В условиях растущего спроса на удобные и стабильные при хранении консервированные бобы понимание изменений в усвояемости крахмала в результате автоклавной обработки имеет решающее значение для оптимизации качества питательных веществ и улучшения здоровья потребителей. В настоящем исследовании изучалось влияние обработки в автоклавах, в частности, типа тары и перемешивания, на усвояемость крахмала из черных бобов.
Пакеты-реторты обладают более высокой скоростью теплопередачи к продукту, чем банки, что сокращает общую продолжительность обработки. Кроме того, время обработки для получения Fo = 6 для Clostridium botulinum составило почти на 2,5 минуты (пакетики) и на 3,2 минуты (банки) быстрее при колебательном режиме, чем при статическом. Данные по усвояемости in vitro показали, что автоклавная обработка черных бобов привела к увеличению содержания быстроусвояемого крахмала (RDS) с 10,51% до 32,11%. Однако содержание медленно усваиваемого крахмала (SDS) снизилось с 15,67% до 7,89%, а резистентного крахмала (RS) — с 47,91% до 11,86%, независимо от типа контейнера и используемой упаковки.
Обработка повышает усвояемость крахмала при любых сочетаниях упаковки и движений; тем не менее, черные бобы в пакетиках с колебательным движением по-прежнему содержат относительно значительное количество SDS и RS, по сравнению с другими комбинациями. Эти результаты имеют важное значение для пищевой промышленности в плане оптимизации технологий обработки и стратегий упаковки для сохранения питательной ценности черных бобов. Результаты этого исследования могут иметь практическое значение для производителей продуктов питания, занимающихся автоклавной обработкой пищевых продуктов, расфасованных в пакеты и банки. Исследование позволит понять, как процесс стерилизации в автоклавах влияет на усвояемость, включая медленно усваиваемый крахмал и резистентный крахмал различных видов.
Фасоль относится к семейству бобовых и является основной продовольственной культурой как с точки зрения экономической, так и с точки зрения питательной ценности (Punia et al., 2020). Черная фасоль (Phaseolus vulgaris L.) является источником сложных углеводов с низким гликемическим индексом, а также витаминов, минералов, белка, пищевых волокон и резистентного крахмала (Ferreira et al., 2018). Однако легкости включения бобовых в свой рацион препятствуют неудобства, связанные с их приготовлением, и длительный период варки (Doma et al., 2019; Winham et al., 2020). Чтобы сухие бобы стали съедобными, их необходимо подвергнуть гидротермальной обработке. В настоящее время консервированные бобы пользуются популярностью, обеспечивая потребителей правильно приготовленными и сохраняющими срок годности бобами (Wang et al., 2022).
Сухие бобы относятся к категории “пищевых продуктов с низким содержанием кислоты”, уровень рН которых превышает 4,6, и требуют тщательной обработки в автоклаве для обеспечения коммерческой стерильности (USFDA, 2019). Промышленная стерилизация, которую часто называют промышленным консервированием, направлена на уничтожение вредных микроорганизмов, в том числе Clostridium botulinum (широко известного как C. botulinum), из консервированных пищевых продуктов, чтобы обеспечить их безопасность и длительный срок хранения.
C. botulinum — это разновидность бактерий, вырабатывающих сильнодействующий ботулотоксин, который может вызывать ботулизм, заболевание, вызывающее при употреблении в пищу вызывает серьезные и потенциально смертельные заболевания. Процесс промышленной стерилизации включает нагревание консервов до такого сочетания температуры и времени, которое уничтожает споры и вегетативные клетки C. botulinum, а также другие патогенные микроорганизмы.
В этом процессе обычно используются высокая температура и давление, и он предназначен для достижения 12-кратного уменьшения количества спор C. botulinum, что означает, что вероятность обнаружения жизнеспособных спор в консервах чрезвычайно мала. Однако высокие температуры и длительное время обработки в автоклаве влияют на качество и питательную ценность бобов. Обработка в автоклаве существенно влияет на функциональные свойства крахмала в пищевых продуктах. В процессе обработки крахмальные гранулы претерпевают значительные изменения под воздействием тепла и высокой влажности, что приводит к желатинизации и образованию крахмального клейстера. Эти изменения в свойствах крахмала могут оказать значительное влияние на усвояемость крахмалосодержащих продуктов (Conde et al., 2022), что является важным фактором, способствующим включению бобовых в ежедневный рацион.
