Химический состав и физические свойства сырой клейковины зерна пшеницы

Обновлено: 18.09.2024

Цель работы – изучить методику и научиться определять содержание сырой клейковины в зерне пшеницы, а также ее свойства.

Теоретическая часть. Клейковина – это комплекс белковых веществ, остающихся после отмывания из теста большей части крахмала, отрубей, клетчатки, водорастворимых веществ. Она представляет собой плотную резиноподобную массу обычно светлого цвета. Название это обусловлено способностью белков пшеницы давать с водой клейкую, связную и упругую массу.

Отмытая клейковина содержит до 70 % воды и поэтому называется сырой. Она состоит преимущественно из белков глиадина и глютенина, на долю которых приходится 82–85 % сухого вещества клейковины. Другими постоянными компонентами клейковины являются крахмал, сахара, жиры, минеральные соединения.

Содержание сырой клейковины в зерне пшеницы колеблется от 15 до 50 %. У сильных мягких пшениц содержание клейковины должно быть не ниже 28 %.

Клейковина хорошего качества должна обладать связностью, растяжимостью, упругостью и способностью к набуханию, т. е. водопоглотительной способностью.

Роль клейковины в хлебопечении исключительно велика. Она образует так называемый скелет, или остов, хлеба, обусловливает способность теста удерживать углекислый газ, образующийся во время брожения. При наличии хорошей клейковины тесто делается пористым, пышным и легко пропекаемым.

Качество клейковины и ее выход зависят не только от сортовых особенностей, но и от природно-климатических условий и различных воздействий на зерно. Так, под действием высоких температур при самосогревании зерна или при перегреве его в процессе неправильной сушки происходит каогуляция белков, вследствие чего они теряют способность набухать и давать клейковину хорошего качества.

Морозобойное зерно содержит клейковины намного меньше, чем нормальное зерно, при этом качество ее значительно ниже. Мука, полученная из морозобойного зерна, характеризуется повышенным содержанием водорастворимых веществ, пониженным содержанием белкового азота, высокой активностью ферментов и высокой кислотностью. Хлеб из такого зерна получается низкого качества.

Клейковина из зерна, поврежденного клопами-черепашками, резко изменяет свои свойства. Она сильно тянется и рвется под собственной тяжестью. Хлеб из такой муки имеет низкий объемный выход.

Задание. Определить количество и качество сырой клейковины в зерне пшеницы.

Материалы и оборудование: весы технохимические, лабораторная мельница, сушильный шкаф, эксикатор, проволочное сито № 067, капроновое или шелковое сито № 38, термометр со шкалой от 0 до 50 о С, мерный цилиндр на 25 мл, посуда для воды, фарфоровая или металлическая кружка емкостью 0,5–1 л, химические стаканы на 200–250 мл, шпатели или пестики, двухлитровые эмалированные тазики, зерно пшеницы, прибор ИДК, сборник ТНПА на методы испытаний.

Ход выполнения. Для определения количества и качества сырой клейковины из средней пробы зерна пшеницы отбирают навеску в 50 г и выделяют из нее сорную примесь, размалывают зерно на лабораторной мельнице. Влажность зерна перед размолом должна быть не более 18 %. Крупность помола должна быть такой, чтобы при просеивании его через проволочное сито № 067 остаток на нем не превышал бы 2 %, а проход через капроновое или шелковое сито № 38 составлял бы не менее 40 %. Из размолотого зерна (шрота) после тщательного перемешивания отбирают навеску не менее 25 г, помещают ее в фарфоровую чашку и заливают водопроводной водой, имеющей температуру 18±20 о С.

Пестиком или шпателем замешивают тесто до однородной консистенции.

В зависимости от веса взятой навески для замеса теста берут следующее количество воды (мл):

Масса навески, г

Количество воды, мл

Полученное тесто проминают руками, скатывают в шарик и кладут на 20 мин в чашку, которую накрывают стеклом или химическим стаканом. Отлежка необходима для набухания белков, образующих клейковину. После отлежки отмывают клейковину под слабой струей воды над густым или капроновым ситом или в большой чашке, куда наливают не менее 2 л воды, при этом воду меняют несколько раз, сливая через густое сито для того, чтобы не потерять оторванные кусочки клейковины. Отмывку клейковины прекращают, когда стекающая при ее отмывке вода совершенно прозрачна, а в клейковине при растяжении не заметны частицы оболочек.

Отмытую клейковину отжимают между ладонями для удаления избытка влаги. Периодически ладони рук вытирают сухим полотенцем. Отжимание длится до тех пор, пока клейковина не станет слегка прилипать к рукам. Отжатую клейковину скатывают в шарик и взвешивают с точностью до 0,01. После взвешивания клейковину снова промывают в течение 2–3 мин, отжимают и снова взвешивают. Разница между взвешиваниями не должна превышать 0,1 г, иначе промывку придется повторить. Полученное количество клейковины вычисляют в процентах к взятой навеске шрота.

