WP YW POROSTU ZIARNA NA WARTO WYPIEKOW M KI PSZENNEJ, PSZEN YTNIEJ I YTNIEJ. Danuta Dojczew, Ma gorzata Sobczyk, Krzysztof Grodzicki, Tadeusz Haber

Transkrypt

1 SCIENTIARUM POLONORUMACTA Technologia Alimentaria 3(2) 2004, WP YW POROSTU ZIARNA NA WARTO WYPIEKOW M KI PSZENNEJ, PSZEN YTNIEJ I YTNIEJ Danuta Dojczew, Ma gorzata Sobczyk, Krzysztof Grodzicki, Tadeusz Haber Szko a G ówna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Streszczenie. Badania dotyczy y wp ywu porostu ziarniaków na warto technologiczn m ki pszennej, ytniej i pszen ytniej. Analizy obejmowa y oznaczenie zawarto ci bia ka ogó em, aktywno ci amylolitycznej i proteolitycznej, liczby opadania oraz okre lenie cech reologicznych ciasta. Badania zako czono próbnym wypiekiem laboratoryjnym. Podj to równie prób wykorzystania m ki z ziarna poro ni tego w piekarstwie stosuj c witamin C i gluten witalny jako polepszacze. W m kach z ziarna poro ni tego wyst pi znacz cy i zró nicowany wzrost aktywno ci badanych hydrolaz. Najwi ksz aktywno ci amylolityczn charakteryzowa o si pszen yto, natomiast najwy szy poziom proteaz wyst pi w ycie zarówno w próbach wzorcowych, jak i z ziarna poro ni tego. Analiza farinograficzna wykaza a znacz ce pogorszenie w a ciwo ci reologicznych ciasta otrzymanego z m ki z ziarna poro ni tego, co wyra a o si spadkiem wodoch onno ci m ki, oporno ci ciasta na miesienie oraz wzrostem rozmi kczenia. Najwi ksze zmiany tych wska ników w stosunku do prób wzorcowych odnotowano dla pszen yta i pszenicy odmiany Begra. Pieczywo uzyskane z m k wzorcowych mia o prawid owy wygl d i dobr jako, natomiast z m ki z ziarna poro ni tego szereg wad. Zastosowanie glutenu witalnego jako polepszacza da o lepsze efekty ni zastosowanie witaminy C. S owa kluczowe: zbo a, porost ziarna, aktywno amylolityczna, aktywno proteolityczna, warto wypiekowa WST P W kie kuj cych czy te porastaj cych ziarniakach zbó zachodz dwa przeciwstawne procesy. Z jednej strony uaktywnia si grupa enzymów degraduj ca substancje zapasowe endospermu takie, jak skrobia czy bia ko, z drugiej strony produkty hydrolizy, czyli aminokwasy, niskocz steczkowe peptydy i cukry proste wykorzystywane s do biosyntezy ró nych grup enzymów oraz nowych tkanek rozwijaj cego si zarodka. Adres do korespondencji Corresponding author: dr in. Danuta Dojczew, Katedra Technologii ywno ci Szko y G ównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, ul. Nowoursynowska 159 C, Warszawa, dojczew@alpha.sggw.waw.pl