Растет интерес к использованию кинетического подхода для описания усвояемости крахмала в пищевых продуктах. Более медленное и устойчивое высвобождение крахмала может привести к длительному насыщению, что может быть полезно для снижения веса и снижения риска неинфекционных заболеваний. Кроме того, замедление переваривания крахмала также может помочь регулировать уровень глюкозы в крови, что важно для людей с сахарным диабетом или тех, кто подвержен риску развития этого заболевания. Поэтому при консервировании одна из основных проблем заключается в том, как сбалансировать тепловую обработку для уничтожения патогенных микробов и порчи продуктов с последующей потерей питательной ценности.
Для обработки в автоклаве сухие бобы замачивают, бланшируют, упаковывают в контейнер и затем подвергают автоклав, чтобы завершить процесс приготовления и получить коммерческую стерильную продукцию, сохраняющую срок годности (Bassett et al., 2020). На продолжительность обработки влияет рецептура продукта и размер упаковки. Чтобы свести к минимуму влияние на качество перерабатываемых продуктов, в секторе термической обработки постоянно совершенствуются конструкции автоклавов и тепловые технологии, позволяющие увеличить время стерилизации при сохранении оптимального качества продуктов (Yu et al., 2023).
Альтернативный подход к уменьшению потерь заключается в сокращении продолжительности обработки при переходе от банок к пакетам-ретортам. Пакет-реторта имеет большую площадь поверхности, чем банка, что способствует более высокой скорости теплопередачи и сокращению времени обработки пищевых продуктов. Как показали исследования, проведенные MacNaughton и соавторами (2018a, 2018b), сокращение времени приготовления обеспечивает превосходный вкус, повышенную питательную ценность и меньшую потерю влаги.
В автоклавах также могут быть использованы технологии перемешивания, при которых упаковка подвергается перемещению, что повышает скорость проникновения тепла внутрь упаковки и тем самым оптимизирует условия обработки. Такое движение не только сокращает продолжительность обработки, но и сводит к минимуму пригорание и пережаривание, а также улучшает текстуру продукта и повышает сохранность питательных веществ (Pratap Singh et al., 2018). Повышение качества пищевых продуктов при одновременном сокращении времени и затрат представляет собой основную цель пищевой промышленности.
Переход от банок к пакетам-ретортам и применение технологии перемещения при упаковке обещают сократить время обработки и улучшить качество продуктов. Таким образом, инновационная цель данной работы заключалась в изучении влияния обработки в автоклавах, типа тары и перемещения на усвояемость крахмала из черных бобов.
Фасоль «Черная черепаха» (Phaseolus vulgaris) была приобретена на Amazon. Семена были очищены, а целые черные бобы хранились в специальной камере при высокой влажности до тех пор, пока содержание влаги не достигло 15-16%. Перед консервированием черную фасоль замачивают на 1 час с последующим бланшированием в течение 90 минут по методу, описанному Wang et al. (2022) с небольшими изменениями.
Содержание перевариваемого, резистентного и общего крахмала в крахмале черных бобов определяли с помощью набора для анализа перевариваемого и резистентного крахмала (K-DSTRS) фирмы Megazyme International Ireland Ltd., Брей, Ирландия, согласно Englyst et al. (1992). Все использованные химикаты и реактивы были аналитического качества.
Пакеты-реторты
Для проведения эксперимента было использовано в общей сложности 8 ретортных мешков размером 6,0 × 7,5 дюймов (Ш × Д), изготовленных компанией Sealed Air в Шарлотте, Северная Каролина, США, за один раз. Каждый пакет представлял собой слоистую композицию от самого внешнего до самого внутреннего слоев: 12-микронный слой полиэтилентерефталата, ПЭТ или PETE с оксидным барьерным слоем, адгезивный слой, за которым следовал 15-микронный слой биаксиально ориентированного нейлона (BON), еще один адгезивный слой и, наконец, 100-микронный слой полиуретана.- микронный слой из автоклавируемого литого полипропилена (RCPP).
