DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRODUCING WHEAT AND HEMP FLOUR

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПШЕНИЧНО-КОНОПЛЯНОЙ МУКИ

Научная статья

Терентьев С.Е.¹, Лабутина Н.В.², Кандроков Р.Х.^3, *, Кусова И.У.⁴, Рындин А.А.⁵

³ ORCID: 0000-0003-2003-2918;

¹ Смоленская государственная сельскохозяйственная академия, Смоленск, Россия;

^{2, 3, 4, 5} Московский Государственный Университет пищевых производств, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (nart132007[at]mail.ru)

Аннотация

Разработана инновационная технология получения композиционной пшенично-конопляной муки. Впервые показана возможность совместного размола пшенично-конопляной смеси, что позволило разработать технологию тритикалевой муки обогащенной незаменимыми жирными кислотами ɷ-3 (линоленовая кислота) и ɷ-6 (линолевая кислота). Разработана технологическая схема получения композиционной пшенично-конопляной муки, состоящая из 4-х драных и 3-х размольных систем. Разработана технология получения композиционной пшенично-конопляной муки, обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами. Общий выход пшенично-конопляной муки оказался достаточно высоким и составил 73,9% с зольностью 1,26%. При введении 10% конопли в помольную смесь в полученной хлебопекарной пшенично-конопляной муке содержание жира повысилась на 391%, а содержание белка на 11,9%. По органолептическим показателям хлеб, полученный из обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами композиционной пшенично-конопляной муки, оказался сопоставим с хлебом из сортовой пшеничной хлебопекарной муки. При этом, хлеб из пшенично-конопляной муки по объемному выходу оказался больше (357 см³), чем из контрольной пшеничной муки (290 см³).

Ключевые слова: пшеница, конопля, зерновая смесь, соотношение, выход, качество, пшенично-конопляная мука.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR PRODUCING WHEAT AND HEMP FLOUR

Research article

Terentyev S.E.¹, Labutina N.V.², Kandrokov R.Kh.^3, *, Kusova I.U.⁴, Ryndin A.A.⁵

³ ORCID: 0000-0003-2003-2918;

¹ Smolensk State Agricultural Academy, Smolensk, Russia;

^{2, 3, 4, 5} Moscow State University of Food Production, Moscow, Russia

* Corresponding author (nart132007[at]mail.ru)

Abstract

The current article introduces an innovative technology for producing composite wheat and hemp flour. For the first time, the study demonstrates the possibility of joint grinding of a wheat-hemp mixture, which makes it possible to develop a technology of triticale flour enriched with the essential fatty acids ɷ-3 (linolenic acid) and ɷ-6 (linoleic acid). Also, the article introduces a technological scheme for the production of composite wheat-hemp flour consisting of 4 ragged and 3 grinding systems as well as a technology for producing composite wheat-hemp flour enriched with polyunsaturated fatty acids. The study demonstrates that the total yield of wheat and hemp flour proves to be quite high and amounts to 73,9% with an ash content of 1,26%. When introducing 10% of hemp into the grinding mixture, the fat content in the resulting baking wheat-hemp flour increases by 391%, and the protein content increases by 11,9%. According to organoleptic indicators, the bread obtained from the composite wheat-hemp flour enriched with polyunsaturated fatty acids is comparable to bread made from graded wheat baking flour. At the same time, bread from wheat-hemp flour Is larger in volume output (357 cm³) than from control wheat flour (290 cm³).

Keywords: wheat, hemp, grain mixture, ratio, yield, quality, wheat-hemp flour.

Введение

Продукты переработки зерновых культур в виде различных изделий на основе пшеничной муки составляют значительную долю в рационе питания населения нашей страны. Однако химический состав продуктов питания полученных, на основе традиционных технологий, характеризуются недостаточной сбалансированностью по питательной ценности и биологической эффективности [1]. В связи с этим, требуется разработка продуктов питания с повышенной пищевой и питательной ценностью на зерновой основе добавлением семян масличных культур (конопля) [2], [3], [9], [10]. Семена конопли отличаются высокой пищевой ценностью, при этом они богаты незаменимыми жирными аминокислотами (НЖК), витаминами А, D, Е и группы В, микроэлементами (кальций, железо, натрий), пищевыми волокнами [4], [5]. По пищевой ценностью с коноплей может соперничать только соя, при этом, качество протеинов в семенах конопли гораздо выше, они близки по составу к протеинам человеческой крови. Кроме того, семена конопли являются экологически безопасным продуктом, так как на посевах конопли не используют гербицидов — это растение благодаря своей жизнеспособности прекрасно сама справляется с болезнями и вредителями.

