных жирных кислот (линолевая (Омега-6), олеиновая (Омега-9), линоленовая (Омега-3), арахидоновая, пальмитолеиновая кислоты и др.), более 9% фосфолипидов (в составе которых по количеству доминирует фосфатидилхолин), по жирно-кислотному составу амарантовое масло близко к кукурузному, но имеет ряд существенных преимуществ. Витамин Е в амарантовом масле находится в особо активной токотриенольной форме, и, что еще важнее, в нем содержится до 10% сквалена, который до недавнего времени получали только из печени глубоководной акулы.
Также большим достоинством амаранта является не только высокий уровень содержания белка, но и его аминокислотный состав [7]. Качество белка амаранта считается очень высоким ввиду значительного содержания незаменимых аминокислот, в частности ценной аминокислоты – лизина (4,3-5,7% к общему белку семян), что в 2 раза больше, чем у пшеницы, и в 3 раза больше, чем у кукурузы и сорго, и даже сопоставимо по количеству с соей и коровьим молоком.
Крахмал, составляющий до 70% массы амаранта, обладает уникальными свойствами. Размер гранул крахмала в несколько раз меньше, чем рисового и кукурузного. Благодаря этому крахмал амаранта более предпочтителен в качестве наполнителя при изготовлении колбасных изделий, которые подвергаются заморозке и последующей разморозке.
Изучение биохимического состава, физических и технологических свойств зерна амаранта и его зернопродуктов, современных физических способов, позволяющих получать из различных анатомических частей продукты с улучшенными органолептическими показателями с измененными физическими свойствами и химическим составом, выявили предпосылки их применения для повышения потребительских свойств и пищевой ценности хлебобулочных, мучных кондитерских, мясных и других изделий.
Это создает условия для расширения и совершенствования ассортимента различных продуктов питания общего и специального назначения.
Изучение физических, химических свойств, соотношений анатомических частей и кинетики влагопоглощения зерна амаранта разных размеров позволило разработать процесс его сито-воздушной очистки от примесей и гидротермической обработки при подготовке к помолу [4, 5, 6].
Весьма своеобразное анатомическое строение зерновки амаранта (зародыш кольцеобразно охватывает эндосперм) позволило смоделировать построение технологического процесса разделения зерновки на анатомические части, основанного на предварительном сжатии зерновки с целью разрыва оболочек и нарушения связи между зародышем и эндоспермом. На основании комплексного исследования зерна амаранта и анатомических частей разработана технология его разделения на эти части и получения из них нативных продуктов, отличающихся биохимическим составом и пищевой ценностью: хлопьев из эндосперма, зародышевой крупки, муки из эндосперма и зародыша. Чистота крупки зародышевой – 80-95%, характеризуется содержанием зародышевой части зерна. Чистота хлопьев – 90-95%, характеризуется содержанием эндосперма [6].
Таким образом, в результате реализации способа решена задача глубокой переработки зерна амаранта на основе эффективного разделения их на анатомические части (табл. 1).
Для разработки предложений об использовании продуктов переработки амаранта осуществлена их апробация в различных производствах [1, 2].
Из крупки зародышевой амарантовой нативной на основе СО2 — экстракции извлекают масло. В результате этого сокращено на 60% количество используемого для экстракции газа СО2, при этом повышается в 2 раза концентрация сквалена в масле. После экстракции шрот крупки зародышевой размалывают на традиционном оборудовании и получают муку белковую полуобезжиренную.
Мука амарантовая белковая полуобезжиренная содержит глутаминовую кислоту и аргинин, кроме того, она богата лизином, треонином, изолейцином. Высокое содержание незаменимых аминокислот (34,5%) обусловлено преимущественно лизином (4,3-6,5%), изолейцином (3,3-3,8%) и суммой тирозина с фени-лаланином (6,3-8,1%). Также эта мука содержит сквален, обладающий антиоксидантным действием, предотвращает полимеризацию и окисление жира.
Сквален относится к важнейшим биологически активным соединениям и выполняет в организме роль регулятора липидного и стероидного обмена, являясь предшественником целого ряда стероидных гормонов, холестерина и витамина Д.
Мука белковая амарантовая рекомендована и апробирована в производстве мясоколбасных изделий.