Для контроля изменений температуры внутри пакетов были изготовлены пакеты с термопарами, каждый из которых оснащен многожильной термопарой Ecklund типа T (Ecklund Harrison, Форт-Майерс, Флорида, США) 24-го калибра с горячим спаем, расположенным в центре пакета-реторты (см. рис. 1). Длина выводов термопары в пакете составляет 0,6 м длинный и был присоединен к подводящим проводам с помощью сверхминиатюрных штекерных разъемов (TechniCAL, Metairie, Лос-Анджелес, США). Подводящие провода были изготовлены из термопарного провода типа Т 24-го калибра (Ecklund Harrison) и подсоединены к поворотному регистратору данных Calplex ™ (TechniCAL, Metairie, Лос-Анджелес, США) с помощью сверхминиатюрных штекерных разъемов (TechniCAL, Metairie, Лос-Анджелес, США). Программное обеспечение CALsoft™ (техническое) регистрировало данные о проникновении тепла для каждой термопары во время работы автоклава.
Банки-реторты
Восемь стальных банок, состоящих из 2 частей, размером 300 × 400 (Ш × Д; Герметичный воздух, Шарлотт, Северная Каролина, США) были переработаны за один раз. Для измерения проникновения тепла в пакеты были установлены термопарные банки с многожильной иглой Ecklund типа «Т» длиной 1,50 дюйма (техническая, Metairie, Лос-Анджелес, США), наконечник датчика которой расположен в геометрическом центре банки (см. рис. 1). 1) и подключен к поворотному регистратору данных Calplex ™ (TechniCAL, Metairie, Лос-Анджелес, США) с помощью сверхминиатюрных штекерных разъемов (TechniCAL, Metairie, Лос-Анджелес, США). Программное обеспечение CALsoft™ (техническое) регистрировало данные о проникновении тепла для каждой термопары во время работы автоклава.
Заполнение, герметизация и обработка тары
Для розлива в банки и пакеты готовили морской раствор сахарозы (1,5%), соли (NaCl; 1,2%) и кальция (CaCl2; 100 частей на миллион = 100 мг Ca/литр воды = 3,7 г CaCl2·2H2O), который нагревали до достижения температуры 200°F.
Фасоль для начинки в реторт-пакетах
Пакеты с термопарами и без них заполняли 110 г черной фасоли и рассолом до тех пор, пока объем не достигал 360 мл. Затем пакеты были запечатаны с помощью импульсного термосваривателя (Toyo Jidoki Co., Токио, Япония), установленного при температуре 275 ° F, с продолжительностью нагрева 1 с и последующим охлаждением 1 с. Затем пакетикам дали остыть при температуре приблизительно 22°C. Затем черные бобы в пакетах высушили в духовке при температуре 104°F.
Фасоль разложили по банкам
Банки с термопарами и без них заполняли 110 г черной фасоли и рассолом до тех пор, пока объем не достигал 360 г с небольшим количеством свободного пространства, и закрывали крышками с помощью устройства для закатки банок.
Обработка в автоклаве
В эксперименте использовался автоклав для распыления воды с двумя корзинами (Surdry; Stock America, Графтон, Висконсин, США), в соответствии с технологическими условиями, описанными в таблице 1 и проиллюстрированными на рисунках 2 и 3. Единственным параметром, изменившимся при использовании двух автоклавных процессов, было введение движения, при этом можно было выбрать статическое или колебательное движение. Колебательный метод применялся при частоте вращения 10,5 об/мин и угле колебания 15°. Полное колебание — это перемещение корзины из центрального положения в крайнее правое, затем в крайнее левое и, наконец, возвращение в центр. В каждой корзине было тринадцать полок размером 95,88 × 99,69 × 6,35 см. На десятой полке корзины хранилось восемь мешочков. Всего в центре стеллажа между запечатанными банками/пакетами было проложено 2 свободных провода. Во время работы автоклава на всех остальных стеллажах не было банок/пакетов. Эксперимент включал в себя 20 запусков автоклава в целом, 10 запусков в статическом режиме и 10 запусков с использованием колебательного движения. После запуска автоклава банки/пакеты были сняты со стеллажей и заменены новыми банками/пакетами. Затем черные бобы высушили в духовке при температуре 40°C.
Подсчитали продолжительность процесса
Средняя продолжительность обработки для каждой комбинации обработок была определена путем анализа данных о проникновении тепла с помощью программного обеспечения CALsoftTM, разработанного компанией TechniCAL. Расчет продолжительности обработки проводился с использованием метода формулы Болла, описанного в исследовании Болла в 1923 году.