 Характерной особенностью семян конопли является высокое содержание жира от 32,5 до 51,5% с содержанием полиненасыщенных жирных кислот (семейства ω-3, ω-6) от 40 до 50% и высокое содержание белка от 20 до 30% с хорошо сбалансированным аминокислотным составом [7], [8]. Соотношение полиненасыщенных незаменимых жирных кислот (НЖК) ω-3 (линолевая кислота), ω-6 (линоленовая кислота) в масле, полученной из семян конопли, относится к наиболее оптимальным для человеческого организма и рекомендуется для употребления людьми, страдающими сердечно-сосудистыми заболеваниями и расстройствами нервной системы. Необходимость обогащения тритикалевой муки полиненасыщенными жирными кислотами обосновывается еще тем, что в человеческом организме не синтезируются ɷ-3 и ω-6 жирные кислоты в связи с отсутствием ферментной системы. [1], [5], [7], [9].

Целью разработка способа получения композиционной муки повышенной биологической ценности из поликомпонентных зерновых смесей с одной стороны из традиционных видов зернового сырья (пшеница) и семян масличной культуры (конопля) с другой.

Материалы и методы исследования

Исследования по разработке способа получения композиционной пшенично-конопляной муки и определению ее хлебопекарных свойств были проведены на кафедре «Технология переработки сельскохозяйственной продукции» Смоленской государственной сельскохозяйственной академии и на кафедре «Зерна, хлебопекарных и кондитерских технологий» ФГБОУ ВО «МГУПП». В качестве объекта исследований использовали зерно озимой пшеницы сорта «Тимирязевская Юбилейная» урожая 2020 года и семена конопли сорта «Сурская» того же года. Пшеница сорта «Тимирязевская Юбилейная» выведена селекционерами лаборатории селекции и семеноводства полевых культур ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и обладает хорошими мукомольными свойствами. Основные физико-химические и химические показатели исходного зерна пшеницы сорта «Тимирязевская Юбилейная» следующие: влажность – 12,4%, натура – 778 г/л, зольность – 1,81%, содержание белка – 12,7%, содержание клейковины – 23,6%, качество клейковины – 72 единиц прибора, стекловидность – 53% и число падения - 278 секунд.

Шелушение исходного зерна пшеницы проводили на лабораторном универсальном шелушителе зерна «Сатаке» (Япония). Измельчение помольной смеси шелушенного зерна пшеницы и семян конопли проводили на мельницах лабораторного помола МЛП-4 с нарезными вальцами и МЛП-4 с микрошероховатыми вальцами.

Для анализа основных показателей полученной пшенично-конопляной муки были использованы следующие стандартные методы: зольности – по ГОСТ 27494-87, влажности – по ГОСТ 13586.5-2015, белка по ГОСТ 10846-91, жира по ГОСТ 27670-88, количества и качества клейковины по ГОСТ Р 51412-99, определение водопоглощения и реологических свойств по ГОСТ Р 51414-99, пробные лабораторные выпечки и оценка качества хлеба из пшеничной муки – по ГОСТ 27669-88.

Результаты исследования

На первом этапе исследований провели шелушение исходного зерна пшеницы с удалением 15,1% семенных, плодовых оболочек и, частично, алейронового слоя. Как известно, оболочки пшеницы обладают лучшей сорбционной способностью, чем эндосперм. Учитывая это обстоятельство, исходное зерно пшеницы прошелушили для того, чтобы минимизировать потери полиненасыщенных жирных кислот и белка, содержащихся в семенах конопли, при получении пшенично-конопляной хлебопекарной муки.

