Особенности технологии солода из риса с окрашенным перикарпом
Особенности технологии солода из риса с окрашенным перикарпом
Аннотация
Было изучено производство солода из риса с окрашенным перикарпом, который можно использовать в качестве ингредиента в продуктах питания с высокой биологической ценностью, особенно для производства напитков брожения, таких как квас. Был выбран сорт риса с темно окрашенным перикарпом «Южная ночь» и из него получен солод с использованием различных технологических режимов. Варьировались условия замачивания и аэрации, а также время и температура проращивания. Условия процесса соложения и сушки были проверены и оптимизированы для получения рисового солода с желаемыми свойствами. В полученных образцах измерены основные физико-химические показатели, а также определена концентрация биологически активных веществ — фенольных соединений и антоцианов.
В результате проведенных исследований обоснован выбор наиболее рациональной технологии для получения продукции с предпочтительными характеристиками.
1. Введение
Рис (Oryza sativa L.) — одна из важнейших зерновых культур в мире, которая является основным продуктом питания для более чем половины населения Земли. Одна из важнейших особенностей риса то, что это безглютеновый злак. Рис является основным злаком для жителей восточных стран и там традиционно производят ферментированные рисовые напитки. Для России рисовый солод и продукты, приготовленные из него, в частности квас, будут инновационными. Например, квас, полученный из рисового солода, смогут употреблять люди страдающие целиакией.
В последние годы потребление продуктов, богатых нутрицевтиками и биоактивными соединениями, приобрело важное значение, что повышает интерес к исследованиям с использованием пигментированных цельных злаков. Очищенный от шелухи рис содержит перикарп, богатый антоцианами, характерными для риса с чёрным окрашиванием, или проантоцианидинами, характерными для риса с красным окрашиванием . По данным Альвеса и др. , генотипы чёрного и красного риса обладают антиоксидантной и противовоспалительной активностью.
Рис с окрашенным перикарпом или чёрный рис — хороший источник витаминов, аминокислот и биологически активных соединений, таких как флавоноиды, фенольные соединения, минералы, α-токоферол, γ-токоферол, γ-оризанол и т. д. Он получил своё название «чёрный рис» из-за наличия антоциановых пигментов (цианидин-3-глюкозида и пеонидин-3-глюкозида) в отрубях, что делает чёрный рис хорошим источником антиоксидантов. Чёрный рис также является безглютеновой пищей и хорошим источником клетчатки. Таким образом, чёрный рис обладает множеством полезных свойств .
Производство солода — это трёхэтапный процесс, включающий замачивание (для запуска роста зародыша), проращивание (для ферментативной модификации эндосперма) и сушку (для прекращения модификации и высушивания полученного солода). Изменение времени обработки, температуры и времени пребывания на воздухе позволяет получать солод с различными физическими, химическими и биохимическими свойствами.
С целью совершенствования технологического процесса производства солода используются разнообразные приемы: физические способы воздействия на зерновую массу, применение разнообразных органических стимуляторов роста , , а также биологически активных соединений, в том числе ферментных препаратов , , .
В качестве нетрадиционных солодов, используемых для производства кваса, можно отметить пшеницу, овес, тритикале, сою, рис. Ввиду того, что это сырье по своему химическому составу имеет определенные особенности, нужны и специальные подходы к совершенствованию процесса солодоращения , , .
До сих пор было предпринято лишь несколько попыток проращивания неочищенного риса, например, в работе Ceppi E. L. M. и Brenna O. V. приведены экспериментальные исследования по получению рисового солода из восьми традиционных итальянских сортов риса. Возможность получения безглютенового солода из неочищенного риса была продемонстрирована как в лабораторных условиях, так и на экспериментальном заводе. Авторами было установлено, что наилучшими условиями для проращивания являются 7 дней при температуре 20 °C.
В работе D. Ceccaronia с соавторами было проведено экспериментальное исследование по получению двух разных видов специального рисового солода: карамельного и тёмного. Были определены качественные характеристики полученного солода. Произведено и проанализировано пиво верхового брожения из светлого рисового солода и специальных рисовых солодов для оценки органолептических свойств. Полученное пиво имело солодовый профиль и янтарный цвет. Использование специального рисового солода улучшило вкус и цвет, а также стабильность и питательную ценность пива благодаря высокому содержанию полифенолов и хорошей антиоксидантной способности.