Как указывалось ранее, клейковина хорошего качества обладает связностью, растяжимостью и упругостью. Упругие свойства клейковины определяют на приборе марки ИДК. Для этой цели из отмытой и взвешенной клейковины отделяют навеску в 4 г, которую 3–4 раза обминают пальцами, формируют из нее шарик и помещают его на 15 мин в чашку с водой, температура которой 18±2 о С, после чего определяют упругие свойства клейковины.

Принцип работы прибора ИДК заключается в измерении способности клейковины сопротивляться деформирующей нагрузке (120 г) между двумя плоскостями в течение определенного времени (30 с).

Упругие свойства клейковины выражают в условных единицах шкалы прибора и в зависимости от этого клейковину относят к соответствующей группе качества (табл. 7).

Т а б л и ц а 7. Группы качества и характеристика клейковины в зависимости

Клейковина, отмытая из пшеничного теста, представляет собой сильно гидратированный гель, состоящий в основном из белковых веществ, но содержащий, кроме того, углеводы, липиды и минеральные вещества. Стандартный метод отмывания клейковины, по которому предусматривается обработка сформированного комочка проточной водой до тех пор, пока промывная вода не перестанет давать с йодом реакцию на крахмал, не гарантирует получения клейковины, свободной от крахмальных зерен и других компонентов небелкового характера. Применение сканирующего электронного микроскопа, например, позволяет непосредственно видеть включенные в клейковинную основу зерна крахмала. Химический состав клейковины, отмытой из теста, изучали неоднократно. Содержание белковых компонентов, так же как и углеводов, липидов и минеральных веществ в ней, зависит от сорта муки, ее подготовки к замесу, продолжительности отмывания и, по-видимому, от других трудно учитываемых факторов.
Следует выделить только наиболее существенные моменты методики отмывания клейковины, которые влияют на ее состав. Применение для замеса и отмывания дистиллированной воды обусловливает частичное растворение глиадина и поэтому не может быть рекомендовано. Использование солевого забуференного раствора или просто буфера pH6,7 понижает растворимость глиадина и повышает в то же время растворимость глобулинов муки.
Увеличение продолжительности отмывания также способствует растворению глиадина.
Заметное влияние на выход и свойства клейковины оказывает предварительное удаление из муки свободных липидов, которые иногда воздействуют на величину гидратации белков и на свойства клейковины как вязко-упруго-эластичного тела.
По данным разных авторов, химический состав клейковины следующий: сумма белков 75,0-99,0% на сухое вещество; крахмала 0,01-9,4; сахара 1,2-2,1; липидов 0,7-8,0; минеральных веществ 0,5-2,0% на сухое вещество. Вопрос о возможности получения клейковины, свободной от небелковых компонентов, изучали с давних времен. Очень эффективным является способ, основанный на получении препаратов промежуточного белка (цвикельпротеина по Гессу) при фракционировании тонкоизмельченной муки по плотности. Эти препараты, содержащие около 80% белка, могут быть подвергнуты дополнительному фракционированию, и количество белка в них может увеличиться до 85-90%. Отмывание клейковины из обогащенных препаратов дает продукт, содержащий 95% белка и больше.

Клейковина – это химическое вещество белковой группы, серого цвета и упругой консистенции, нерастворимое в воде. Содержится это вещество в злаковых культурах по нисходящей: в пшенице, ржи, ячмене и т.д.

У клейковины есть два достаточно распространенных названия, которые мы часто видим на упаковках продуктов: глютен и клебер. Чтобы не возникало путаницы сразу проясним, что разницы между этими названиями нет никакой. Просто глютен – это клейковина на английском, а клебер – на немецком языке.

СОСТАВ И ХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Пшеничная клейковина в сухом виде – это комбинация водорода, углерода, азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержаться еще сера и фосфорые соединения. Количество азота в пшеничном зерне может достигать 16%, и именно этот показатель будет определять качество клебера.

Именно содержание клебера в зерне влияет на степень силы пшеницы. Сила зерна напрямую влияет на качество конечного продукта. Чем больше глютена – тем выше качество. Сила клейковины имеет градацию от 1-го (очень слабая) до 5-ти (очень сильная). Но в обиходе ее могут характеризовать и такими словами, как губчатая, короткорвущаяся, крошащаяся, крепкая и так далее.

Из полезных свойств клейковины пшеницы можно выделить следующие:

1.1 ЧТО ТАКОЕ ИДК КЛЕЙКОВИНЫ?

ИДК – это прибор, которым измеряют индекс деформации клейковины после промывки 4-ех грамм мякиша (сырого глютена) в воде при температуре 18°C, для того, чтобы полностью вымыть крахмал.