На втором этапе исследований провели помол исходной композитной пшенично-конопляной смеси, состоящей из 90% шелушенного зерна пшеницы и 10% семян конопли, в хлебопекарную муку. В отличие от традиционных хлебопекарных помолов не использовали гидротермическую обработку зерна пшеницы, т.к. увлажненное зерно хуже сорбирует жир, содержащийся в семенах конопли. Технологическая схема помола состояла их 4-х драных и 3-х размольных систем. Режим измельчения на драных системах характеризовался извлечением круподунстовых продуктов и муки на I драной системе в количестве 50,9%, на II драной системе – 39,3% и на III драной системе – 61,4%. Суммарный выход пшенично-конопляной муки на драных системах составил 17,7%.

Режим измельчения промежуточных продуктов исходной смеси на размольных системах с получением пшенично-конопляной муки характеризовался извлечением на 1-ой размольной системе в количестве 69,9%, на 2-ой размольной системе – 63,4% и на 3-ой размольной системе – 71,4%. Суммарный выход пшенично-конопляной муки на трех размольных системах составил 56,2%. Общий выход пшенично-конопляной муки на драных и размольных системах составил 73,9% с учетом удаленных оболочек при предварительном шелушении исходного зерна пшеницы.

Показатели качества продуктов переработки исходного зерна пшеницы и пшенично-конопляной помольной смеси представлены в таблице 1. Из таблицы видно, что при введении 10% конопля с исходную помольную смесь удалось повысить содержание жира в хлебопекарной пшенично-конопляной муке, в основном за счет полиненасыщенных жирных кислот, на 391%, а содержание белка на 11,9%. Кроме того, пшенично-конопляная мука отличается повышенной зольностью, в связи с тем, что частички оболочек при измельчении пшенично-конопляной смеси попали в муку.

 

Таблица 1 – Показатели качества продуктов переработки пшенично-конопляной смеси и контрольного образца пшеницы

Наимено-вание продукта	Влажность, %	Зольность, %	Содержа-ние жира, %	Содержа-ние белка, %	Содержание сырой клейко вины,%	Качество сырой клейко-вины, е. пр.	Число падения, сек.
Мука пшеничная	14,0	0,71	1,17	11,2	16,8	67	128
Мука пшенично-конопляная	13,8	1,55	4,58	13,5	18,8	70	113

 

На третьем, заключительном этапе исследований определяли реологические и хлебопекарные свойства полученной пшеничной и пшенично-конопляной муки, результаты которых представлены в таблицах 2 и 3.

 

Таблица 2 – Реологические показатели пшеничной и пшенично-конопляной муки

Наименование продукта	Реологические показатели муки
	ВПС, %	Время образо вания, с	Устойчи вость теста, с	Разжиже ние теста, е.ф.	Валоримет рическая оценка, %
Мука пшеничная	51,3	1,0	0,5	150	36
Мука пшенично-конопляная	51,5	3,5	3,5	135	52

 

Хлеб, выпеченный из пшенично-конопляной муки, имел объёмный выход 357 см³/100 г муки, а хлеб, выпеченный из пшеничной муки, имел объёмный выход 290 см³/100 г муки. Поверхность хлеба из пшенично-конопляной муки гладкая, глянцевая, цвет корки светло-коричневый. Поверхность хлеба из пшеничной муки неровная, с наличием шероховатостей, цвет корки золотисто-коричневый. Оба образца имели удовлетворительную оценку внешнего вида хлеба. Мякиш у всех хлебов светлый, хорошо эластичный. Пористость хлеба из пшенично-конопляной мелкая, толстостенная, равномерная хлеба из пшеничной крупная, толстостенная, равномерная. Оба образцы хлеба отличались низкой оценкой мякиша по сравнению с оценкой внешнего вида (см. рис. 1).