Heidi Mayer с соавторами разработал программу производства рисового солода для пивоварения с апробацией 10 сортов риса. Из-за прочной оболочки риса-сырца для достижения влажности не менее 42% после замачивания потребовалось пять этапов замачивания, а также была разработана программа длительного обжига с особым этапом сушки при температуре 45 °C в течение 12 часов, чтобы предотвратить разрушение клеточных стенок. Ещё 12 часов при 50 °C и 13,5 часов при 55 °C высушили солод настолько, что он защитил ферменты от последующего нагревания (6 часов при 70 °C).
Рисовый солод содержит достаточно большое количество фруктозы для хорошего брожения, обладает достаточной эндогенной ферментативной активностью для самоосахаривания. Кроме того, наличие оболочки защищает эндосперм от окисления, продлевает срок хранения сырья и облегчает фильтрацию . Более того, недавние исследования показали, что рисовый солод может обладать новыми свойствами для пивоварения , , а также не содержит глютен.
Нгуен В.Х. и Разумовская Р.Г. изучали влияние на процесс солодоращения риса и ферментную активность рисового солода электрохимически активированных растворов (ЭХА-Р) — анолита (pH 2,5–3,5) и католита (pH 8,5–10,5). Определяли влияние температуры и продолжительности замачивания на скорость поглощения воды зерном риса. В работе показано, что на протяжении всего периода солодоращения образцы, обработанные ЭХА-Р, имеют более высокую ферментную активность по сравнению с контролем, в частности значение амилолитической активности превышает показатели контрольных образцов в 1,4 раза.
В работе U. Usansa с соавторами приводится оптимизация условий проращивания двух сортов черного риса — воскового (клейкого) и невоскового. Условия соложения были оптимизированы с помощью метода планирования эксперимента. Тремя параметрами процесса были замачивание, время прорастания и температура. Каждый параметр тестировался на трёх уровнях: степень замачивания составляла 38, 41 и 44%, время прорастания — 6, 7 и 8 дней, а температура — 20, 25 и 30 °C. В конце процесса прорастания все образцы высушивались при температуре 50 °C в течение 24 часов, а затем удалялись ростки и корешки перед проведением детальной оценки качества.
Таким образом, применение инновационных решений, связанных с разработкой и внедрением новых технологий, позволяет решить задачи повышения конкурентоспособности продукции российской пищевой промышленности и создания условий для импортозамещения , , .
Целью данного исследования является разработка наиболее рациональной технологии получения солода из риса с тёмноокрашенным перикарпом отечественного сорта «Южная ночь». Выбор именно этого сырья обусловлен высокими технологическими свойствами этой культуры, установленными в предыдущих исследованиях научной группы .
2. Методы и принципы исследования
2.1. Влажность зерна
Использовался метод доведения до постоянной массы навески зерна с фиксацией исходной массы и массы после высушивания при температуре 130⁰С. Вычисленная масса влаги выражается в процентах по отношению к исходному образцу.
2.2. Способность прорастания
Использовался метод основанный на подсчете и соотнесении проросших и непроросших зерен, прошедших предварительное дезинфекцию, замачивание и проращивание в пробе массой 50 грамм. Пророщенным считается зерно, в котором явно прослеживается наличие морфологических признаков роста (ростки, корешки).
2.3. Экстрактивность
Использовался метод определения массовой доли сухих веществ в растворе, который получен путем настаивания в воде размолотой навески солода при температуре 45⁰С 30 минут, при 70⁰С 60 минут, с последующим отфильтровыванием сусла. Интересующий показатель измеряют с помощью пикнометра, с учётом влажности материала.
2.4. Концентрация белка
Массовая доля белка определялась по методу Кьельдаля. Навеска зерна минерализовалась серной кислотой, в результате чего образовывался сульфат аммония, который, в свою очередь, разрушался щелочью с выделением аммиака. Аммиак отгонялся в раствор борной кислоты с последующим титрованием. Через установленный титр, вычисляется содержание азота в пробе, это позволяет рассчитать количество сырого протеина через коэффициент 6,0 (характерен для риса).
2.5. Определение суммы фенольных соединений
Для определения общего содержания фенольных соединений использовали спектрофотометрический метод, где в качестве аналитического сигнала измерялось светопоглощение комплексов фенольных соединений с реактивом Фолина-Чокальтеу. Измерения оптической плотности проводили на спектрофотометре Shimadzu UV-1800 (Япония) при длине волны 765 нм (максимум абсорбции). В качестве раствора стандартного образца для определения фенольных соединений использовали галловую кислоту. Для построения калибровочной кривой приготовили серию из 6 растворов различных концентраций.