2 128 D. Dojczew... Znanych jest wiele czynników wp ywaj cych po rednio lub bezpo rednio na proces kie kowania nasion [Koehler i Hot 1990, Bartoszewicz i in. 1997, Bethke i in. 1997]. U zbó s one zwi zane z podatno ci na porastanie, co dotyczy szczególnie yta i w mniejszym stopniu pszenicy i pszen yta. Czynniki te maj przede wszystkim metaboliczny charakter i s zwi zane z aktywacj lub syntez ró nych grup enzymów. Najwa niejszymi enzymami hydrolizuj cymi substancje zapasowe do niskocz steczkowych metabolitów s - i -amylaza katalizuj ce rozk ad skrobi, egzo- i endopeptydazy hydrolizuj ce bia ka zapasowe oraz kwa ne fosfatazy uwalniaj ce fosfor z kompleksów organicznych, na przyk ad fitynianów. Procesy te prowadz do niekorzystnych zmian w strukturze zwi zków wielocz steczkowych, decyduj cych o warto- ci technologicznej ziarniaków. Dekstrynizacja skrobi jest przyczyn wzrostu lepko ci, co prowadzi do pogorszenia elastyczno ci mi kiszu i zmniejszenia obj to ci pieczywa. Wzrastaj ca ilo cukrów prostych powoduje intensyfikacj procesu fermentacji, co uwidacznia si wi kszym zbr zowieniem skórki i jej odstawaniem od mi kiszu. Nadmierna aktywno proteolityczna powoduje dezagregacj bia ek, mi dzy innymi glutenowych, wskutek czego wzrasta zawarto azotu niebia kowego i zwi ksza si rozpuszczalno frakcji prolamin i glutelin. Nast pstwem tego s zmiany w strukturze bia ek glutenowych, prowadz ce do pogorszenia w a ciwo ci reologicznych ciasta. Z takiego ciasta otrzymuje si pieczywo s abo spulchnione, o nierównomiernej porowato ci, charakteryzuj ce si ciemnym mi kiszem. Z przytoczonych informacji wynika, e poziom aktywno ci proteaz i amylaz mo e by jednym ze wska ników warto ci technologicznej m ki. Dlatego te celem niniejszej pracy by o zbadanie zarówno wp ywu poziomu aktywno ci amylolitycznej i proteolitycznej na warto wypiekow m ki pszennej, ytniej i pszen ytniej, jak równie poprawy jej jako ci poprzez zastosowanie jako polepszaczy dodatku glutenu witalnego i witaminy C. MATERIA I METODY Materia badawczy stanowi y trzy rodzaje zbó : pszenica odmiany Soraya i Begra, pszen yto chlebowe i yto odmiany Warko, wyhodowane w Zak adzie Do wiadczalnym w SGGW Chylice. Próbki ziarna poddano procesowi porastania przez 72 h w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Wysuszone, poro ni te i zdrowe ziarno przemielono w m ynie laboratoryjnym Quadrumat Senior. W m ce z ziarna poro ni tego i nieporo ni tego oznaczono: zawarto azotu ogó em metod Kjeldahla, liczb opadania metod Hagberga-Pertena, ogóln aktywno amylolityczn metod Bernfelda [1953], ogóln aktywno proteolityczn metod Fritza [Fritz i in. 1974] oraz przeprowadzono analiz farinograficzn z u yciem farinografu Brabendera. Interpretacj farinografów przeprowadzono metod AACC [1972]. Badania zako czono próbnym wypiekiem laboratoryjnym, prowadzonym metod bezpo redni dla pieczywa pszennego zalecan przez Instytut Piekarnictwa w Berlinie, a dla pszen yta i yta metod trójfazow na tzw. urkach. Do m ki z ziarna poro ni tego zastosowano dwa preparaty polepszaj ce: 0,3% kwasu askorbinowego i 3% glutenu witalnego w stosunku do masy m ki.