 

Таблица 3 – Хлебопекарные свойства пшеничной и пшенично-конопляной муки

Показатели качества	Хлеб из пшеничной муки	Хлеб из пшенично-конопляной муки
Объемный выход	290 см3	357 см3
Поверхность хлеба	Шероховатая, бугристая	Гладкая, глянцевая
Форма хлеба	Полуовальная	Овальная
Цвет корки	Золотисто-коричневый	Светло-коричневый
Пористость	Крупная, неравномерная, толстостенная	Мелкая, толстостенная, равномерная
Эластичность	Эластичный, быстро восстанавливаемый	Эластичный, быстро восстанавливаемый
Цвет мякиша	Светлый с желтым оттенком	Светло-сероватый
Вкус и запах	Приятный, специфический для пшеничного хлеба	Вкусный, с приятным послевкусием, особая, чуть более плотная консистенция, но легко расщепляемая

Рис. 1 – Внешний вид хлеба из пшеничной муки (справа) и пшенично-конопляной муки (слева)

 

Заключение

Таким образом, по результатам проведенных исследований впервые разработана технология получения композиционной пшенично-конопляной муки, обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами.

Общий выход пшенично-конопляной муки оказался достаточно высоким и составил 73,9% с зольностью 1,26%.

При введении 10% конопля с исходную помольную смесь удалось повысить содержание жира в хлебопекарной пшенично-конопляной муке, в основном за счет полиненасыщенных жирных кислот, на 391%, а содержание белка на 11,9%.

Хлеб из пшенично-конопляной муки по объемному выходу оказался больше (357 см³), чем из контрольной пшеничной муки (290 см³).

По органолептическим показателям хлеб, полученный из обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами композиционной пшенично-конопляной муки, оказался сопоставим с хлебом из сортовой пшеничной муки.

