METODA OTRZYMYWANIA PRODUKTU ŻYTNIEGO O PODWYŻSZONEJ

ZAWARTOŚCI BŁONNIKA POKARMOWEGO

Jan MICHNIEWICZ, Piotr KOŁODZIEJCZYK, Agnieszka MAKOWSKA

Zakład Technologii Zbóż Instytut Technologii Żywności Pochodzenia

RoślinnegoWydział Nauk o Żywności i Żywieniu

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

• POLSKA - CZOŁOWE MIEJSCE W ŚWIECIE (produkcja ziarna)

• DLACZEGO ŻYTO ?– TRADYCJA UPRAWY– WARUNKI GLEBOWE I KLIMATYCZNE (wydajność)– POLSKIE ODMIANY

• ŻYTO - ZBOŻE „NIECHCIANE”– SYMBOL UBÓSTWA - tradycja– PREFERENCJE KONSUMENCKIE– SKOMPLIKOWANY PROCES PRODUKCJI PIECZYWA

• ZALETY ZIARNA ŻYTA– KOSZTY PRODUKCJI (uprawa)– BŁONNIK POKARMOWY (frakcje rozpuszczalne)

• pentozany, beta-glukany, fruktany– BIAŁKA (przyswajalność)– SUBSTANCJE PROZDROWOTNE

• fitoestrogeny, alkilorezorcynole, kwasy fenolowe

• SPOSOBY ZAGOSPODAROWANIA• NADMIAR ZIARNA ŻYTA ?

• HISTORIA– XVI i XVII w. żyto główny artykuł eksportowy,

ciemny chleb żytni– 1934 r. - chleb żytni ok. 85% pieczywa

spożycie 140 kg – 1952 r. - chleb żytni ciemny 51 %, – 1978 r. chleb żytni ok. 3%, – 1990-1996 spożycie chleba żytniego

zmniejszyło się do 2%,

- Stopniowe zmniejszania się spożycia chleba.140 kg ------------ < 2 kg1934 r. ---------- aktualnie

Uzasadnienie podjęcia badań

1. Zapadalność na choroby cywilizacyjne (np. otyłość, cukrzyca, ChNS, nowotwory przewodu pokarmowego), a udział przetworów zbożowych bogatych w błonnik pokarmowy (DF) w codziennej diecie człowieka

2. Ziarno żyta jako najbogatsze ze zbóż źródło DFżyto>jęczmień >owies >pszenica >kukurydza

3. Nierównomierne rozmieszczenie składników DF w poszczególnych częściach anatomicznych ziarna

4. Nieracjonalne wykorzystanie ziarna żyta na cele konsumpcyjne w Polsce (marnotrawstwo potencjału żywieniowego i dietetycznego)

5. Brak podaży wysokobłonnikowych produktów z ziarna żyta na krajowy rynek

CEL PRACYOpracowanie metody otrzymywania, w skali

laboratoryjnej, produktu żytniego o podwyższonej zawartości błonnika pokarmowego - DF (WBPŻ) w porównaniu do jego ilości w surowcu wyjściowym.

CELE SZCZEGÓŁOWE• analiza zmian ilościowo-jakościowych podstawowych

składników DF: arabinoksylanów (AX), fruktanów (FRU) i -glukanów (B-GLU) na poszczególnych etapach produkcji WBPŻ;

• ocena efektywności opracowanej metody na podstawie wartości współczynników koncentracji DF i jego składników w WBPŻ oraz porównania wartości stosunków ilościowych tych składników do skrobi w WBPŻ i w surowcu wyjściowym.

MATERIAŁ DOŚWIADCZALNYDo badań użyto handlowe ziarno żyta mieszańcowej odmiany

Balistic ze zbioru 2009 r. z KWS Lochow Polska Sp. z o.o., którestanowiło surowiec do otrzymywania WBPŻ.