3 Wp yw porostu ziarna na warto wypiekow m ki Oznaczenie aktywno ci amylolitycznej Ekstrakcj m ki prowadzono 0,1 M buforem octanowym o ph 5,3 (1:10 m/v) we wstrz sarce przez 1 h, nast pnie zawiesin wirowano stosuj c 8000 obr/min przez 15 min. Supernatant stanowi wyci g enzymów amylolitycznych. Ogóln aktywno amylolityczn oznaczono kolorymetrycznie wobec 1-procentowego roztworu skrobi jako substratu przy ph 5,3. Inkubacja trwa a 15 min, po czym reakcj przerywano 1-procentowym DNS (kwas 3,5-dinitrosalicylowym). Warto absorbancji odczytywano w spektrofotometrze firmy Minolta przy d ugo ci fali 540 nm wobec prób kontrolnych. Aktywno wyra ono w miligramach maltozy uwolnionej z substratu przez enzym wyekstrahowany z 1 g m ki w ci gu 1 min. Oznaczenie aktywno ci proteolitycznej Ogóln aktywno proteolityczn oznaczono metod Fritza [Fritz i in. 1974]. Metoda ta polega na fotometrycznym pomiarze uwolnionej p-nitroaniliny z syntetycznego substratu -N-benzoilo-L-arginylo-p-nitroanilidu (BApNA), przy d ugo ci fali 410 nm. Ekstrakcj enzymów prowadzono analogicznie do ekstrakcji amylaz. Mieszanina inkubacyjna zawiera a 1,9 ml 0,1-molowego buforu TRIS-HCl o ph 7,8, 0,5 ml enzymu oraz 0,1 ml 1-procentowego roztworu substratu (BApNA). Reakcja trwa a 15 min w temperaturze 37 C, po czym przerywano j, dodaj c 0,5 ml 30-procentowego kwasu octowego. Miar aktywno ci by a ilo moli p-nitroaniliny uwolnionej z substratu przez enzym zawarty w 1 g m ki w ci gu 1 minuty. WYNIKI I DYSKUSJA Wyniki ogólne charakterystyki fizykochemicznej badanych m k przedstawiono w tabeli 1. Zawarto bia ka ogó em w próbkach pszenic by a podobna i wynosi a oko o 11%. Wy sze zawarto ci bia ka (12%) w pszen ycie s zwi zane z jego cechami odmianowymi, by o to bowiem pszen yto odmiany chlebowej o szczególnie korzystnych parametrach technologicznych, co potwierdzi a analiza farinograficzna oraz wypiek laboratoryjny. Porost ziarna wywo a nieznaczny spadek zawarto ci bia ka we wszystkich rodzajach badanych zbó, co wynika o z podwy szonej aktywno ci proteolitycznej, wskutek której produkty hydrolizy bia ek zapasowych, niskocz steczkowe peptydy i aminokwasy migrowa y z bielma do cz ci obwodowej ziarniaków i zarodka. Jednym z najcz ciej stosowanych wska ników aktywno ci amylolitycznej w m kach jest liczba opadania. Uzyskane wyniki (tab. 1) wskazuj na istotne statystycznie zró nicowanie warto ci tego parametru w m kach wzorcowych. Stosunkowo nisk warto ci liczby opadania, 125 s, charakteryzowa a si próbka yta, co mog oby wiadczy o jej wysokiej aktywno ci amylolitycznej, zbli one warto ci (196 s) odnotowano dla pszenicy Soraya. Zgodnie z danymi literaturowymi [Dojczew i in. 2003] w m kach z ziarna poro ni tego liczba opadania spad a do jednakowego poziomu, 62 s. W celu przeanalizowania ró nic metabolicznych w degradacji polisacharydów w obr bie badanych rodzajów zbó, aktywno amylolityczn oznaczano metod Bernfelda. Autorzy wcze niejszych prac [Andrzejczuk-Hybel i in. 1994, Prabucka i in. 1995, Dojczew Technologia Alimentaria 3(2) 2004

4 130 D. Dojczew... Tabela 1. Analiza fizykochemiczna m ki pszennej, ytniej i pszen ytniej Table 1. Physical and chemical analysis of wheat, rye and triticale flours Gatunek zbo a Kind of cereal Wilgotno, % Moisture, % Zawarto bia ka, % Protein content, % Liczba opadania, s Falling number, s Begra 12,3a 11,1a 196a Begra* 12,2a 10,8b 62b Soraya 12,5A 11,2A 134A Soraya* 12,1B 11,1A 62B yto 13,5a 7,6a 125a yto* 13,4a 7,5a 62b Pszen yto 12,7A 12,1A 195A Pszen yto* 14,1B 10,3B 62B *M ka z ziarna poro ni tego. a, b, A, B, a, b warto ci oznaczone ró nymi literami ró ni si statystycznie istotnie na poziomie = 0,05. *Flour of pre-harvest sprouting grain. a, b, A, B, a, b means in the rows with different superscripts are significantly different at = i in. 2003] donosz o zró nicowanej szybko ci hydrolizy skrobi w obr bie odmian zbó. Otrzymane wyniki (rys. 1) potwierdzaj [Lindblom i in. 1989, Prabucka i in. 1995] szczególnie wysok aktywno amylolityczn pszen yta zarówno w m kach wzorcowych, jak i z ziarna poro ni tego. Natomiast stosunkowo niska aktywno w m kach ytnich mo e by zwi zana z rozmieszczeniem amylaz g ównie na granicy bielma i warstwy aleuronowej, a nie w cz ci centralnej endospermu, która po przemiale stanowi m k. Zró nicowany przyrost aktywno ci amylolitycznej na skutek porostu najbardziej zaznaczy si w odmianie Soraya, w której obserwowano dwukrotny wzrost tego wska nika. Podobnie jak Lindblom [Lindblom i in. 1989], nie znaleziono wspó zale no ci pomi dzy poziomem aktywno ci amylolitycznej a liczb opadania. Obok amylaz, wa n grup hydrolaz kszta tuj cych warto technologiczn ziarniaków i m ki s proteazy [Dojczew i in. 2003], w ród których zgodnie z danymi literaturowymi [Shutov i in. 1984, Bielawski i in. 1994, Nguyen Cam i in. 1995] wiod c rol odgrywaj proteinazy cysteinowe. Przemiany azotowe, wyró niaj ce si mi dzy innymi aktywno ci proteolityczn, przebiegaj z ró n intensywno ci zarówno w poszczególnych gatunkach zbó, jak i odmianach [Shutov i in. 1984, Lindblom i in. 1989, Bielawski i in. 1994], co potwierdzaj wyniki przedstawione na rysunku 2. W m kach wzorcowych najwy sza aktywno proteaz wyst pi a w próbce yta, a najni sza w pszen ycie, pszenice wykaza y warto ci po rednie. Obserwowany wzrost aktywno ci w m kach z ziarna poro ni tego szczególnie zaznaczy si w pszenicy Begra, o 37% i w pszen ycie, o 31%. Stosunkowo wysoki wzrost aktywno ci proteolitycznej w tych m kach wp yn na parametry reologiczne uzyskanych z nich ciast (rys. 4 i 5), które w najwi kszym stopniu ulega y pogorszeniu. Stwierdzono niekorzystny kilkukrotny wzrost rozmi kczenia ciasta i spadek oporno ci na miesienie. Zmiany w strukturze wtórnej bia ek glutenowych i skrobi w skutek wzmo onej aktywno ci hydrolaz wywo a istotny statystycznie spadek wodoch onno ci m ki (rys. 3), przy czym najwi kszy, o 20%, wyst pi w próbce pszenicy Begra.

5 Wp yw porostu ziarna na warto wypiekow m ki Aktywno, mg maltozy/1 g/1 min Activity, mg/1 g/1 min Begra Soraya yto Pszen yto m ka kontrolna standard flour m ka z ziarna poro ni tego pre-harvest sprouting grains flour NIR LSD Rys. 1. Wp yw porostu ziarna na aktywno amylolityczn m ki Fig. 1. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on the amylolytic activity of flour 160 Aktywno, mikromole p-nitroaniliny/1 g/1 min Activity, mikromole p-nitroaniliny/1 g/1 min Begra Soraya yto Pszen yto m ka kontrolna standard flour m ka z ziarna poro ni tego pre-harvest sprouting grains flour NIR LSD 1,79 Rys. 2. Wp yw porostu ziarna na aktywno proteolityczn m ki Fig. 2. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on the proteolytic activity of flour Technologia Alimentaria 3(2) 2004

6 132 D. Dojczew... % ,53 Begra Soraya Pszen yto m ka kontrolna standard flour m ka z ziarna poro ni tego pre-harvest sprouting grains flour NIR LSD 4,53 Rys. 3. Wp yw porostu ziarna na wodoch onno m k pszennych ( Begra, Soraya ) i m ki pszen ytniej Fig. 3. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on the water absorption wheat ( Begra, Soraya ) and triticale flours min ,58 1,79 3,68 0 Begra Soraya Pszen yto m ka kontrolna standard flour m ka z ziarna poro ni tego pre-harvest sprouting grains flour NIR LSD Rys. 4. Wp yw porostu ziarna na oporno ciasta na miesienie Fig. 4. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on the resistancw of dough

7 Wp yw porostu ziarna na warto wypiekow m ki j.b ,92 22,67 22,67 0 Begra Soraya Pszen yto m ka kontrolna standard flour m ka z ziarna poro ni tego pre-harvest sprouting grains flour NIR LSD Rys. 5. Wp yw porostu ziarna na rozmi kczenie ciasta Fig. 5. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on the softening of dough Na podstawie uzyskanych wyników wydaje si, e wielko aktywno ci hydrolaz mo e by jednym ze wska ników okre laj cych warto ci wypiekowej m ki. Pieczywo uzyskane z m ki z ziarna uszkodzonego przez porost charakteryzowa o si p askim, niewyro ni tym kszta tem, mi kisz cechowa si nierównomiern porowato ci, podwy szon lepko ci oraz brakiem elastyczno ci. Przyczyn wy ej wymienionych wad pieczywa by a wzmo ona aktywno enzymów amylolitycznych i proteolitycznych, prowadz ca do niekorzystnych zmian w strukturze skrobi i bia ek glutenowych, co wp yn o na pogorszenie jako ci ciasta a tym samym tak e pieczywa. Po zastosowaniu dodatków, 3% glutenu witalnego i 0,3% witaminy C obserwowano istotn statystycznie popraw cech fizycznych pieczywa, która polega a przede wszystkim na wzro cie obj to ci bochenków (tab. 2). Jednak korzystniejszy efekt uzyskano po zastosowaniu glutenu witalnego ni witaminy C. Chleb otrzymany z m k kontrolnych wykazywa w a ciwe cechy sensoryczne, mia równomiern porowato i dobr elastyczno mi kiszu, by dobrze wyro ni ty. Technologia Alimentaria 3(2) 2004

8 134 D. Dojczew... Tabela 2. Wp yw porostu ziarna na niektóre cechy pieczywa Table 2. The effect of the pre-harvest sprouting of grains on some traits of bread Gatunek zbo a Kind of cereal Dodatki, % Additions, % Wydajno pieczywa, % Yield of bread, % Obj to 100 g pieczywa, cm 3 Volume of 100 g bread, cm 3 Porowato mi kiszu Structure of rumb [wg Dalmana] Begra 0 97,0a 618,6a 8a Begra* 0 96,2a 499,0b 5b Begra* gluten witalny 3% vital gluten 3% Begra* witamina C 0,3% ascorbic acid 0,3% 96,0a 608,6c 6ab 97,8a 531,5d 4b Soraya 0 97,0A 420,6A 8A Soraya* 0 96,9A 392,3B 6A Soraya* gluten witalny 3% vital gluten 3% Soraya* witamina C 0,3% ascorbic acid 0,3% 97,9A 588,2C 6A 97,0A 536,3D 7A yto 0 133,8a 484,2a 8a yto* 0 125,0a 390,0b brak skali yto* gluten witalny 3% vital gluten 3% yto* witamina C 0,3% ascorbic acid 0,3% 131,2a 439,0c 4b 128,7a 466,1a 5b Pszen yto 0 130,7A 477,3A 7A Pszen yto* 0 130,4A 441,6B 4B Pszen yto* gluten witalny 3% vital gluten 3% Pszen yto* witamina C 0,3% ascorbic acid 0,3% *M ka z ziarna poro ni tego. a, b, A, B, a, b jak w tabeli 1. *Flour of pre-harvest sprouting grain. a, b, A, B, a, b see Table ,5A 469,4A 6AB 130,9A 452,0AB 6AB WNIOSKI 1. Porost ziarna spowodowa znacz cy wzrost badanych hydrolaz w m kach. Pszen- yto wyró nia o si najwy sz aktywno ci enzymów amylolitycznych, natomiast szczególnie wysoka aktywno proteaz wyst pi a w ycie. 2. Zmiany fizykochemiczne zachodz ce w m ce z ziarna poro ni tego niekorzystnie wp yn y na w a ciwo ci reologiczne ciasta, co przejawia o si spadkiem wodoch onno- ci m ki, oporno ci ciasta na miesienie oraz wzrostem jego rozmi kczenia.

