Клейковина

Клейковина або глютен — це група живильних білків, що містяться в насінні злакових рослин, особливо пшениці, жита, вівса і ячменю. Клейковина складається з двох основних білкових груп, гліадинів і глютенінів, які при гідратації утворюють складну мережу, що відповідає за в’язкопружні властивості тіста. 

Вміст та якість клейковини у зерні важливі для хлібопекарської промисловості, оскільки вони впливають на реологічні властивості тіста, зовнішній вигляд та смакові якості кінцевого продукту. Клейковина надає тісту певної пружності та пластичності, хорошої розтяжності, пишної форми, пористої структури. Для різних сортів борошна встановлюється середня кількість сирої клейковини — 20–30 % від маси борошна. 

Фахівцям хлібопекарської промисловості життєво важливо розуміти кількість і якість клейковини у борошні, щоб оптимізувати рецепти, забезпечити постійну якість продукту та вирішити різні проблеми, які можуть виникнути під час процесу випічки. Тому вміст клейковини є важливим показником, що входить у стандартні випробування для визначення якості пшеничного та інших видів борошна.

Традиційний метод аналізу клейковини

Метод відмивання клейковини ручним способом, який вперше було застосовано ще у 1728 році, передбачає відділення клейковини від пшеничного борошна шляхом вимивання крохмалю та інших водорозчинних компонентів. Отриману клейковину потім висушують, зважують і виражають у відсотках від вихідної маси борошна. Незважаючи на те, що цей метод надає цінну інформацію про кількість клейковини, він не дає уявлення про якість клейковини чи її специфічні білкові фракції.

Ручний метод визначення клейковини потребує багато часу і праці, а також дотримання певних умов, як-от температура та якість води, які можуть варіюватися в залежності від умов проведення аналізу і впливати на результати. 

Але попри незручність і довготривалість, ручний спосіб використовують, коли немає можливості застосувати автоматизоване обладнання або коли потрібно перевірити результати, отримані іншими методами.

Для визначення клейковини в сучасних лабораторіях застосовують автоматичний спосіб, який забезпечує більшу стандартизацію і відтворюваність аналізу.

Стандартизація методів визначення клейковини

До певного моменту кожна країна мала власні стандарти визначення клейковини, які різнилися умовами проведення дослідження. Наприклад, варіювалися рідини для замішування тіста. У деяких стандартах використовувалася вода, у низці країн застосовували сольовий розчин (2 % NaCl) чи фосфатний буфер. Різнився й час витримування (ферментації) тіста перед відмиванням — від 0 до 20 хвилин відлежування сформованої кульки тіста. 

Відповідно, ці відмінності суттєво впливали на результати визначення кількості і якості клейковини, отримані з використанням методик, регламентованих різними стандартами. Але розвиток міжнародної торгівлі потребував універсального рішення, яке було б однаковим для всіх виробників сільськогосподарської продукції.

Перший загальновизнаний стандарт розробила Міжнародна Асоціація з питань науки і технології зерна. У 1976 році з’явився стандарт ICC 137/1, який регламентує метод механічного визначення вмісту сирої клейковини в пшеничному борошні. 

Метод включає основні етапи:

• Виготовлення тіста з борошна та буферного розчину натрію хлориду.
• Відмивання сирої клейковини розчином натрію хлориду.
• Видалення залишкової води, що пристає до клейковини, за допомогою центрифугування та зважування залишка.

Для проведення цього методу використовується автоматичний прилад Perten Glutomatic, який є світовим стандартом визначення клейковини. Цей прилад дозволяє також оцінити індекс клейковини, вміст сирої та сухої клейковини та здатність клейковини зв’язувати воду.

Автоматичний прилад для відмивання клейковини у стандартизованих умовах Glutomatic є зручним та простим у використанні, еталонним приладом для аналізу клейковини в борошні, зерні м’яких і твердих сортів пшениці та крупці. 

Пізніше було випущено стандарти ISO, зокрема 21415, який стосується визначення клейковини ручним методом та механічними засобами. Цей та інші стандарти вже розроблялися саме для застосування з Perten Glutomatic, який має стандартизовану процедуру визначення і затверджений у якості випробувального обладнання.   

Розширені методи аналізу глютену

Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ)

ВЕРХ розділяє та кількісно визначає білкові фракції клейковини на основі їх розміру, гідрофобності або заряду. Це дозволяє точно визначати гліадини та глютеніни, даючи розуміння пропорції та складу різних білкових субодиниць. ВЕРХ надає цінні дані про якість клейковини та широко використовується для досліджень і контролю якості.

Імуноферментний аналіз (ELISA)

ELISA використовує специфічні антитіла для виявлення та кількісного визначення білків клейковини. Це швидкий і чутливий метод аналізу глютену, здатний вимірювати рівень глютену до часток на мільйон (ppm). ELISA особливо корисний для оцінки забруднення глютеном безглютенових продуктів або моніторингу рівня глютену в сировині та готовій продукції.

Спектроскопія ближнього інфрачервоного діапазону (NIR)

NIR-спектроскопія вимірює поглинання та відбиття ближнього інфрачервоного світла молекулами зразка, забезпечуючи унікальний спектральний відбиток. Цей неруйнівний і швидкий метод дозволяє аналізувати вміст і якість клейковини в реальному часі, вимагаючи мінімальної підготовки зразка. NIR-спектроскопія набула популярності в операціях з великими об’ємами зерна, пропонуючи швидкі та надійні результати для контролю процесу та гарантії якості.

Нові технології та аналітичні підходи до визначення клейковини

Раманівська спектроскопія

Раманівська спектроскопія використовує індуковані лазером молекулярні коливання для ідентифікації та кількісного визначення білків клейковини. Метод забезпечує виняткову чутливість, специфічність і здатність аналізувати зразки в різних станах (наприклад, порошок, тісто). Раманівська спектроскопія є багатообіцяючою технологією для оцінки якості клейковини та має потенціал для інтеграції в онлайн-системи моніторингу.

Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія надає детальну інформацію про послідовності білків глютену, дозволяє ідентифікувати та кількісно визначити окремі пептиди, які можна пов’язати зі специфічними властивостями тіста або імуногенністю. Хоча мас-спектрометрія вимагає складного обладнання та досвіду, висока точність і специфічність методу роблять його безцінним інструментом для дослідження глютену та розробки зернових продуктів.

ПЛР-тест на глютен

Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) — це молекулярний метод, який використовується для виявлення та кількісного визначення фрагментів ДНК глютену в харчових продуктах. Методи на основі ПЛР дають точну інформацію про наявність білків глютену навіть при низьких рівнях. Ці методи особливо важливі для людей із розладами, пов’язаними з глютеном, такими як целіакія, які повинні суворо уникати глютену. Тестування на основі ПЛР є цінним для виробників продуктів харчування для забезпечення дотримання правил маркування безглютенової продукції. Це дозволяє їм перевірити відсутність глютену або виявити потенційні проблеми перехресного забруднення. Крім того, спеціалізовані наукові заклади можуть використовувати цей метод для дослідницьких цілей, вивчаючи вміст глютену в різних зернових культурах та розробляючи вдосконалені безглютенові продукти.

Сучасні методи дослідження зробили революцію в оцінюванні клейковини, пропонуючи точні та ефективні рішення. Завдяки цим методам борошномельні підприємства можуть оптимізувати пропорції змішування, пекарні підтримувати постійну якість продукції, а науковці продовжувати досліджувати сфери, пов’язані з глютеном.