Выделение крахмала из черных бобов
Выделение крахмала как из нативных, так и из переработанных черных бобов проводили с использованием метода мокрого помола, описанного в исследовании Punia Bangar et al. (2021). В общей сложности 500 г чистых, здоровых и неповрежденных семян погружали в раствор метабисульфита натрия (Na2S2O5; 0,1%) на 20 ч при температуре 50°C с периодической циркуляцией жидкости. Через 20 ч жидкость удалили, а семена измельчили в лабораторной кофемолке. Измельченную кашицу пропустили через множество сит для удаления крупных частиц. Крахмально-белковую суспензию оставляли нетронутой в течение 4-5 ч, позволяя отделиться надосадочной жидкости, которую затем удаляли путем отсасывания. Полученный осадок, состоящий в основном из крахмала, смешивали с водой и центрифугировали с помощью центрифуги (Avanti® JXN-30, Beckman Coulter, Inc., Индианаполис, Индиана, США) при 10 000 × g в течение 10 минут для удаления остатков белков и волокон. Собранный крахмал затем подвергали сушке в печи в течение 12 ч при температуре 45°C.
Ферментация крахмала in vitro
In vitro перевариваемость крахмала из черной фасоли исследовали с помощью набора для анализа перевариваемого крахмала (RDS, SDS, TDS и RS) (K-DSTRS) в соответствии с процедурой, разработанной (McCleary & Monaghan, 2002).
Крахмал (0,5 г) смачивали этанолом (95% по объему; 0,5 мл) и смешивали с буфером на основе малеата натрия (50 мм, рН 6,0; 17,5 мл), и смесь выдерживали при температуре 37°C в течение 5 минут. Параллельно готовили смесь ферментов путем объединения 0,5 г панкреатической α-амилазы (PAA; 4 КЕ/5 мл) и амилоглюкозидазы (AMG; 1,7 КЕ/5 мл), которые затем добавляли в 25 мл буфера с малеатом натрия (рН 6,0). Затем эту ферментную смесь (2,5 мл) добавляли к каждому образцу раствора, который выдерживали при температуре 37°C при непрерывном перемешивании в течение 4 часов.
Эта продолжительность соответствует типичному периоду пребывания пищи в тонком кишечнике человека, и аликвоты реакционного раствора отбирали в три временных интервала: 20 мин (для измерения RDS), 120 мин (для расчета SDS; SDS = содержание крахмала при 120-20 мин) и 240 мин (для определения TDS и рупий). Для получения RDS, SDS и TDS экстрагировали 1,0 мл аликвот и смешивали с 20 мл 50 мм уксусной кислоты, чтобы остановить реакцию.
После тщательного перемешивания аликвоты по 0,1 мл смешивали с 0,1 мл AMG (100 Ед мл−1) для ферментативного превращения оставшейся мальтозы в глюкозу, количественно определяли с помощью реактива GOPOD. Поглощение измеряли при длине волны 510 нм на образце (смешивая 0,2 мл 100 мм уксусной кислоты с 3 мл реактива GOPOD) с помощью УФ-спектрофотометра (спектрофотометр SPECTRONIC™ 200, Thermo Fisher Scientific, Массачусетс, США). Этот процесс облегчил измерение усвояемых компонентов крахмала (RDS, SDS и TDS, % по массе, по принципу “как есть”), и расчеты были выполнены с использованием предоставленного уравнения.
Время обработки
Подход, подробно описанный в этой статье, основан на ключевых процедурах, разработанных (Wang et al., 2022), с небольшими изменениями в предписаниях по вымачиванию и бланшированию, а также по весу твердой начинки на банку/пакет. Для стандартизации параметров процесса черные бобы подвергали автоклавной обработке до тех пор, пока они не были сварены при температуре 121°C до достижения (Fo = 6; для обеспечения коммерческой стерильности). Процесс стерилизации был разработан таким образом, чтобы обеспечить надлежащую тепловую обработку в “холодной точке”, месте с наименьшей скоростью нагрева, для достижения достаточной стерильности и минимизации потери качества продукта во время обработки в автоклаве (Jung et al., 2022).