Алгоритм процесса измерения индекса деформации следующий:

полностью очищают от крахмала;
резиноподобный белок кладут на платформу прибора ИДК;
на протяжение 10-ти минут мякиш глютена давит груз (пуансон);
стрелка на приборе определяет показатель ИДК.

Показатель измерения индекса деформации делится на три группы:

хорошая – это 1-я группа с показателем от 45 до 75 единиц;
удовлетворительно слабая – 2-я, с уровнем содержания глютена в пределах от 80 до 100 единиц;
неудовлетворительно-слабая – 3-я, с уровнем показателя от 105- до 120 единиц.

Есть еще два показателя, которые не входят в группы, но измеряются: неудовлетворительно крепкая с показателем от нуля до 15 единиц и удовлетворительно крепкая с уровнем индекса деформации от 20 до 40.

Такую клейковину отличает темный цвет, который проявляется у зерна после нарушения технологий выращивания, сушки или хранения. Клейковину первых трех групп отличают по светло-серому или светло-желтому оттенку.

1.3 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУХОЙ КЛЕЙКОВИНЫ

Глютен в сухом виде добавляется на предприятиях пищевой промышленности для того, чтобы повысить количество и качество сырой массы глютена в изделиях из муки. Этот прием технологически индивидуален для каждого производства.

Сухую клейковину используют для изготовления:

хлебопродуктов;
замороженных продуктов из слоеного теста;
полуфабрикатов (пельменей, чебуреков, вареников и т.д.);
макаронных изделий;
колбас, сосисок, фарша.

2 ОТ ЧЕГО ЗАВИСИТ ВЫСОКИЙ ПРОЦЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ГЛЮТЕНА В ПШЕНИЦЕ?

На содержание клейковины в зерне влияет множество факторов, которые по совокупности причин, можно объединить в три основные группы. Зависимость прямая – чем больше в зерне белка, тем лучше свойства глютена.

Итак, причины изменения количества и качества клебера в пшеничном зерне бывают:

генетические – зависят от сорта;
экологические – зависят от того, в каких условиях пшеница росла и созревала;
экзогенные – зависят от тех химических и физических реагентов, которым зерно обрабатывали до или после сбора урожая.

Кроме того, генетиками было выяснено, что целенаправленная селекция сортов и выбор количества и состава используемых удобрений может напрямую влиять на качество физических свойств глютена в зерне.

Кроме того, было доказано, что изменением количества использования азотных удобрений можно добиться цитогенетических изменений в характеристиках зерна. Этот характер изменений можно целенаправленно регулировать в нужном направлении. В результате, можно получить повышенный уровень содержания белка или аминокислот в созревшем зерне.

Но, все же, решающими факторами, которые влияют на конечное соотношение качества и количества клейковины в пшенице, считают три основные зависимости: состояние почвы, климатические условия и уровень влажности. Чем выше влажность – тем меньше содержание белка в зерне.

Пшеница – важнейшая продовольственная культура, так как благодаря содержащейся в ней клейковине из нее получают хлеб высокой питательности, приятного вкуса, с пористым, упругим и эластичным мякишем. При замешивании пшеничной муки с водой ее белки поглощают воду и набухают, слипаясь в массу теста.

Если кусок теста отмыть в воде от крахмала и частиц оболочек, то остается сильно гидратированный, упругий, эластичный и связный студень, состоящий в основном из белков и называемый сырой клейковиной. Сырая клейковина содержит в среднем 65% воды. Клейковина отличается от запасных белков семян других растений прежде всего своими уникальными реологическими свойствами, являющимися основой хлебопекарных достоинств пшеничной муки. При обезвоживании получают сухую клейковину. Количество воды, поглощаемой сухой клейковиной, выражают в процентах и называют гидратацией, или гидратационной способностью клейковины, которая колеблется от 170 до 250%.

Технологическое значение клейковины заключается в том, что она формирует тесто. При набухании вместе с другими веществами зерна и веществами добавляемыми (дрожжами и др.) она образует сплошную упругую сетку, соединяющую в компактную массу все вещества муки, из которой в результате ферментных процессов в тесте и завершающего этапа — выпечки получают хлеб.

Клейковина состоит из двух веществ. Одно из них, растворимое в спирте — глиадин, второе, растворимое в щелочах — глютенин. Свыше двух с половиной веков специалисты разных стран изучают клейковину, однако и в настоящее время многие важные стороны состава и свойств клейковины неясны. Белки муки состоят из альбумина, глобулина, глиадина и глютенина. Из общего количества белка на долю альбумина падает 5,7 – 11,5%, глобулина 5,7 – 10,8%.Большая часть белка представлена глиадином (40 – 50%) и глютенином (34 – 42%)

Как установлено многочисленными исследованиями, альбумин, глобулин и глиадин и глютенин не являются однородными индивидуальными белками, а представляют собой многокомпонентные фракции белкового вещества, искусственно выделяемого растворением в соответствующих растворителях. Они отличаются значительной молекулярной массой. Так, например, глиадиновая фракция имеет молекулярную массу в пределах 18000-100000. Средняя молекулярная масса глютенина достигает 2-3 млн.