Таблица 2. Физико-химические и функционально-технологические исследования
| № об. | Наименование образца | Массовая доля, % | рН | ВУС, Н2О/г | ЖУС, масла/г | |||
| белка | жира | углеводов | золы | |||||
| 1. | Мука амарантовая белковая полуобезжиренная | 41,4 | 12,2 | 13,5 | 4,6 | 6,62 | 3,1 | 2,8 |
| 2. | Мука амарантовая сортовая (крахмалистая) | 6,8 | 1,8 | 76,8 | 0,8 | 6,83 | 3,8 | 1,3 |
| 3. | Мука цельносмолотая амарантовая | 17,3 | 7,8 | 53,4 | 2,6 | 6,63 | 2,6 | 2,1 |
| 4. | Мука соевая | 46,5 | 18,7 | 11,8 | 5,4 | 7,2 | 3,5 | 2,0 |
Из представленных образцов по химическому составу и функционально-технологическим свойствам образец №1 близок к муке соевой. Так, содержание белка и жироудерживающая способность (ЖУС) в нем почти в 2 раза выше, чем в образце №3.
По водоудерживающей способности (ВУС) все три образца близки и имеют ее на уровне водоудерживающей способности соевой муки.
Кроме того, белково-углеводные продукты (БУП) обладают способностью стабилизировать эмульсии. Модельные эмульсии изготавливали на основе суспензий БУП в дистиллированной воде (2,5% раствор хлорида натрия), растительного масла в соотношении 1:5:5. БУП образовывали устойчивые эмульсии, отделения жидкой фазы после термообработки и центрифугирования не происходило.
Анализ полученных данных, а также себестоимость позволяют сделать вывод о том, что мука амарантовая белковая полуобезжиренная подходит как по функционально-технологическим свойствам, так и по себестоимости для производства мясных продуктов.
Фарш, изготовленный с гидратированным белково-углеводным препаратом БУП, был однороден, не прилипал к стенкам оборудования и хорошо формировался. Было установлено, что котлеты с гидратированным белково-углеводным препаратом БУП имели плотную консистенцию, характерный для мясных продуктов запах и вкус. Потери при жарении были ниже нормируемых и составили 27,4%.
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что гидратированный белково-углеводный препарат (БУП) может быть использован при изготовлении рубленых полуфабрикатов в количестве 20% без ухудшения органолептики готового продукта.
Предприятия мясной промышленности имеют преимущество более оперативной оценки эффективности влияния добавки муки амарантовой белковой полуобезжиренной на показатели полуфабрикатов и готовых продуктов.
Еще одним перспективным направлением является обогащение амарантовой мукой пшеничного хлеба для повышения его пищевой ценности – благодаря наличию белка с высоким содержанием незаменимых аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ.
Для улучшения показателей качества хлеба целесообразно использовать сортовую амарантовую муку в количестве 7% от массы пшеничной муки высшего сорта (табл. 3). Большим достоинством сортовой амарантовой муки является улучшение ею показателей качества как формового, так и подового хлеба. Далеко не все хлебопекарные улучшители обладают такой способностью, чтобы наряду со значительным увеличением объема хлеба существенно повышать его формоустойчивость.
Муку амарантовую сортовую получают путем размола полученных из эндосперма хлопьев. Пористость мякиша хлеба при добавлении сортовой амарантовой муки улучшилась – она стала более тонкостенной, мелкой и равномерной. На ощупь мякиш хлеба из смеси по сравнению с контролем был более нежным и воздушным, с хорошей упругостью.
Мука амарантовая сортовая нативная содержит фермент α-амилазу. При замесе, брожении и расстойке теста (30°С) α-амилаза продуцирует низкомолекулярные декстрины из крахмала – субстрат для β-амилазы. При этом увеличивается объем хлеба, улучшается окраска его верхней корки и аромат, пористость и цвет мякиша.
Мука амарантовая сортовая нативная содержит также фермент липазу, расщепляющую липиды муки до моно-, диглициридов и свободных жирных кислот. Моноглицириды, взаимодействуя с крахмалом, замедляют кристаллизацию амилопектина и, следовательно, черствение хлеба.