Время приготовления было рассчитано в зависимости от типа тары (банки и пакеты) и типа движения (статическое и колебательное) в зависимости от хода автоклава, рассчитанного по методике Болла. Температуру в автоклаве доводили до 121,1 °C в течение 19 мин (BBS–PO), 20,5 мин (BBS–PS), 23,4 мин (BBS–CO) и 25,5 мин (BBS–CS). Сокращение времени выдержки при повышенных температурах повышает эффективность процесса и способствует общему улучшению текстуры и внешнего вида консервированных продуктов. Время приготовления положительно влияет на текстуру и сохранность продуктов и основано на достижении полного и равномерного прогрева упакованных продуктов. Кроме того, исследование продемонстрировало значительно более короткое время обработки черных бобов, приготовленных в реторт-пакетах, по сравнению с тем же продуктом, упакованным в металлическую банку, при равной летальности (Fo = 6).
Такое сокращение времени обработки фасоли в пакетах можно объяснить отличительными особенностями этих емкостей. Пакеты с тонким профилем и увеличенной площадью поверхности способствуют более эффективному процессу теплопередачи, ускоряя приготовление фасоли. Тонкий пакет позволяет теплу быстрее проникать через все содержимое, а увеличенная площадь поверхности обеспечивает более широкий теплообмен с продуктом, что в конечном итоге приводит к более быстрому и энергоэффективному процессу приготовления (Jung et al., 2022). Эта информация подчеркивает важность выбора упаковки для пищевых продуктов и дает ценную информацию для повышения эффективности термической обработки в пищевой промышленности.
Кроме того, результаты этого исследования подчеркивают значительное влияние процесса термической обработки или перемешивания на скорость проникновения тепла, что, следовательно, влияет на расчетное время обработки. Статическая обработка в автоклаве, характеризующаяся сохранением продукта в неподвижном состоянии при одновременном воздействии на него окружающей теплоносителя, используется для достижения коммерческой стерильности упакованного продукта. С другой стороны, ротационная обработка предполагает вращение продукта по кругу, либо из конца в конец, либо вдоль осевой оси, с целью перемешивания, ускоряющего нагрев.
Вращающиеся автоклавы используют аналогичный принцип, перемещая продукт из стороны в сторону или взад-вперед для перемешивания, что повышает эффективность нагрева. Исследование показало, что контейнеры с вращающимися автоклавами, будь то банки или пакеты, наполненные черной фасолью, обладают значительно более высокой скоростью проникновения тепла по сравнению с их статическими аналогами. Такая разница в скорости проникновения тепла может быть объяснена динамическим движением, которое усиливает конвективную теплопередачу внутри контейнеров, тем самым сокращая время обработки и обеспечивая равномерную тепловую обработку пищевого продукта.
Усвояемость крахмала
В ходе исследования были изучены различные параметры усвояемости крахмала in vitro, включая RDS, SDS, RS, TDS и общее содержание крахмала (%) в сырых и протертых черных бобах, упакованных в банки и пакеты, при различных условиях перемещения (статическом и колебательном), представленных в таблице 2. Было установлено, что показатель коммерческой стерильности, равный 6,0, является высокоэффективным для достижения коммерческой стерильности при автоклавной обработке черных бобов и не оказывает существенного отрицательного влияния на цвет, вкус или текстуру. Сырые черные бобы содержали RS 47,91% и RDS 10,51% соответственно. Было обнаружено, что содержание SDS, который медленнее переваривается в тонком кишечнике и обычно считается наиболее желательной формой пищевого крахмала, составляет 15,67%.
Эти данные свидетельствуют о том, что сырой крахмал из черных бобов с высоким содержанием RS менее усваивается организмом, что также подтверждается выводами Романо и др. (2019). RS в основном состоит из плотно расположенной кристаллической структуры, имеющей радиальный рисунок, который, следовательно, ограничивает доступность пищеварительных ферментов (Jeong et al., 2019). Кроме того, бобы имеют одинаковый размер гранул крахмала, большое количество кристаллов В-типа и низкое содержание связанных липидов, что способствует повышению устойчивости крахмала черных бобов к ферментативному гидролизу.
Эти свойства способствуют более медленному расщеплению крахмала на более простые сахара, что потенциально приводит к снижению гликемического индекса и другим физиологическим преимуществам. Сырые крахмалы менее подвержены ферментативному гидролизу. Высокое содержание RS в крахмале черных бобов делает его перспективным пищевым ингредиентом, поскольку RS обладает физиологическими преимуществами, сходными с пищевыми волокнами, что делает его интересным компонентом для разработки продуктов питания, ориентированных на здоровье (Walsh et al., 2022). Эти результаты проливают свет на питательный и функциональный потенциал черной фасоли, особенно в контексте укрепления здоровья и хорошего самочувствия с помощью выбора рациона питания.
Переработка пищевых продуктов приводит к изменениям в пищевой матрице, что является фактором, способным существенно повлиять на усвояемость крахмала в бобовых продуктах питания. Наличие в бобовых антипитательных веществ, таких как ингибиторы ферментов, лектины, сапонины, фитаты и дубильные вещества, обычно приводит к снижению усвояемости крахмала в бобовых. Применение различных методов обработки может привести к инактивации или частичному расщеплению дубильных веществ, фитатов и ингибиторов амилазы, что повышает восприимчивость к ферментативному воздействию и делает крахмал более усваиваемым (Jeong et al., 2019).
Исследования показали, что приготовление под давлением особенно эффективно повышает усвояемость крахмала in vitro. Такая эффективность объясняется такими процессами, как набухание гранул, желатинизация и разрушение кристаллической структуры крахмальных гранул (Bravo, 1999; Jeong et al., 2019). Во время варки бобовых крахмальные гранулы подвергаются желатинизации, в результате чего водородные связи в аморфной и кристаллической областях разрушаются, что приводит к необратимому разрушению крахмальных гранул (Scott & Awika, 2023), что повышает их доступность для пищеварительных ферментов и, следовательно, их гидролиз, делая их более восприимчивыми к ферментативному расщеплению.
Этот механизм демонстрирует улучшенную усвояемость крахмала, достигаемую после термической обработки, при значительном снижении значений RS. Повышение усвояемости после тепловой обработки зависит от эффективности инактивации ингибитора амилозы, степени денатурации белков, образующих оболочку вокруг гранул крахмала, и удаления других веществ, влияющих на усвояемость, но, прежде всего, от степени желатинизации крахмала (Piecyk et al., 2019). Результаты исследования свидетельствуют о значительных изменениях в составе крахмала черных бобов, вызванных обработкой в автоклаве. В частности, содержание RS и SDS в черных бобах было заметно снижено, в то время как содержание RDS увеличилось в процессе приготовления.
Такое изменение в составе крахмала означает, что после автоклавной обработки черные бобы перестают быть богатыми RS (устойчивыми к перевариванию) и становятся более быстроусвояемыми. Содержание SDS снизилось с 15,67 до 10,65% (BBS-PS), 9,52% (BBS–PO), 7,98% (BBS–CS) и 8,95% (BBS–CO). Кроме того, содержание RS снизилось с 47,91 до 14,62% (BBS–PO), до 12,64% (BBS–PS), до 12,46 (BBS–CO) и до 11,86% (BBS–CS), что могло быть связано с разрушением RS1 (физически недоступного крахмала) и RS2 (нативного гранулированный крахмал) во время термической обработки (Escobedo et al., 2020).
Результаты, представленные в нашем исследовании, тесно согласуются с результатами, опубликованными Escobedo и соавторами (2020), поскольку они наблюдали сходные тенденции в изменении содержания RS при обработке черных бобов в различных условиях приготовления. В частности, их исследование показало, что автоклавирование черных бобов при температурах 100°C в течение 30 минут и 121°C в течение 15 минут привело к заметному снижению содержания RS примерно на 14,4% и 26,6% соответственно по сравнению с сырыми бобами. Это подчеркивает восприимчивость RS к термической обработке, поскольку более высокие температуры и более длительная продолжительность приготовления были связаны с более существенным снижением уровня RS (Escobedo et al., 2020).
В аналогичном исследовании, проведенном Piecyk et al. (2018), было изучено влияние варки на содержание крахмала в зеленом горошке. Интересно, что результаты этого исследования показали противоположную тенденцию в отношении RDS по сравнению с RS и SDS. Приготовление крахмала из зеленого горошка привело к значительному увеличению содержания RDS. Однако в случае RS и SDS их уровни значительно снизились, снизившись с 41,3% до 12,1% для RS и с 39,1% до 8,6% для SDS. Эти результаты подчеркивают сложную природу превращений крахмала в процессе приготовления и позволяют предположить, что различные типы крахмалов могут по-разному реагировать на одни и те же процессы приготовления. Кроме того, важно знать, что обработка в автоклаве может потенциально способствовать образованию RS3 (ретроградного крахмала).