2.6. Определение суммы антоцианов
Использовался метод основанный на применении рН-дифференциальной спектрофотометрии. Массовую концентрацию суммы антоцианов в пересчете на цианидин-3-глюкозид определяли на основе изменения поглощения света с длиной волны 510 нм на спектрофотометре Shimadzu UV-1800 при изменении кислотности растворов продукции от 1 до 4,4 ед. рН.
2.7. Технологические циклы получения солода
Для установления роли технологических факторов при солодоращении риса с окрашенным перикарпом сорта «Южная ночь» было проведено несколько циклов получения солода со следующими вариациями:
1. Классический способ, использующийся при производстве ячменного солода. 7 суток проращивания при начальной влажности зерна 42%.
2. Модернизированный способ. 6 суток проращивания с начальной влажностью зерна 47%. Относительно технологии «классического» ячменного солода это радикальное переувлажнение.
3. Модернизированный способ с начальной влажностью 50% и повышенной температурой ращения (для ячменного солода эта влажность была бы технологически неприемлемой). Длительность проращивания 6 суток.
4. Ускоренный способ солодоращениения. Длительность процесса трое суток, против стандартных шести-семи суток, повышенная до 25⁰С температура солодоращения для интенсификации процесса.
Сушка всех образцов осуществлялась единообразно. Подвяливание — 12 часов при 50°С, отсушка — 12 часов при 85°С. Итоговая влажность свежевысушенного солода составляла 4±0,5%
Детально с параметрами получения солода можно ознакомиться в таблице 1.
Таблица 1 - Технологические параметры солодоращения
Параметры солодоращения риса «Южная ночь» классическим способом | ||||
Сутки ращения | Температура, °С | Расход воздуха (суммарный), м³/ч на 1 кг зерна | Количество ворошений в сутки | Влажность зерна, % |
1 | 14 | 0,70 | 1 | 42 |
2 | 14 | 0,70 | 2 | 42 |
3 | 15 | 0,70 | 2 | 42 |
4 | 15 | 0,90 | 3 | 42 |
5 | 15 | 0,90 | 3 | 41 |
6 | 16 | 0,80 | 2 | 41 |
7 | 16 | 0,80 | 2 | 41 |
Параметры солодоращения риса «Южная ночь» модернизированным способом | ||||
1 | 16 | 0,83 | 2 | 47 |
2 | 17 | 0,83 | 2 | 47 |
3 | 17 | 0,83 | 2 | 47 |
4 | 18 | 0,83 | 2 | 47 |
5 | 19 | 0,83 | 2 | 46 |
6 | 19 | 0,83 | 2 | 46 |
Параметры солодоращения риса «Южная ночь» модернизированным способом | ||||
1 | 18 | 0,83 | 2 | 50 |
2 | 18 | 0,83 | 2 | 50 |
3 | 19 | 0,83 | 2 | 50 |
4 | 20 | 0,83 | 2 | 50 |
5 | 20 | 0,83 | 2 | 50 |
6 | 21 | 0,83 | 2 | 49 |
Параметры солодоращения риса «Южная ночь» ускоренным способом | ||||
1 | 24 | 0,9 | 2 | 50 |
2 | 25 | 0,9 | 3 | 50 |
3 | 25 | 0,9 | 3 | 50 |
Экспериментальные данные получены с использованием стандартизованных физико-химических методов исследования, трех-пятикратной повторяемостью опытов, а также использованием методов математической статистики для обработки и анализа полученной информации при доверительной вероятности 95%.
3. Основные результаты
Принципиальное значение для понимания эффективности процесса проращивания имеет способность прорастания зерна. Этот показатель характеризует насколько эффективны выбранные технологические режимы. Результаты измерения всхожести показаны в таблице 2, из которой видно, что наилучший результат оказался у солода с исходной влажностью 50%. Для традиционной солодовенной культуры — ячменя, такой показатель был бы неприемлемым, так настолько большая влажность может привести к торможению биотехнологических процессов. В нашем случае, напротив, повышенная влажность стимулировала процессы роста. Авторы связывают это с природной устойчивость этой злаковой культуры к повышенному содержанию влаги при его возделывании. Важно учитывать этот фактор при выработке солода из риса с окрашенным перикарпом.
Важнейшим технологическим показателем качества солода является экстрактивность. Именно этот показатель отвечает за потенциал солода для ферментации различных напитков и, в конечном счете, за финансовую сторону вопроса в промышленности. Чем этот показатель больше, тем экономически выгоднее будет использование этого сырья. При этом важно, чтобы экстрактивность входила в нормативы регулирующие этот вид продукции. Для солода это ГОСТ Р 59844-2021 .