Таблица 3. Показатели качества хлеба из пшеничной сортовой муки и ее композитных смесей с амарантовой мукой
| Вариант ввода амарантовой муки (вид, доза) | Сорт пшеничной муки | Объемный выход хлеба, см 3 /100 г муки | Удельный объем хлеба, см 3 / 1 г хлеба | Формо-устойчи-вость | Пористость, % | Органолептическая оценка хлеба | Кислотность хлеба, град. | ||||
| ф* | п | ф | п | внешний вид | мякиш | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
| Контроль | высший | 534 | 500 | 4,23 | 4,11 | 0,47 | 85 | 4,9 | 4,9 | 1,2 | |
| первый | 487 | 481 | 3,60 | 3,70 | 0,32 | 82 | 4,0 | 4,0 | 2,4 | ||
| Белковая 7% | высший | 546 | 540 | 4,29 | 4,31 | 0,42 | 84 | 4,6 | 3,8 | 1,9 | |
| первый | 455 | 452 | 3,41 | 3,57 | 0,32 | 82 | 3,0 | 4,0 | 2,8 | ||
| Белковая 10% | высший | 504 | 473 | 3,87 | 3,82 | 0,32 | 84 | 2,8 | 2,6 | 2,2 | |
| первый | 452 | 414 | 3,42 | 3,33 | 0,23 | 83 | 2,0 | 4,0 | 3,2 | ||
| Сортовая нативная 7% | высший | 623 | 639 | 4,86 | 5,18 | 0,55 | 85 | 4,8 | 4,8 | 1,4 | |
| первый | 521 | 529 | 3,92 | 4,11 | 0,38 | 86 | 5,0 | 4,5 | 2,3 | ||
| Сортовая нативная 10% | высший | 587 | 564 | 4,56 | 4,48 | 0,46 | 85 | 4,8 | 4,6 | 1,6 | |
| первый | 500 | 503 | 3,75 | 3,93 | 0,36 | 84 | 4,0 | 4,5 | 2,3 | ||
| Цельносмолотая 7% | первый | 521 | 479 | 4,58 | 4,60 | 0,32 | 86 | 4,0 | 4,0 | 2,2 | |
| Цельносмолотая 10% | первый | 470 | 441 | 4,16 | 4,18 | 0,37 | 84 | 3,0 | 4,0 | 2,3 | |
Ввод амарантовой сортовой муки в пшеничную привел к значительному улучшению показателей качества хлеба: увеличение объемного выхода – на 53-139 см 3 для муки высшего сорта и на 13-48 см 3 для муки первого сорта (на 10-28% и 3-10% соответственно), удельного объема – на 0,33-1,07 см 3 для муки высшего сорта и на 0,15-0,41 см 3 /1 г хлеба для муки первого сорта (на 8-26% и 4-11% и соответственно), формоустойчивости (кроме дозы 10%) – на 0,08 для муки высшего сорта и на 0,04-0,06 для муки первого сорта. Увеличение объемного выхода хлеба было настолько существенным, особенно для муки высшего сорта, что легко определялось визуально. Очень важно, что улучшились показатели качества не только формового, но и подового хлеба, поскольку большая часть хлебобулочных изделий в нашей стране выпекается на поду. У подового хлеба при вводе амарантовой сортовой муки наряду с объемом улучшилась и формоустойчивость.
Важным показателем фракционного состава белков амаранта является отсутствие спирторастворимой фракции (проламинов), образующей при замесе теста клейковину – глютен. Это обстоятельство имеет большое значение в технологии производства мучных кондитерских изделий, где требуется использование муки с низким содержанием слабой клейковины.
Наиболее эффективным и экономически оправданным приемом конструирования продуктов с заданным биохимическим составом и соотношением полиненасыщенных жирных кислот является разделение зерна амаранта на анатомические части.
Учитывая пищевую ценность и сбалансированный аминокислотный состав, перспективным является применение продуктов переработки зерна амаранта не только в качестве добавки к традиционным видам продуктов питания, но и для использования их в лечебно-профилактических целях.
- Дулаев В.Г. Технологические аспекты комплексной переработки семян амаранта / В.Г. Дулаев, А.И. Меньшенин, А.Е. Медведев, С.О. Смирнов // Труды научно-практической конференции. РАСХН «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения» по направлению: «Пищевые технологии будущего. Гипотезы. Теории. Эксперименты». — М.: Углич, 2002. – С. 175.
- Дулаев В.Г. Новая технология и ассортимент продуктов глубокой переработки зерна амаранта / В.Г. Дулаев, А.И. Меньшенин, С.О. Смирнов // Сборник докладов. III Юбилейная международная выставка-конференция «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации». Часть I. – М.: Издательский комплекс МГУПП, 2005. – С. 29-32.
- Кононков П.Ф. Амарант – перспективная культура XXI века / П.Ф. Кононков, В.К. Гинс, М.С. Гинс. – М., 1998.
- Патент RU 2251455. Способ помола семян амаранта / С.О. Смирнов, В.Г. Дулаев, А.И. Меньшенин // Заявл. 25.12.2002; опубл. 10.05.2005.
- Патент RU 2533006. Способ получения продуктов размола семян амаранта и технологическая линия для осуществления способа / С.О. Смирнов, А.С. Дронов// Заявл. 01.04.2013; опубл. 20.11.2014.
- Смирнов С.О. Разработка технологии разделения зерна амаранта на анатомические части и получения из них нативных продуктов /Смирнов С.О.: диссертация кандидата технических наук: 05.18.01. – Москва, 2006. – 215 с.
- Чернов И.А. Амарант – фабрика белка / И.А. Чернов, Б.А. Земляной. – Казань: Казанский университет, 1991. – 90 с.
Смирнов С.О., Урубков С.А., Дронов А.С.
ФГБНУ НИИХП «Научно-исследовательский институт хлебопекарной промышленности», Amaranth Bio Company LLC