Одним из этапов подготовки зерна в технологии зерновых хлебобулочных изделий является его замачивание с целью набухания и размягчения оболочек. Замачивание зерна проводят, как правило, в течение 10-24 часов в условиях, благоприятных для развития и размножения эпифитной микрофлоры и плесеней хранения. Значительное обсеменение группой КМАФАнМ и плесневыми грибами приводит к закисанию зерна в процессе замачивания и присутствию в зерновой массе и хлебе неприятного «затхлого» запаха.
Исследования показали, что исходное зерно пшеницы обсеменено микроорганизмами (общее микробное число составляет 2,8·104 КОЕ/г). После замачивания обсемененность зерна возрастает до 35 %. Наиболее многочисленной группой микроорганизмов, обсеменяющих поверхность зерна, являются КМАФАнМ, плесневые грибы и дрожжи. При хранении зерновой массы, как правило, значительно увеличивается относительное содержание спорообразующих палочковидных сапрофитных бактерий Bacillus subtilis, отличающихся высокой термоустойчивостью. Споры бактерии не погибают при выпечке хлеба и вызывают при хранении «картофельную болезнь», выражающуюся в порче мякиша в результате гидролиза белков и углеводов под действием весьма активных экзоферментов микроорганизма.
Применяемые в зерноперерабатывающей промышленности методы снижения микробиологической обсемененности предусматривают использование синтетических химических соединений, которые часто оказывают отрицательное влияние на технологические свойства зерна. Использование растительного сырья, обладающего антисептическим действием, в технологиях зерновых продуктов открывает возможности получения качественных и безопасных продуктов питания. В качестве растительного сырья, обладающего антимикробными свойствами, рационально использовать водный экстракт шишек хмеля.
Шишки хмеля содержат в своем составе горькие вещества (16-26 %), в частности ά-кислоты (гумулон, изогумулон) и β-кислоты (лупулон), которые обладают сильным бактерицидным действием и способны подавлять развитие как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Кроме горьких веществ в состав шишек хмеля входят дубильные и красящие соединения ‒ антоцианы и лейкоантоцианы (до 10,4 %), органические кислоты (хлорогенная и валериановая ‒ до 2 %). Хмелевая композиция содержит большое количество смол и эфирных масел, являющихся сильнодействующими фитонцидами [1, 2].
Действие антисептиков природного происхождения, содержащихся в экстрактах, зависит от продолжительности экстрагирования растительного сырья, температуры и соотношения сырья и воды. Бактерицидное действие водного экстракта шишек хмеля определяется количеством гумулона, изогумулона и лупулона, перешедших в экстракт.
В табл. 1 представлены экспериментальные данные, которые показывают, что выход изогумулона в водном экстракте в зависимости от соотношения хмель:вода увеличивается по мере разбавления экстрактов. В среднем выход горьких веществ хмеля в экстракт составляет 32,8 %.
Таблица 1
Выход изогумулона в водном экстракте хмеля в зависимости
от соотношения хмель:вода
|
Соотношение |
Количество экстрагируемых ά-кислот, мг/л |
Количество изогумулона, мг/л |
Выход изогумулона в водном экстракте хмеля, % |
|
1:100 |
723,0 |
180,8 |
25,0 |
|
1:200 |
361,5 |
120,0 |
33,2 |
|
1:400 |
180,5 |
64,1 |
35,5 |
|
1:800 |
90,4 |
33,7 |
37,3 |
На количество изогумулона в водном экстракте хмеля оказывает влияние температура, при которой проводится экстрагирование (рис. 1).
Рис. 1. Влияние температуры экстрагирования на количество изогумулона
в хмелевом экстракте
При температуре экстрагирования шишек хмеля, равной 60ºС, количество изогумулона в водном экстракте составляет 110 мг/л; 70ºС ‒ 146 мг/л; 80ºС ‒ 180 мг/л; 90ºС ‒ 195 мг/л, и при дальнейшем повышении температуры экстрагирования количество изогумулона в водном экстракте не изменяется.