Wyróżnik oceny jakości Ziarno żyta

1. Wilgotność ziarna, % 12,32. Ciężar objętościowy, kg/hl 3. Masa 1000 ziaren, g s.m.

68,127

4. Zawartość zanieczyszczeń ogółem, % 0,5w tym:- szkodliwych dla zdrowia, % 0- ziaren porośniętych, % 0

5. Liczba opadania (7/25), s 2836. Zawartość białka (Nx6.25), % s.m. 12,5

Charakterystyka jakości ziarna żyta

METODY

Założenia metody otrzymywania WBPŻOpracowana metoda otrzymywania WBPŻ polega na wielokrotnym rozdrabnianiu

CMŻ w młynach walcowym i kulowym oraz jej sortowaniu w celu stopniowego zwiększenia w kolejno otrzymywanych produktach stosunku ilościowego cząstek pochodzących z zewnętrznych tkanek ziarna, bogatych w składniki DF, do cząstek pochodzących z wewnętrznych tkanek - ubogich w składniki DF.

Główne zadanie przy otrzymywaniu produktów zbożowych o podwyższonej zawartości składników DF - opracowanie odpowiednio skutecznych metod rozdrabniania i sortowania, pozwalających na uwolnienie skrobi ze struktur komórkowych, a następnie jej wyeliminowanie z surowca wyjściowego. Skrobia, zlokalizowana prawie wyłącznie w bielmie, jest ilościowo największym komponentem ziarna powodującym obniżenie koncentracji składników DF w tego rodzaju produktach. Praktycznie jedynym sposobem pozwalającym na otrzymanie suchych produktów o możliwie wysokiej zawartości składników składników DF jest usunięcie z nich możliwie największej ilości skrobi.

Das Bild kann zurzeit nicht angezeigt werden.

METODY c.d.

Usunięcie ziaren skrobi żytniej typu A i B z CMŻ

SCHEMAT OTRZYMYWANIA WBPŻCEL ZABIEGÓW

Destrukcja struktur komórkowych tkanek CMŻ w stopniu pozwalającym na uwolnienie z nich możliwie największej liczby ziaren skrobi

Dodatkowe zniszczenie struktur komórkowych oraz uwolnienie z nich pozostałych ziaren skrobi

Eliminacja ziaren skrobi

Zagęszczenie zewnętrznych tkanek ziarna w WBPŻ

ZIARNO ŻYTA (oczyszczanie i nawilżanie ~ 14,5%)

MLEWNIK WALCOWY

QUADRUMAT SENIOR (rozdrabnianie: śrutowanie i wymielanie)

CAŁOZIARNOWA MĄKA ŻYTNIA

MLEWNIK ŚRUTUJĄCY I WYMIELAJĄCY QUADRMAT SENIOR

(1-krotne śrutowanie oraz 2-krotne wymielanie)

DROBNO ROZDROBNIONA CAŁOZIARNOWA MĄKA ŻYTNIA -

CMŻ (mieszanie)

SORTOWNIK WIBRACYJNY sito - 50 m

(sortowanie; = 45 min.)

FRAKCJA 1A (<50 m)

FRAKCJA 2B (>50 m)

MŁYN KULOWY (rozdrabnianie; = 90 min.)

SORTOWNIK WIBRACYJNY sito - 50 m

(sortowanie; = 45 min.)

FRAKCJA 3C (<50 m)

FRAKCJA 4D (>50 m)

SORTOWNIK WIBRACYJNY sita - 80 m i 125 m

(sortowanie; = 45 min.)

FRAKCJA 5E (>50-80 m)

FRAKCJA 6F (>80-125 m)

PRODUKT KOŃCOWY – WBPŻ (>125 m)

METODY c.d.

W surowcu wyjściowym (CMŻ), produkcie końcowym (WBPŻ)oraz międzyproduktach oznaczono zawartość:

- składników mineralnych (popiołu);- skrobi metodą enzymatyczną;- błonnika pokarmowego ogółem (DF) oraz jego frakcji rozpuszczalnej inierozpuszczalnej w wodzie (WE-DF i WUE-DF) oraz jego składników:- arabinoksylanów ogółem (AX) oraz ich frakcji rozpuszczalnej i nie-rozpuszczalnej w wodzie (WE-AX i WUE-AX);- -glukanów ogółem (B-GLU) oraz ich frakcji rozpuszczalnej i nie-rozpuszczalnej w wodzie (WE-B-GLU i WUE-B-GLU);- fruktanów (FRU).

WYNIKIZawartość popiołu i skrobi w surowcu wyjściowym, produkcie końcowym oraz w frakcjach pośrednich i

ubocznych oraz ich wydajność

Produkt Wydajność, %

Popiół, % s.m.

Skrobia, % s.m.

popiół:skrobia

Młyn

walcow

y

CMŻ 100,0 1,89 58,2 1:31

1A (<50 m) 30,9 0,67 83,1 1:124

2B (>50 m) 69,1 2,40 49,4 1:21

Młyn kulow

y

3C (<50 m) 28,8 1,03 72,6 1:70

4D (>50 m) 40,3 3,55 30,1 1:9

5E(>50-80 m) 8,3 1,44 44,1 1:31

6F (>80-125 m) 11,8 1,80 42,1 1:23

WBPŻ (>125 m) 20,2 5,44 16,3 1:3

Frakcje 1A, 3C, 5E oraz 6F – produkty uboczne usuwane z procesu

Frakcje 2B i 4D – produkty pośrednie wykorzystywane na kolejnych etapach procesu

Zmiany zawartości składników DF oraz ich frakcji rozpuszczalnych (WE) i nierozpuszczalnych w wodzie (WUE) na

poszczególnych etapach produkcji WBPŻ

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

20,0

AX,

% s

.m.

CMŻ 1A 2B 3C 4D 5E 6F W BPŻ

WUE-AX WE-AX

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

B-G

LU, %

s.m

.

CMŻ 1A 2B 3C 4D 5E 6F WBPŻ

WUE-B-GLU WE-B-GLU

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

NC

P, %

s.m

.

CMŻ 1A 2B 3C 4D 5E 6F WBPŻ

WUE-NCP WE-NCP

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

FRU

, % s

.m.

CMŻ 1A 2B 3C 4D 5E 6F WBPŻ

FRU

Zawartość DF oraz jego frakcji rozpuszczalnej (WE) i nierozpuszczalnej w wodzie (WUE) w surowcu

wyjściowym, produkcie końcowym oraz w frakcji pośredniej

Składnik CMŻ WBPŻ Frakcja 6F (>80-125 m)

DF ogółem, % s.m. 17,1 47,2 32,9WE-DF, % s.m. 3,7 3,4 11,8

WUE-DF, % s.m. 13,4 43,8 21,1

(++) - zwiększenie wydajności produktu końcowego o 12 pkt. % oraz wzrost zawartości WE-DF o około 1/3 (4,6% s.m.)

(--) - obniżenie zawartości DF ogółem o około 10% (42% s.m.) oraz obniżenie wartości dietetycznej spowodowane wzrostem zawartości skrobi o ponad 50% tj. do poziomu 26% s.m., co wiąże się ze zwiększeniem wartości energetycznej

POTENCJALNE ZASTOSOWANIE WBPŻ- do bezpośredniego spożycia na sucho lub jako dodatek do

mleka i przetworów mlecznych (np. kefir, jogurt,) oraz zup,sałatek warzywnych i musli;

- surowiec do produkcji wyrobów ekstrudowanych;- jako dodatek do pieczywa żytniego i pszennego, suchych

wyrobów cukierniczych (np. mufinki, herbatniki) itp.

WNIOSKI• Opracowana metoda - skala laboratoryjna, WBPŻ - zwiększony

stosunek ilościowy cząstek z zewnętrznych części ziarna do cząstek zwewnętrznych tkanek. Wydajność produktu - wielkość cząstek >125m,- 20,2% masy ziarna.

• WBPŻ - korzystny skład chemiczny (żywienie). Stosunek ilościowyskładników mineralnych do skrobi oraz DF do skrobi w WBPŻzwiększył się około 10-krotnie (w stosunku do CMŻ).

• WBPŻ zawiera w 100 g suchej masy 47,2 g DF ogółem, prawie 3x więcejniż w surowcu wyjściowym. Około 70 g tego produktu w pełni pokrywazalecaną przez ekspertów FAO/WHO dobową dawkę tego składnika.

• Wzrost zawartości DF ogółem oraz głównego składnika AX ogółem wWBPŻ był spowodowany głównie zwiększeniem ilości ich frakcjinierozpuszczalnych w wodzie (WUE), podczas gdy wzrost zawartościB-GLU i NCP ogółem - zwiększeniem ilości zarówno frakcji WE, jak iWUE.

• Efektywność suchej metody otrzymywania WBPŻ zróżnicowana dlabadanych składników DF. Metoda ta była najbardziej wydajna B-GLU,natomiast najmniej dla FRU. AX i NCP zajmowały pośrednie miejsce.