Благодарности Авторы выражают благодарность генеральному директору ООО «Витапром» Марку Михайловичу Веллеру за предоставленные семена конопли.	Acknowledgement The authors express their gratitude to the General Director of Vitaprom LLC Mark Mikhailovich Weller for the provided hemp seeds.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Бубнова А. А. Использование семян посевной конопли в специализированных пищевых продуктах / А. А. Бубнова // Хлебопродукты. - 2019. - № 7. - С. 48-50. DOI: 10.32462/0235-2508-2020-29-7-48-50.
2. Григорьев С. В. Жирно-кислотный состав семян конопли среднерусского экотипа / С. В. Григорьев, О. В. Григорьев, С. Л. Гордиенко // Сельскохозяйственная биология. – 2006. - № 3. – С. 49-52.
3. Григорьев С. В. Масла конопли и хлопчатника образцов коллекции ВИР как источник функциональных пищевых ингредиентов / С. В. Григорьев, Т. В. Шеленга, К. В. Илларионова // Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. – 2019. – Т. 180. - № 3. – С. 38-43.
4. Зубцов В. А. Гидроколлойды семян льна и конопли в функциональных и специализированных пищевых продуктах / В. А. Зубцов, Д. П. Ефремов, Е. В. Зубцова // Актуальная биотехнология. - 2018. - № 1 (26). - С. 369-373.
5. Кабанова Ю. В. Разработка каш быстрого приготовления с использованием семян чиа / Ю. В. Кабанова, М. В. Резникова, Л. А. Надточий // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2016. - № 3. - С. 3-12.
6. Лукин А. А. Перспективы применения конопляной муки в технологии производства хлеба / А. А. Лукин, А. В. Зимин // Вестник современных исследований. - 2017. - № 9-1 (12). - С. 1-4.
7. Попов В. С. Жирнокислотный состав масел конопли и хлопчатника и перспективы их использования в пищевой промышленности и функциональном питании / В. С. Попов, С. В. Григорьев, К. В. Илларионова и др. // Аграрная Россия. - 2019. - № 8. - С. 9-15.
8. Савина Т. С. Технологические свойства обогащенных композитных смесей с применением продуктов переработки семян конопли / Т. С. Савина, Т. П. Красулина, Т. П. Садыгова и др. // Сурский вестник. - 2019. - № 4 (8). - С. 58-61.
9. Kandrokov R. H. Effective technological scheme for processing triticale grain into high-quality baker’s grade flour / R. H. Kandrokov, G. N. Pankratov, E. P. Meleshkina et al. // Foods and Raw Materials, 2019, vol. 7, no. 1, pp. 107-117. DOI: 10.21603/2308-4057-2019-1-107-117.
10. Kolpakova V. V. Relationship of the functional properties of dry wheat gluten with amino acid composition and its quality indicators / V. V. Kolpakova, V. A. Kovalenok // Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;81(1):173-180. DOI: 10.20914/2310-1202-2019-1-173-180.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Bubnova A. A. Ispol'zovanie semyan posevnoj konopli v specializirovannyh pishchevyh produktah [The use of seeds of sowing hemp in specialized food products] / A. A. Bubnova // Hleboprodukty [Bread products]. - 2019. - No. 7. - P. 48-50. DOI: 10.32462 / 0235-2508-2020-29-7-48-50.
2. Grigoriev S. V. ZHirno-kislotnyj sostav semyan konopli srednerusskogo ekotipa [Fatty acid composition of hemp seeds of the Central Russian ecotype] / S. V. Grigoriev, O. V. Grigoriev, S. L. Gordienko // Sel'skohozyajstvennaya biologiya [Agricultural biology]. - 2006. - No. 3. - P. 49-52.
3. Grigoriev S. V. Masla konopli i hlopchatnika obrazcov kollekcii VIR kak istochnik funkcional'nyh pishchevyh ingredientov [Hemp and cotton oils from the VIR collection as a source of functional food ingredients] / S. V. Grigoriev, T. V. Shelenga, K. V. Illarionova // Trudy po prikladnoj botanike, genetike i selekcii [Works on applied botany, genetics and breeding]. - 2019. - Vol. 180. - No. 3. - P. 38-43.
4. Zubtsov V. A. Gidrokollojdy semyan l'na i konopli v funkcional'nyh i specializirovannyh pishchevyh produktah [Hydrocolloids of flax and hemp seeds in functional and specialized food products[ / V. A. Zubtsov, D. P. Efremov, E. V. Zubtsova // Aktual'naya biotekhnologiya [Actual biotechnology]. - 2018. - No. 1 (26). - P. 369-373.
5. Kabanova Yu. V. Razrabotka kash bystrogo prigotovleniya s ispol'zovaniem semyan chia [Development of instant cereals using chia seeds] / Yu. V. Kabanova, M. V. Reznikova, L. A. Nadtochiy // Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Seriya «Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv» [Scientific journal of NRU ITMO. Series "Processes and Apparatus for Food Production"]. - 2016. - No. 3. - P. 3-12.
6. Lukin A. A. Perspektivy primeneniya konoplyanoj muki v tekhnologii proizvodstva hleb [Prospects for the use of hemp flour in bread production technology] / A. A. Lukin, A. V. Zimin // Vestnik sovremennyh issledovanij [Bulletin of modern research]. - 2017. - No. 9-1 (12). - P. 1-4.
7. Popov V. S. ZHirnokislotnyj sostav masel konopli i hlopchatnika i perspektivy ih ispol'zovaniya v pishchevoj promyshlennosti i funkcional'nom pitanii [Fatty acid composition of hemp and cotton oils and the prospects for their use in the food industry and functional nutrition] / V. S. Popov, S. V. Grigoriev, K. V. Illarionova et al. // Agrarnaya Rossiya [Agrarian Russia]. - 2019. - No. 8. - P. 9-15.
8. Savina T. S Tekhnologicheskie svojstva obogashchennyh kompozitnyh smesej s primeneniem produktov pererabotki semyan konopli [Technological properties of enriched composite mixtures with the use of hemp seed processing products] / T. S. Savina, T. P. Krasulina, T. P. Sadygova et al. // Surskij vestnik [Surskiy Vestnik]. - 2019. - No. 4 (8). - P. 58-61.
9. Kandrokov R. H. Effective technological scheme for processing triticale grain into high-quality baker’s grade flour / R. H. Kandrokov, G. N. Pankratov, E. P. Meleshkina et al. // Foods and Raw Materials, 2019, vol. 7, no. 1, pp. 107-117. DOI: 10.21603/2308-4057-2019-1-107-117.
10. Kolpakova V. V. Relationship of the functional properties of dry wheat gluten with amino acid composition and its quality indicators / V. V. Kolpakova, V. A. Kovalenok // Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2019;81(1):173-180. DOI: 10.20914/2310-1202-2019-1-173-180.