Значение клейковины заключается в том, что она формирует тесто, образует при набухании сплошную упругую сетку, соединяющую в компактную упругую массу все вещества муки. При внесении дрожжей в тесто в результате процесса брожения выделяется диоксид углерода, который растягивает клейковину. Сначала сплошной комок теста начинает быстро увеличиваться в объеме (подниматься). К концу брожения тесто приобретает пористое строение. Разрыхленное тесто, состоящее из огромного количества пузырьков, стенки которых образованы в основном клейковиной, закрепляется в таком виде при выпечке, образуя характерную пористую структуру хлебного мякиша.

Клейковина — важнейший фактор хлебопекарного достоинства пшеничной муки. От нее зависит газоудерживающая способность теста, а, следовательно, объем и пористость хлеба. Крепкая клейковина в нормальной муке дает слишком тугое тесто с трудом поддающееся растяжению диоксидом углерода. Слабое тесто плохо задерживает диоксид углерода, так как свойственная ему слабая клейковина не может создать в тесте белкового каркаса необходимой прочности. Сильная клейковина при брожении более стойко сохраняет присущие ей физические свойства.

Мука характеризуется способностью давать тесто, обладающее в ходе брожения и расстойки определенными физическими свойствами, что в сочетании с другими хлебопекарными достоинствами (количество и состав Сахаров, активность ферментов, состав и свойства крахмала и др.) обеспечивает получение хлеба хорошего качества. Все сорта мягкой пшеницы по их хлебопекарному достоинству делят на три группы: сильная, средняя и слабая.

Сильная пшеница. Из нее получают муку, способную поглощать при замесе теста нормальной консистенции относительно большое количество воды. Тесто из такой муки очень устойчиво сохраняет свои первоначальные физические свойства (консистенцию, эластичность и сухость на ощупь) при замесе и брожении. Куски теста из муки сильной пшеницы хорошо обрабатываются на округлительных машинах, их рабочие органы не замазываются. Сформированные куски теста, обладая хорошей способностью удерживать диоксид углерода, при расстойке и выпечке хорошо сохраняют свою форму и мало расплываются. Подовый хлеб из муки сильной пшеницы при достаточной газообразующей способности хорошо разрыхляется, имеет большой объем и малую расплывчатость.

Тесто из муки очень сильной пшеницы ввиду ограниченной способности к растяжению имеет пониженную газоудерживающую способность и поэтому получаемый из нее хлеб мало расплывчатый, пониженного объема (обжимистый).

При смешивании муки из сильной пшеницы с мукой, имеющей низкие хлебопекарные достоинства (слабой), получают муку с улучшенными свойствами. Поэтому сорта сильной пшеницы называют сортами — улучшителями. В зависимости от качества (силы) примесь из муки сильной пшеницы колеблется от 25 до 50%. В соответствии с этим сорта — улучшители подразделяют на пшеницу с посредственной, хорошей и высокой хлебопекарной силой.

Сильная пшеница должна содержать белка не менее 14% (на сухое вещество), сырой клейковины в зерне — не менее 28% и в муке первого сорта — не менее 32% (1-й группы с хорошей упругостью и нормальной растяжимостью). Здоровая твердая пшеница обычно вся сильная, сорта ее на группы по силе не делят. По хлебопекарному достоинству она ниже стекловидной мягкой пшеницы. При выпечке в чистом виде твердая пшеница дает хлеб низкого объема, с более плотным мякишем и рваной коркой, у нее очень упругая, недостаточно растяжимая, короткорвущаяся клейковина. При добавлении к слабой мягкой пшенице здоровой твердой также улучшаются ее свойства.

Слабая пшеница. Характеризуется низким содержанием белка (8—10%) и клейковины (ниже 20%) либо достаточным содержанием белка, но низкого качества, Из слабой пшеницы невозможно получить хлеб удовлетворительного качества, для этого необходимо добавлять сильную пшеницу. Мягкая пшеница используется преимущественно для приготовления хлеба, а твердая — в макаронном производстве.

Хлебопекарная сила пшеничной муки зависит не только от количества и качества клейковины, но и от углеводно-амилазного комплекса. С этим комплексом связано второе важнейшее свойство муки — газообразующая способность (образование при брожении диоксида углерода, необходимого для разрыхления теста). Физико-химические изменения крахмала (набухание, клейстеризация, декстринизация) определяют наряду с клейковиной реологические свойства теста.

Читайте также: