ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗЕРНА ЯЧМЕНЯ

УДК 664.6/.7

Aннoтaция

В данном исследовании комплексно изучены химический состав, технологические, реологические и функциональные свойства местных сортов ячменя, выращиваемых в условиях Узбекистана, с целью их эффективного использования при производстве мучных изделий специального назначения. В качестве объектов исследования были выбраны сорта ячменя «Истак» и «Ноёб», для которых проведён анализ физико-химических, органолептических, микробиологических и структурно-механических показателей. Установлено, что сорт «Истак» характеризуется повышенным содержанием белка, β-глюкана, незаменимых аминокислот и растворимых пищевых волокон, что свидетельствует о его высокой пищевой и функциональной ценности.

Исследованы процессы поэтапной шлифовки зерна, в результате которых содержание цветочных оболочек снизилось с 24,5 % до 14,5 %, что способствовало уменьшению микробиологической обсеменённости, содержания лигнина и грубых нерастворимых компонентов. Определено, что применение технологий экструдирования, паротепловой обработки и воздушной классификации обеспечивает получение функциональной ячменной муки с повышенным содержанием белка и β-глюканов.

На основе разработанной технологии предложен ресурсосберегающий способ производства композитных мучных смесей для слоёных хлебобулочных изделий и макаронных изделий быстрого приготовления с улучшенными пищевыми, технологическими и потребительскими свойствами.

Abstract

In this study, the chemical composition, technological, rheological, and functional properties of local barley varieties cultivated under the conditions of Uzbekistan were comprehensively investigated in order to ensure their effective use in the production of specialty flour-based products. The barley varieties “Istak” and “Noyob” were selected as the objects of the study, and their physicochemical, organoleptic, microbiological, and structural-mechanical characteristics were analyzed. The results demonstrated that the “Istak” variety is characterized by an increased content of protein, β-glucan, essential amino acids, and soluble dietary fiber, indicating its high nutritional and functional value.

The processes of stepwise grain pearling were also investigated. As a result, the content of outer husk layers decreased from 24.5% to 14.5%, which contributed to a reduction in microbiological contamination, lignin content, and coarse insoluble components. It was determined that the application of extrusion, steam-thermal treatment, and air classification technologies makes it possible to obtain functional barley flour enriched with protein and β-glucans.

Based on the developed technology, a resource-saving method for producing composite flour mixtures intended for laminated bakery products and instant pasta products with improved nutritional, technological, and consumer properties was proposed.

Ключeвыe cлoвa: ячменное зерно, β-глюкан, экструдирование, воздушная классификация, ячменная мука, макаронные изделия быстрого приготовления, слоёный хлеб, функциональное питание.

Keywords: Barley grain, β-glucan, extrusion, air classification, barley flour, instant pasta, laminated bread, functional food.

Ввeдeниe

На сегодняшний день обеспечение населения функциональными продуктами питания с высокой пищевой ценностью является одной из актуальных задач пищевой промышленности [1]. Среди зерновых культур ячмень выделяется высоким содержанием β-глюкана, белка, витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон. Благодаря этому ячмень имеет большое значение как ценное функциональное сырьё, способствующее укреплению здоровья человека [2].

Использование ячменного зерна в производстве хлебобулочных и макаронных изделий ограничивается его технологическими свойствами. В частности, высокое содержание оболочек, наличие лигнина и микроорганизмов отрицательно влияют на эффективность процесса переработки. Поэтому разработка ресурсосберегающих и эффективных технологий переработки зерна ячменя имеет важное значение [3]. В данном исследовании изучены физико-химические и функциональные свойства зерна местных сортов ячменя «Истак» и «Ноёб». Исследованы возможности получения муки с высокой пищевой ценностью, богатой β-глюканами, на основе технологий шлифования, экструдирования и воздушной классификации ячменного зерна [4]. Полученные результаты позволяют эффективно использовать ячменную муку при производстве слоёных хлебобулочных изделий и макаронных изделий быстрого приготовления [5].

Мeтoды и мeтoды иccлeдoвaния

В качестве объектов исследования были выбраны местные сорта ярового ячменя «Истак» и «Ноёб», внесённые в Государственный реестр Республики Узбекистан [6]. Исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории «Пищевая технология» Ташкентского химико-технологического института.

Физико-химические, органолептические и микробиологические показатели зерна ячменя определяли на основе действующих ГОСТ 28672-90 и стандартных методов [7]. В ходе экспериментов были проанализированы показатели влажности, натурной массы, массы 1000 зерен, плёнчатости, зольности, содержания белка, жира, углеводов и клетчатки зерна ячменя [8]. Для определения аминокислотного состава зерна использовали метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) и аминокислотные анализаторы [9].

Процесс отделения оболочки зерна ячменя осуществлялся на лабораторном шелушильном оборудовании марки А1-ЗШН. Процесс шлифования проводился в три этапа, при этом расстояние между цилиндром и абразивным барабаном постепенно уменьшалось с 20 мм до 10 мм [10]. Эффективность шелушения оценивали по степени дробления зерна, количеству отделённых оболочек и микробиологическим показателям.

Рeзультaты и oбcуждeния

Несмотря на то, что химический состав зерна ячменя ранее уже изучался, в связи с тем, что его формирование зависит от почвенно-климатических условий и технологии возделывания, было признано целесообразным провести самостоятельный анализ химического состава местного ячменного зерна с целью повышения технологического потенциала при производстве хлебобулочных и макаронных изделий. В 2024 году были изучены технологические свойства высокоурожайных сортов продовольственного ячменя, выращенных во всех регионах Узбекистана [11].

Анализ данных, представленных в таблице 1, показал, что все исследованные сорта ячменя имели высокую натуру и были оценены как хорошо выполненные зерна. Показатель массы 1000 зёрен соответствовал среднестатистической норме для большинства сортов данной культуры [12]. Среди исследованных образцов сорт «Истак» выделялся наиболее высокими показателями натуры и массы 1000 зёрен. Эти показатели характеризуют крупность и выполненность зерна и зависят от сортовых особенностей, а также почвенно-климатических условий выращивания. В свою очередь, это играет важную роль при выборе ячменного зерна в качестве сырья для производства мучных изделий.

Таблица 1 Качественные показатели местных сортов ячменя

В тоже время предварительная оценка крупности зерна ячменя позволяет оптимизировать технологические режимы при производстве муки и, как следствие, получать готовую продукцию высокого качества. Низкая плёнчатость сорта «Истак» повышает эффективность переработки зерна в муку, поскольку такие зёрна обеспечивают более высокую эффективность процесса шелушения и очистки. Кроме того, в процессе отделения оболочки зерна ячменя наблюдалось, что периферические слои эндосперма частично переходят в мучнистую фракцию, что приводит к потерям питательных веществ зерна. По результатам исследований технологических свойств различных сортов ячменя для дальнейших экспериментов был выбран сорт «Истак».

В наших последующих исследованиях, учитывая положительное влияние потенциальной антиоксидантной активности полифенолов ячменя на здоровье человека, мы провели исследования по точному определению того, какие полифенолы отвечают за антиоксидантную активность и изменение цвета пищевых продуктов, приготовленных из ячменя. Для использования ячменного зерна в пищевых целях обоснован его функциональный состав, важный для человеческого организма, у сортов Ноёб и Истак, зарегистрированных в государственном реестре. Результаты изучения физико-химических и питательных свойств сортов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Химический состав и пищевая ценность сортов ячменя «Ноёб» и «Истак» (100 г)

Как видно из таблицы 2, сорт ячменя Истак обладает высоким преимуществом по пищевой ценности и был выбран в качестве оптимального сорта для объекта исследования, а также обоснован его функциональный состав. Резервные белки эндосперма ячменя богаты проламинами (хордейнами), имеют среднее питательное качество и коэффициент эффективности белка составляет в среднем 2,04%. Из высококолизиновых сортов ячменя, содержащих на 2-3% больше лизина, чем обычные сорта ячменя, можно получить высококачественный обогащенный лизином белок с содержанием белка до 20%.

Промышленные опыты проводились в зерноочистительном отделении АО «Галла-Алтег». Параметры оборудования, предназначенного для шелушения зерна, устанавливали в зависимости от крупности и влажности ячменного зерна. При этом размеры между лопастными барабанами и отбеливающим цилиндром были установлены на основе технологических показателей сорта Истак, который был признан приемлемым для исследования, что позволило снизить количество зерновой оболочки с 24,5% до 14,5%, что важно при производстве муки для получения слоеного хлеба и скороспелых макарон из ячменя. Результаты представлены в таблице 3. В результате уменьшения расстояния между лопастным цилиндром шелушильного оборудования и образцом зерна с 20 мм до 10 мм наблюдается снижение степени шелушения и влажности зерна.

Таблица 3 Параметры шелушения и показатели отделения оболочки в зависимости от толщины зерна ячменя сорта «Истак»

 Наибольшее количество клетчатки содержится в цветковой оболочке зерна. Известно, что лигнин и целлюлоза плохо подвергаются различным видам обработки и практически не перевариваются в организме человека, поэтому их употребление в больших количествах может вызывать нарушения функций пищеварительной системы. Основная часть пищевых волокон сосредоточена в наружных слоях зерна, поэтому их сохранность зависит от количества оболочек в исходном сырье и технологии переработки зерна. Изменения количества лигнина и микрофлоры в ячменной муке, полученной в результате обработки степени шлифования ячменного зерна, представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Изменение содержания мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов и лигнина в зависимости от снижения содержания цветковых оболочек

Как видно из рисунка 1, содержание оболочки в зерне ячменя составляет 10,5 %, при этом количество микроорганизмов достигает 8,2·10⁶, а содержание лигнина - 2,4 %. Если принять эти показатели за контрольный образец, то в результате шлифования оболочки ячменя до 4,8–5,0 % количество микроорганизмов уменьшилось на 4,3·10⁴, а содержание лигнина - на 1,2 %.