9 Wp yw porostu ziarna na warto wypiekow m ki M ki z ziarna poro ni tego pszenicy odmiany Begra i pszen yta charakteryzowa y si najwi kszym przyrostem aktywno ci proteaz, jednocze nie ich cechy reologiczne w najwi kszym stopniu uleg y pogorszeniu. 4. Pieczywo uzyskane z m k z ziarna poro ni tego odznacza o si z jako ci. Zastosowanie witaminy C i glutenu jako polepszaczy wp yn o korzystnie na cechy fizyczne pieczywa, co przejawia o si przede wszystkim wzrostem obj to ci bochenków. PI MIENNICTWO AACC The farinograph handbook St. Paul MN. Andrzejczuk-Hybel J., Bartoszewicz K., Bielawski W., K czkowski J., Changes of activity of some hydrolases during triticale grain development differentiated in pre-harvest sprouting resistance. Acta Physiol. Plant. 16 (4), Bartoszewicz K., Bielawski W., Garbaczewska G., K czkowski J., Possible role of endoglucanase in the degradation of the cell wall polysaccharides in more and less resistant to pre-harvest sprouting triticale varieties. Acta Physiol. Plant. 16 (4), Bernfeld P., Amylases and. W: Methods in enzymology. T. 1. Red. S.P. Colowick, N.O. Kaplan. Acad. Press New York, Bielawski W., Dojczew D., K czkowski J., Kolbuszewska-Podres W., Enzymes of protein breakdown in germinating Triticale grains resistant and susceptible to pre-harvest sprouting. Acta Physiol. Plant. 16 (1), Bethke P.C., Schuurink R.C., Jones R.L., Hormonal signaling in cereal aleurone. J. Exp. Bot. 48, Dojczew D., Pietrych A., Haber T., Wp yw wybranych hydrolaz na warto wypiekow m k pszennych z ziarna poro ni tego. ywno. 3 (36), Fritz H., Rrautshold I., Werle E., Protease inhibitors. W: Methods of enzymatic analysis. T. 2. Red. H.U. Bergmeyer. Acad Press New York. Koehler S.M., Hot D., Hormonal regulation processing and secretion of cysteine proteinases in barley aleurone layers. Plante Cell. 2, Lindblom H., Jenssen J.D., Larssen-Ra nikiewicz M., Salomonson L., Starch degrading enzymes in some Triticale wheat and rye cultivars during kernel development. Sved. J. Agric Res Nguyen Cam V., Bielawski W., K czkowski J., Distribution of endopeptidases in germinating Triticale grains susceptible and resistant to pre-harvest sprouting. Acta Physiol Plant. 17 (3), Prabucka B., Bartoszewicz K., Bielawski W., K czkowski J., Dynamics of activity changes of -amylase and 1-3, 1-4 -endoglucanase in the milling fractions of grains of Malmo and Lasko Triticale cultivars during germination. Acta Physiol Plant. 17 (3), Shutov A.D., Beltei N.K., Waintraub I.A., Cysteine proteinase from germinating wheat seeds: paetial purfication and hydrolysis of gluten. Biochimija. 49, THE INFLUENCE OF PRE-HARVEST SPROUTING GRAINS ON THE BREADMAKING WHEAT, RYE, AND TRITICALE FLOUR Abstract. The influence of pre-harvest sprouting of grains on the level of proteolytic and amylolytic activity and the use of pre-harvest sprouting grain flour in banking with ascorbic acid and vital gluten addition were investigated. The content total nitrogen, proteolytic Technologia Alimentaria 3(2) 2004

10 136 D. Dojczew... and amylolytic activity and farinography properties were analyzed. After the investigation there was a laboratory banking. The activity of the hydrolytic enzymes increased in every pre-harvest sprouting grains flour s investigated samples. The relationship between rheologic properties of dough and level of hydrolytic activity was estimated. The additions favourably influenced the quality of bread. Key words: cereal, pre-harvest sprouting, proteolytic activity, amylolytic activity, breadmaking Zaakceptowano do druku Accepted: r. Do cytowania - For citation: Dojczew D., Sobczyk M., Grodzicki K., Haber T., Wp yw porostu ziarna na warto wypiekow m ki pszennej, pszen ytniej i ytniej., Technol. Aliment. 3(2),