При продолжительности экстрагирования шишек хмеля, равной 30 мин, количество изогумулона составляет 100 мг/л, 60 мин ‒ 182 мг/л, 90 мин ‒ 200 мг/л, и при дальнейшем экстрагировании содержание изогумулона в экстракте остается неизменным.
Таким образом, экспериментально установлено, что водный экстракт шишек хмеля целесообразно готовить при температуре 90 ºС в течение 90 мин с соотношением хмель:вода =1:100. Соотношение водного экстракта и зерна при замачивании 1,5: 1.
Качественное определение отдельных групп биологически активных веществ, переходящих в отвары при экстрагировании, проводили методом ВЭЖХ на хроматографе Милихром УФ-5. По соответствующим временам удерживания, присутствующим на хромотограммах в виде пиков, были идентифицированы четыре группы биологически активных веществ: органические кислоты (время удерживания до 2 мин), фенолкарбоновые кислоты (от 2 до 5 мин), антоцианы (от 5 до 8 мин) и флавоноиды (от 8 до 12 мин).
Хроматограмма экстракта шишек хмеля представлена на рис. 2.
Рис. 2. Хроматограмма водного экстракта шишек хмеля
Хроматографический анализ водного экстракта шишек хмеля показал, что в нем присутствуют органические кислоты, значительное количество антоцианов и веществ флавоноидной природы.
Использование водного экстракта шишек хмеля при замачивании зерна пшеницы позволяет снизить количество КМАФАнМ на 90,0 %, плесневых грибов и дрожжей ‒ на 85,1 %, спорообразующих бактерий ‒ на 96,0 % по сравнению с контролем.
Выпеченные образцы хлеба, приготовленного из зерна пшеницы, предварительно замоченного в экстракте шишек хмеля, охлаждали, заражали типовыми штаммами грибов родов Aspergillus, Penicillium, Mucor, Rhizopus, упаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили при температуре 30°С.
Установлено, что на поверхности контрольного образца (зерно замочено по традиционной технологии в воде) видимый мицелий появляется через 64-76 часов хранения, а на поверхности опытных образцов хлеба ‒ через 98-114 часов (табл. 2).
Таблица 2
Влияние водных экстрактов шишек хмеля на рост мицелия типовых штаммов
микрорганизмов
|
Вид микроорганизма |
Появление видимого роста мицелия |
|
|
Контроль |
Экстракт шишек хмеля |
|
|
Aspergillus candidas ВКМ-F-3908 |
70±1,0 |
110±1,0 |
|
Aspergillus flavus ВКМ-F-1024 |
72±1,0 |
106±1,5 |
|
Penicillium expansion ВКМ-F-275 |
65±2,0 |
101±1,0 |
|
Penicillium crustosum ВКМ-F-4080 |
74±1,5 |
98±1,5 |
|
Mucor mucedo ВКМ-F-1257 |
64±1,0 |
109±2,0 |
|
Mucor racemosus var. sphaerosporus ВКМ-F-541 |
72±2,0 |
114±2,0 |
|
Rhizopus stolonifer ВКМ- F-2005 |
76±1,5 |
111±1,0 |
Наиболее эффективным водный экстракт шишек хмеля оказался по отношению к изучаемому штамму Mucor racemosus. Полученные результаты свидетельствуют о высоком антимикробном действии используемого экстракта и о приобретении хлебом из целого нешелушенного зерна пшеницы, замоченного в водном экстракте шишек хмеля, фунгицидных свойств. Через 60 часов термостатирования образцов хлебобулочных изделий не выявлено признаков заболевания картофельной болезнью хлеба.
Таким образом, проведенные исследования показали, что применение водного экстракта шишек хмеля при замачивании зерна пшеницы, позволяет повысить микробную чистоту зерна, а хлеб, приготовленный из такого зерна, приобретает антимикробные свойства.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы
- Зелепуха С.И. Антимикробные свойства растений, употребляемых в пищу. ‒ Киев: Наукова думка, 1973. ‒ 192 с.
- Хмель и его использование. ‒ Киев: Урожай, 1990. ‒ 336 с.
Рецензент:
Иванова Тамара Николаевна, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Технология и товароведение продуктов питания» ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».