Также в результате отбеливания оболочки ячменя с 8 % до 9 % количество микроорганизмов уменьшилось на 9,1·10³, а содержание лигнина-на 0,6 %. В то же время при отбеливании оболочки ячменя с 9 % до 10 % количество микроорганизмов снизилось на 0,7·10³, а содержание лигнина-на 0,1 %.

Зaключeниe

Основной целью проведенных выше исследований являлась подача зерна ячменя в процессы мукомольного производства (для мукомольного производства методами экструдирования и воздушной классификации) с сохранением целостности эндосперма с высоким содержанием водорастворимых пищевых волокон, богатых β-глюканами, наиболее близко и прочно прилегающих к эндосперму этого зерна (составляющих 75% алейронного слоя, 20% эндосперма), путем образительной обработки верхнего слоя зерна ячменя, то есть цветочных и семенных оболочек. В результате исследований удалены нерастворимые в воде оболочки из зерна ячменя и получен источник мучного сырья с сохранением водорастворимых пищевых волокон, составляющих 14% от общего эндосперма. Для использования ячменного зерна в получении слоеного хлеба и макаронных изделий были изучены его необходимые свойства в рационе человека и выбрана концепция, устраняющая проблемы, связанные с пищевой ценностью и показателями при употреблении.

Список литературы:

1. Functional foods and their role in human nutrition / Dolmatova I.A., Latypova S.Sh. Products of functional purpose in population nutrition. // Molodoy uchenyy. – 2016. – № 7(111). – P. 63–65. (In Russ.).
2. Food Science Cavallero A., Empilli S., Brighenti F., Stanca A.M. High (1→3,1→4)-β-Glucan Barley Fractions in Bread Making and their Effects on Human Glycemic Response. // Journal of Cereal Science. – 2002. – Vol. 36(1). – P. 59–66.
3. Food Technology De Simone V., Romani S., et al. Effect of processing on the beta-glucan physicochemical properties in barley and semolina pasta. // Journal of Cereal Science. – 2017. – Vol. 75. – P. 124–131.
4. Cereal Chemistry Izydorczyk M.S., McMillan T. Barley β-glucans and β-glucan-enriched fractions as functional ingredients in flat and pan breads. // Flour and Breads and Their Fortification in Health and Disease Prevention. – 2019. – P. 347–363.
5. Food Processing Shalaby M.T., Abo-Rya M.A., Motawei A.M. Effect of Baking Process on β-Glucan Content in Whole Barley Balady Bread. // Journal of Food and Dairy Sciences. – 2014. – Vol. 5(7). – P. 481–490.
6. Barley. Specifications. ГОСТ 28672-2019. // Moscow: Standartinform. – 2019. – 8 p.
7. Barley. Specifications. ГОСТ 28672-90. // Moscow: Standartinform. – 2010. – 8 p.
8. Food Biotechnology Andersson A.A.M., Elfverson C., Andersson R., Regnér S., Åman P. Effects of baking on dietary fibre, with emphasis on β-glucan and resistant starch, in barley breads. // Journal of Cereal Science. – 2018. – Vol. 79. – P. 449–455.
9. Analytical Chemistry Mosele J.I., Motilva M.J., Ludwig I.A. Beta-Glucan and Phenolic Compounds: Their Concentration and Behavior during in Vitro Gastrointestinal Digestion and Colonic Fermentation of Different Barley-Based Food Products. // Journal of Agricultural and Food Chemistry. – 2018. – Vol. 66(34). – P. 8966–8975.
10. Cereal Technology Andersson R., Armö E., Grangeon E., Fredriksson H., Andersson A.A.M., Åman P. Molecular weight and structure units of (1→3,1→4)-β-glucans in dough and bread made from hull-less barley milling fractions. // Journal of Cereal Science. – 2004. – Vol. 40(3). – P. 195–204.
11. Functional Foods Cleary L., Brennan C. The influence of a β-glucan rich fraction from barley on the physico-chemical properties and reducing sugar release of durum wheat pasta. // International Journal of Food Science and Technology. – 2006. – Vol. 41(8). – P. 910–918.
12. Edney M.J. Processing of Barley Grain for Food and Feed Uses. // In: Barley Chemistry and Technology. – St. Paul: AACC International. – 2010. – P. 377–417.