Фізико-хімічні методи дослідження якостіборошна

ВСТУП

    Борошно – це харчовий продукт, який одержують  в результаті переробки зерна  злакових та інших зернових культур. Борошно є основною сировиною  для виробництва хлібобулочних, макаронних, борошняних кондитерських  виробів та харчових концентратів.

    Борошно ділиться на види, типи та сорти. Вид  борошна визначається видом зернової культури, що використовується для  його отримання. Так, борошно буває  пшеничне, житнє, ячмінне, кукурудзяне  тощо. Кожний вид борошна розподіляється на типи в залежності від цільового призначення. Наприклад, пшеничне борошно може бути хлібопекарським, для макаронної промисловості, готовим до вживання (для кулінарних цілей), для кондитерських виробів.

    Борошно одного й того ж виду, але різних типів відрізняється будовою  частин, фізико-хімічними і технологічними властивостями. В межах виду і  типу розрізняють сорти борошна. Поняття сорту обумовлено кількісним співвідношенням різних тканин зерна  в борошні (ендосперму, алейронового шару, зародку й оболонок). Цим пояснюється різниця борошна окремих сортів у хімічному складі, фізичних властивостях, засвоюваністю тощо. 
 
 
 
 
 
 

РОЗДІЛ 1 

Класифікація  та асортимент борошна

    Основними видами борошна є пшеничне та житнє. До другорядних видів відносять: ячмінне, кукурудзяне, соєве, гречане, вівсяне, горохове, а також борошно  тритікале, люпину, амаранту, арахісу  й ін. Можливе виробництво борошна  із суміші зерна різних культур (наприклад, житньо-пшеничне, пшенично-житнє).

    Для визначення сорту борошна головними  показниками є зольність і  колір, а також крупність помелу і спеціальні показники (кількість  та якість клейковини для пшеничного борошна; число падіння – для  житнього борошна; пробна випічка –  для всіх видів борошна). У загальному вигляді класифікація та асортимент борошна наведені в таблиці 1.

                                                                                                                Таблиця 1

                              Класифікація та  асортимент борошна

РОЗДІЛ 2

  Фізичні властивості  борошна і методи  їх  дослідження

2.1 Фізичні властивості  борошна

    Якість  борошна визначають за фізико-хімічними  показниками, які характеризують його доброякісність та фізико-хімічні властивості. Фізичними показниками борошна  вважають: вологість, білість, зольність, крупність помелу, вміст домішок, зараженість і забрудненість борошна шкідниками..

    Вологість є найважливішим показником якості борошна і не має перевищувати 15 %. При підвищенні вологості в  борошні з’являється вільна волога, яка сприяє активній діяльності ферментів  і розвитку мікрофлори та впливає  на стан білків і крохмалю, знижує їх здатність до набрякання в процесі тісто утворення і погіршує хлібопекарські властивості борошна.

    Білість борошна вищого сорту має бути не нижчою за 54 умовних одиниці приладу  РЗ-БПЛ, першого від 36 до 53,2, другого  – 12 – 35. В оббивному борошні вона не обмежується.

    Зольність борошна є основним показником його сорту. Мінеральні елементи зосереджені, головним чином, в оболонках і  зародку. Чим краще вони відокремлені, тим менша зольність борошна. Так, зольність пшеничного борошна  не більше: вищого сорту – 0,55 %; першого – 0,75 %; другого – 1,25 %; оббивного – 1,90 %.

    Крупність помелу борошна має важливе технологічне значення в хлібопеченні. Ступінь  подрібнення борошна тісно пов’язана  з його властивостями – водопоглинаючою  здатністю, швидкістю тісто утворення, цукроутворюючою здатністю та іншими показниками споживних властивостей. Кращу хлібопекарську властивість має борошно, в якому частинки мають розмір у межах 30 – 50 мкм, а число механічно пошкоджених частинок ендосперму характеризується пониженою водопоглинаючою здатністю, повільним утворенням тіста і дає хліб недостатнього об’єму. Надмірно подрібнене борошно впливає на зменшення об’єму та швидкість черствіння, а в подових виробах погіршується форма зберігання.

    Вміст домішок у борошні обмежується  згідно зі стандартом. Вміст металомагнітних  домішок не повинен перевищувати 3 мг на 1 кг борошна, найбільший розмір частинок металу не повинен перевищувати 0,3 мм, масою не більше 0,4 мг.

    Підвищений  вміст шкідливих домішок (сажки, гірчака, в’язелю, геліотропу, куколю) у партії зерна робить його непридатним для споживання. Надмірні зернові домішки (особливо ячменю і пророслих зерен) знижують хлібопекарські якості пшеничного й житнього борошна і, згідно зі стандартом, не допускаються. Зараженість і забрудненість борошна шкідниками (жуками, їх личинками, метеликами) не допускається.

2.2. Фізичні методи  дослідження борошна

      Фізичні методи дослідження базуються  на вимірюванні фізичних параметрів  речовин: а) зміна забарвлення  полум’я; б) вимірювання температури  плавлення або кипіння; в) розчинність  у різних розчинниках; г) інтенсивність  забарвлення розчину; д) кут  заломлення світлового пучка; е) величина електропровідності розчину та ін.

      Відома велика кількість фізичних  методів дослідження, за допомогою  яких можна визначити вологість,  зольність, білість, крупність  помелу, вміст домішок та ряд  інших показників борошна. Проте  розглянемо лише два методи: метод  визначення вологості борошна  та метод визначення білизни борошна.

2.2.1. Метод визначення  вологості борошна

    Суть  методу полягає в зневодненні  борошна в повітряно-тепловій шафі при фіксованих параметрах температури  й тривалості сушіння.

Прилади, матеріали й реактиви

    Шафа  сушильна електрична СЕШ-ЗМ з нагрівом камери до 150 ⁰С і з терморегулятором, що забезпечує створення й підтримання температури висушування в робочій зоні 130 – 140 ⁰С.

    Допустиме відхилення напруги від мінімальної (220 В) становить від мінус 33 В до плюс 22 В. При більших відхиленнях слід застосовувати стабілізатор напруги.

    Ваги  лабораторні загального призначення.

    Термометр скляний ртутний електроконтактний.

    Бюкси металічні з кришками висотою 20 мм і діаметром 48 мм.

    Ексикатори.

    Вставки для ексикатора фарфорові.

    Щипці тигельні.

    Вазелін технічний.

    Совок для проб.

    Годинник  сигнальний.

    Кальцій хлористий технічний. Залежно від тривалості роботи, але не менше 1 разу на місяць, хлористий кальцій накалюють у фарфоровій чашці до перетворення його в аморфну масу.

    Сульфатна кислота (густиною не менше 1,84 г/см³).

Підготовка  до аналізу

    На  дно добре вимитого й просушеного  ексикатора поміщають висушував. Прошліфовані краї ексикатора змазують тонким шаром  вазеліну.

    Сушильну  шафу вмикають в електромережу, встановивши  контактний термометр на температуру 130 ⁰С.

    Нові  бюкси просушують у сушильній  шафі протягом 60 хв і поміщають для  повного охолодження в ексикатор  на 15-20 хв.

Проведення  аналізу

      Вологість визначають у двох  паралельних наважках. Із ексикатора  вилучають дві просушені металічні  бюкси і зважують із похибкою  не більше 0,01 г.

      Продукт, виділений із середньої  проби для визначення вологості,  ретельно перемішують, струшують  ємність, відбираючи совком із  різних місць і поміщають у  кожну зважену бюксу наважку  продукту масою 5 г, після чого  бюкси закривають кришками і  ставлять в ексикатор.

      При досягненні в камері сушильної  шафи температури 130 ⁰С вимикають термометр і розігрівають шафу до 140 ⁰С. Потім умикають термометр і швидко поміщають відкриті бюкси з наважками продукту в шафу. Вільні гнізда шафи заповнюють порожніми бюксами. Продукт висушують протягом 40 хв, починаючи відлік із моменту відновлення температури до 130 ⁰С.

    По  закінченню висушування бюкси з  продуктом виймають із шафи тигельними щипцями, закривають кришками і переносять в ексикатор для повного охолодження, приблизно на 20 хв. Охолоджені бюкси  зважують із похибкою не більше 0,01 г  і поміщають в ексикатор до закінчення обробки результатів аналізу.

Обробка результатів

    Вологість продукту(Х) у відсотках розраховують за формулою:

     де m₁ – маса наважки борошна до висушування, г;

    m₂ – маса наважки борошна після висушування, г.

      Розрахунки проводять до другого  десяткового знаку, потім результат  визначення вологості заокруглюють  до першого десяткового знаку.

      Допустима розбіжність між результатами  двох паралельних визначень не  повинна перевищувати 0,2 %.

      За кінцевий результат аналізу  беруть середнє арифметичне результатів  двох паралельних визначень.

    При контрольному визначенні вологості  допустима розбіжність між контрольним  і первинним (середнім арифметичним результатом двох паралельних визначень) визначеннями не повинна перевищувати 0,5 %.

    При контрольному визначенні за кінцевий результат беруть результат первинного визначення, якщо розбіжність між  результатами контрольного й первинного визначення не перевищує допустиме  значення. Якщо розбіжність перевищує  допустиме значення, за кінцевий результат беруть результат контрольного визначення.

2.2.2. Метод визначення  білизни борошна

    Суть  методу полягає у вимірюванні  відбивальної здатності щільно-згладжуючої поверхні борошна із застосуванням фотоелектричного пристрою. Показник білизни характеризується зональним коефіцієнтом відбиття в умовних одиницях приладу при світлофільтрі ЖЗС-9.

Апаратура

    Для визначення білизни і крупності  борошна використовують :

    прилад  РЗ-БПЛ фотоелектричний, що складається  з вимірювальної головки зі столиком, блоку живлення й реєстрації;

    розсіювач лабораторний із ситами із шовкової тканини  № 25 і 61 та із дротової тканини сітки  № 045;

    ваги  лабораторні загального призначення.

Проведення  вимірювання

    Перевіряють налагодження апаратури спочатку по пластині № 4, паспортне значення якої відповідає початку шкали, а потім  по пластині № 1, паспортне значення якої відповідає кінцю шкали, і при  необхідності коригують.

    Після перевірки налагодження приладу  піднімають вимірювальну головку і  замість пластини № 4 із підкладкою на підставку ставлять заповнену  борошном кювету. При застосуванні приладу РЗ-БПЛ вимірювальну головку  повільно опускають на борошно і після встановлення стрілки лічильного обладнання знімають значення з точністю до 0,5 умовної одиниці.

    В тій же послідовності проводять  вимірювання другої підготовленої  порції борошна, попередньо очистивши  від залишків борошна оптичну  частину головки приладу.

    Вміст фракції крупності борошна визначають шляхом просіювання 100 г борошна  на лабораторному розсіві протягом 5 хв. Борошно пшеничне хлібопекарське й житнє сіяне просіюють на ситах № 25 і 61, житнє обдирне – на ситах № 045 і 61 (фракція 25/61 і 045/61). Для очистки шовкових сит при просіюванні наважки борошна на кожне сито кладуть 5 гумових кружечків.

Обробка результатів

      Білизну досліджуваного продукту  виражають в умовних одиницях  приладу. За кінцевий результат  вимірювань на приладі беруть  середнє арифметичне значень  послідовного вимірювання двох  паралельних наважок борошна  однієї проби, заокруглене до цілого числа. Допустима розбіжність між результатами вимірювань двох паралельно підготовлених наважок не має перевищувати одну умовну одиницю приладу. В іншому випадку вимірювання повторюють спочатку.

      Результати визначення вмісту  в борошні фракції крупності  25/61 і 041/61 заокруглюють до цілого  числа, кратного п’яти. Заокруглене  значення порівнюють із базисними  нормами.

    При вмісті в борошні фракції крупності 25/61 і 045/61 за кожні 5 % нижче базисної норми по крупності роблять поправку до виміряного показника білизни, зменшуючи його значення: по вищому сорту на 1,0; по першому – на 1,5; по другому – на 2,0 умовні одиниці приладу. У випадку вмісту в борошні фракції крупності 25/61 і 045/61 вище базисних виміряні показники білизни не змінюються.

      При переробці помольних партій  озимої і ярої червоноземної  пшениці (1 і 4 типів) із вмістом  у них вище 5 % твердої і білозерної пшениці (2 і 3 типів) виміряні показники білизни зменшують за кожні наступні 5 % домішків твердої і білозерної: по вищому і першому сорту – на 0,5 одиниць і другому – на 1,0 умовну одиницю. В документах про якість борошна проставляють вміст домішків пшениці вказаних типів у помольній партії.

    За  показник білизни проби борошна  беруть середнє значення результатів  вимірювання з поправками на крупність  борошна і вміст домішків твердої й білозерної пшениці.

    При застосуванні приладів РЗ-БПЛ з удосконаленою  оптичною схемою результати вимірювання  додатково зменшують на поправку, рівну 29,0 умовним одиницям приладу. Заокруглення проводять після внесення всіх поправок. 
 
 
 

РОЗДІЛ 3

Хімічні властивості борошна  і методи їх дослідження

3.1. Хімічні властивості  борошна

    До  складу борошна входять всі речовини, що й до складу зерна, з якого воно виготовлене. Хімічний склад борошна впливає на його технологічні якості (хлібопекарські, макаронні, кондитерські) і харчову цінність.

    Борошно пшеничне вищого сорту і крупчатка  близькі за хімічним складом до ендосперму, бо обидва сорти виготовлені з  цієї частини зерна. Борошно оббивне  пшеничне однакове за хімічним складом  із цілим зерном і мало відрізняється  від нього, тому що при оббивному помелі відокремлюють 1 % висівок, які складаються з периферійних частин зерна. Таким чином, в оббивному борошні порівняно з зерном буде вищим вміст поживних речовин і нижчим вміст клітковини і мінеральних речовин. Хімічний склад основних видів борошна подано в таблиці 2.

                                                                                                                    Таблиця 2

Хімічний  склад та енергетична  цінність борошна

    Важливими складовими борошна є білки та вуглеводи. Від кількості білків і їх властивостей залежать хлібопекарські властивості і якість хліба.

    Із  сухих речовин у пшеничному борошні  переважають вуглеводи (60-70 %). До вуглеводного комплексу борошна входять вищі полісахариди (крохмаль, декстрин, клітковина), цукроподібні полісахариди (дисахариди, трисахариди) і невелика кількість простих цукрів (глюкоза, фруктоза).

    Крохмаль (С₆H₁₀O₅)_n – найважливіший вуглевод борошна. У борошна вищих сортів вміст крохмалю становить до 80 %, а вміст клітковини – від 0,1 до 0,15 %. Вміст крохмалю зменшується з пониженням сорту борошна.

    У борошні міститься незначна кількість  глюкози й фруктози (0,1 – 0,25 %) і близько 0,1 – 0,5 % мальтози.

    До  білкового складу пшеничного борошна  входить майже 80 % гліадинів і глютелінів, 0,3 – 0,5 % альбумінів, 0,6 – 0,8 % глобулінів, які при змочуванні водою набрякають і утворюють клейковину.

    Білків  залежно від сорту й виду в борошні знаходиться від 9 до 16 %. В борошні вищих сортів їх менше. Це пояснюється тим, що в ендоспермі білки розподілені нерівномірно. Загальний вміст білків у житньому борошні нижчий ніж у пшеничному. Житні білки за звичайних умов клейковину не утворюють. Але по харчовій цінності білки житнього борошна вищі за білки пшеничного Так як містять більше незамінних амінокислот. У пшеничному й житньому борошні різних сортів міститься 1 – 2 % жиру. Жир борошна має рідку консистенцію. Він складається в основному із гліцеридів ненасичених жирних кислот: олеїнової, линолевої та ліноленової.

    Ферменти  під час дозрівання зерна  прискорюють  синтез складних речовин, а при зберіганні борошна і при бродінні тіста  каталізують розпад складних речовин  на прості. До складу борошна входить  різноманітний комплекс ферментів: протеїнази, амілази, ліпаза, ліпооксидаза.

    Нижчі сорти борошна відрізняються  більшою кількістю та активністю ферментів, тому що ферменти зосереджені  в зародку і периферійних частинах зерна. Ферментативна активність окремих  партій борошна того ж самого сорту  залежить від багатьох факторів: від  умов вирощування, зберігання й сушіння зерна, тривалості зберігання зерна чи борошна та ін.

    Борошно різних видів містить в основному  вітаміни В₁, В₂, В₁₂, Р, Е, Н, біотин.

    Мінеральні  речовини містяться в борошні  у вигляді неорганічних солей, а  також входять до складу білків, ліпідів, ферментів і інших речовин. З мінеральних речовин переважають  калій, фосфор, магній і кальцій.

    Харчова цінність борошна визначається також  калорійністю та засвоюваністю сухих  речовин. У борошні пшеничному вищого сорту засвоюваність вуглеводів досягає 96 %, білків – 85 %, жирів – 93 %, а в борошні пшеничному оббивному – вуглеводів – 94, білків – 75 і жирів – 92 %. Енергетична цінність борошна висока. У борошні пшеничному вищого сорту вона становить 334, оббивному – 298, житньому сіяному – 304, ячмінному – 284, кукурудзяному – 330 ккал/100 г.

3.2. Хімічні методи  дослідження борошна

    Хімічні методи дослідження ґрунтуються  на хімічній реакції речовин, в результаті якої відбувається утворення осаду, зміна забарвлення розчину, утворення  певного газу, і за цими ознаками хімічної взаємодії встановлюють, які  речовини містяться в розчині.

    Відома велика кількість хімічних методів, зокрема: метод визначення білка, метод визначення кислотності за бовтанкою, метод визначення зольності, метод визначення жиру, метод визначення кількості і якості клейковини тощо. Але розглянемо лише 2 методи: метод визначення кислотності за бовтанкою та метод визначення зольності.

3.2.1. Метод визначення  кислотності борошна  за бовтанкою

    Суть  методу полягає в титруванні гідроксидом  натрію всіх кисло-реагуючих речовин борошна.

Апаратура й реактиви

    Ваги  лабораторні загального призначення.

    Колби конічного типу місткістю 100, 250 см³.

    Бюретка.

    Крапельниця.

    Піпетка місткістю 2 см³.

    Годинник  сигнальний.

    Гідроксид натрію, розчин концентрацією 0,1 моль/дм³.

    Спирт етиловий ректифікований.

    Фенолфталеїн, 3 %-ний спиртовий розчин.

    Вода  дистильована.

Проведення  досліду

    Із проби, призначеної для дослідження, беруть дві наважки продукту кожна масою по 5,0 г. Зважену наважку продукту висипають в суху конічну колбу і заливають 50 см³ дистильованої води для приготування бовтанки із пшеничного борошна та 100 см³ для приготування бовтанки з житнього борошна. Вміст колб одразу перемішують збовтуванням до зникнення комків.

    В отриману бовтанку із пшеничного борошна  додають 3 краплі 3 %-ного розчину фенолфталеїну, в отриману бовтанку з житнього борошна додають 5 крапель 3 %-ного розчину фенолфталеїну. Потім бовтанку збовтують і титрують розчином гідроксиду натрію концентрацією 0,1 моль/дм³. Титрування проводять краплинами рівномірно, з уповільненням у кінці реакції при постійному збовтуванні вмісту колби до утворення яскраво-рожевого забарвлення, що не зникає при спокійному стані колби протягом 20 – 30 с.

    Якщо  через указаний проміжок часу рожеве забарвлення після збовтування  зникає, то додають ще 3 – 4 краплі розчину фенолфталеїну. Якщо при цьому з’явиться рожеве забарвлення, то титрування вважається завершеним.

    В іншому випадку титрування продовжують. Об’єм розчину, що пішов на титрування, визначають із похибкою 0,05 см³

      Якщо при визначенні кислотності  вихідна бовтанка інтенсивно  забарвлена, необхідно мати для  порівняння іншу бовтанку з  досліджуваного продукту і при  титруванні постійно порівнювати  утворений відтінок із початковим  кольором бовтанки.

Обробка результатів

      Кислотність  кожної наважки продукту (Х) у  градусах кислотності визначають  об’ємом 1 моль/дм³ розчину гідроксиду натрію, що потрібен для нейтралізації кислоти в 100 г продукту і визначають за формулою:

                де V – об’єм розчину гідроксиду натрію концентрацією 0,1 моль/дм³;

    m – маса наважки продукту, г.

    Розрахунки  проводять до другого десяткового  знаку з наступним заокругленням  результату до першого десяткового  знаку.

    За  кінцевий результат дослідження  беруть середнє арифметичне результатів  двох паралельних визначень, допустима  розбіжність між якими не перевищує 0,2 ⁰.

    При контрольних визначеннях кислотності  допустима розбіжність між контрольним  і первинним визначеннями не повинна  перевищувати 0,5 ⁰.

    При контрольному визначенні за кінцевий результат дослідження беруть результат  первинного визначення, якщо розбіжність  між результатами контрольного й  початкового значень не перевищує  допустиме значення. Якщо розбіжність  перевищує допустиме значення, то за кінцевий результат беруть результат контрольного визначення.