Экстрактивность полученного по представленным технологиям солода представлена в таблице 2.
Таблица 2 - Показатели всхожести, экстрактивности, содержания белка в солоде из риса сорта «Южная ночь» при использовании различных технологий
Рис «Южная ночь» несоложеный | Классическое солодоращение | Модернизированное солодоращение | Модернизированное солодоращение | Короткое солодоращение | |
Влажность зерна, % | - | 42 | 47 | 50 | 50 |
Способность прорастания, % | - | 89 | 93 | 95 | 77 |
Экстрактивность, % | 86,7 | 77,6 | 81 | 82,7 | 76,5 |
Концентрация белка, % | 8,8 | 7,5 | 8,0 | 8,3 | 7,5 |
Из представленных данных видно, что наибольшей экстрактивностью обладает образец, где использовалась модернизированная технология с начальной влажностью замоченного зерна 50%. При этом, если использовалась аналогичная влажность, но применялся ускоренный способ солодоращения, экстрактивность составила 76,5%, что существенно ниже и не укладывается в нормативные показатели .
Образцы с начальной влажностью 42% и 47% также показали результаты выше, чем у образца полученного по ускоренному способу, но ниже, чем у модернизированного способа с начальной влажностью 50%.
Для успешного брожения напитков на основе солода немаловажное значение имеет содержание белковых соединений в сырье. Продукты его гидролиза являются питательной базой для дрожжей, белок играет существенную роль в формировании пены и вкусового профиля напитков. Кроме того, его концентрация входит в нормативные показатели качества . Превышение регламентированных показателей ведет к снижению экстрактивности продукта, потенциальным проблемам с фильтруемостью и стабильностью.
В сырье и полученных образцах солода из риса «Южная ночь» было измерено содержание сырого белка. Результаты измерений представлены в таблице 2.
В результате этих измерений было установлено, что все образцы удовлетворяют требованиям нормативов , однако наибольшее содержание белка отмечено в образце полученном по модернизированной технологии с начальной влажностью 50%. Мы рассматриваем этот фактор, как положительный, так как это говорит о хорошем потенциале образцов для последующей ферментации при производстве напитков.
Ключевой интерес при производстве солода из риса с окрашенным перикарпом, представляет содержание в нём фенольных соединений и антоцианов. Именно они по утверждению многих авторов , , , и замыслу этих исследований, должны обеспечить высокую биологическую ценность получаемых из него продуктов. Кроме того они будут придавать получаемой продукции уникальные органолептические свойства.
Результат измерения концентрации этих веществ в образцах полученных по исследуемым технологиям представлен в таблице 3
Таблица 3 - Концентрация фенольных соединений и антоцианов в солоде из риса сорта «Южная ночь» при использовании различных технологий
Наименование показателя | Классическое солодоращение | Модернизированное солодоращение | Модернизированное солодоращение | Короткое солодоращение |
Влажность зерна, % | 42 | 47 | 50 | 50 |
Фенольные соединения, мг/г | 8,1 | 8,4 | 8,4 | 8,3 |
Антоцианы, мг/г | 3,6 | 3,9 | 3,9 | 3,8 |
Из представленных данных видно, что концентрация фенольных соединений и антоцианов находится на относительно стабильном уровне и можно считать, что технология получения солода критично на этот показатель не влияет. При этом важно отметить, что полученные численные значения очень высокие 3,6-3,9 мг/г, относительно иного злакового пищевого сырья. Например, в пшенице концентрация антоцианов достигает 0,2 мг/г; в ячмене 0,7 мг/г; в сорго 0,7 мг/г , .
4. Заключение
В результате проведенных исследований установлено, что все использованные технологии могут использоваться для получения солода, однако наиболее рациональной технологией представляется вариант с влажностью проращиваемого зерна 50% и длительностью проращивания 6 суток. Так как базовые для солодоращения показатели (способность прорастания, экстрактивность, концентрация белка) находятся, в этом случае, на оптимальном уровне.
Солод из риса с окрашенным перикарпом, полученный по предложенной технологии, обладает физико-химическими свойствами, которые позволяют его считать подходящим сырьем для пищевой промышленности. В нём содержатся фенольные соединения и антоцианы в очень большом количестве, что позволяет рассматривать его в качестве ингредиента для функционального обогащения пищевой продукции.
Полученные результаты могут стать основой для будущих исследований по использованию пигментированных сортов риса для производства крафтового кваса и других напитков с уникальными физико-химическими и питательными свойствами.