Однако снижение содержания RS1 и RS2, которые составляют нативный резистентный крахмал, выше, чем образование RS3. Наличие неповрежденных клеточных структур, окружающих гранулы крахмала, препятствует процессу набухания и растворения крахмала, образованию ретроградного крахмала (RS3). Это явление приводит к замедлению скорости переваривания в лабораторных условиях, а это означает, что крахмал становится менее восприимчивым к ферментативному расщеплению вне организма человека (Siddhuraju & Becker, 2001).
Процесс автоклавной обработки оказывает заметное влияние на состав и усвояемость крахмала из черных бобов. При сравнении сырого крахмала из черных бобов и термически обработанного крахмала из черных бобов общее содержание усвояемого крахмала (TDS) увеличивается с 28,70% до 41,71%. Кроме того, этот способ обработки приводит к существенному повышению содержания быстроусвояемого крахмала (RDS) в различных образцах черной фасоли. В частности, в BBS–PS содержание RDS повышается с 10,51% до 31,16%, в то время как в BBS–PO оно увеличивается до 32,11%.
В случае BBS–CS и BBS–CO уровни RDS повышаются до 26,33% и 27,27% соответственно. Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что обработка крахмала в автоклаве значительно повышает восприимчивость крахмала к расщеплению α-амилазой поджелудочной железы, что в корне изменяет питательные свойства крахмала из черных бобов. Процесс автоклавирования оказывается более эффективным для повышения усвояемости крахмала in vitro за счет механизмов, включающих набухание гранул, желатинизацию и разрушение кристаллической структуры внутри гранул крахмала (Piecyk et al., 2018).
Выводы, полученные в результате этого исследования, проливают свет на сложную взаимосвязь между термической обработкой, свойствами крахмала и усвояемостью пищевых продуктов, проливая свет на механизмы, лежащие в основе изменения свойств крахмала в процессе автоклавной обработки, что имеет первостепенное значение для понимания питательных свойств таких методов обработки пищевых продуктов. Кроме того, в исследовании сообщалось, что черные бобы, запеченные в пакетиках, содержат больше RDS (10,51–31,16 (BBS–PS) и 32,11 (BBS–PO)) и снижают содержание RS (47,91–12,64 (BBS–PS) и 14,64 (BBS–PO)), чем консервированные черные бобы. Это наблюдаемое изменение указывает на то, что обработка фасоли в пакетиках оказала более существенное влияние на состав крахмала в фасоли по сравнению с консервированной черной фасолью.
Уникальные характеристики фасоли в пакетиках дают некоторое представление об этом явлении. Такие пакеты имеют значительно большую площадь поверхности по сравнению с традиционными банками или полужесткими контейнерами. Увеличенная площадь поверхности способствует более эффективной передаче тепла пищевому продукту внутри, что приводит к сокращению общего времени обработки и заметному улучшению усвояемости. Это подчеркивает роль упаковки в воздействии на эффективность обработки в автоклавах, демонстрируя, что выбор контейнера может существенно повлиять на питательные свойства и текстуру конечного пищевого продукта, а также подчеркивает потенциальные преимущества обработки в мешочках для оптимизации этих свойств.
Кроме того, движение при обработке в автоклаве может существенно повлиять на скорость проникновения тепла и, следовательно, на расчетное время обработки. Было обнаружено, что время, необходимое для достижения 12-кратного уменьшения количества Clostridium botulinum, в колебательном режиме сокращается быстрее, чем в статическом режиме. Кроме того, было продемонстрировано, что колебательное движение сокращает время процесса и улучшает проникновение тепла внутрь автоклавных пакетов. Сокращение времени обработки может привести к увеличению выхода продукта и сохранению важных питательных веществ.
Кроме того, наблюдается положительная корреляция между временем приготовления и текстурой, а также сохранностью, в то время как с массой промытых и высушенных бобов существует отрицательная корреляция, свидетельствующая о том, что фасоль более медленного приготовления обладает превосходными консервирующими свойствами (Bassett et al., 2020). Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, согласно которым колебательное движение увеличивало средний наклон нагрева и сокращало время обработки по сравнению со статическим режимом (MacNaughton et al., 2018a, 2018b). В другом исследовании для стандартизации параметров процесса было проведено автоклавирование креветок курума в автоклаве с избыточным давлением при различных значениях Fo (7, 8 и 9) в пакетах-ретортах и алюминиевых банках одинакового веса и летальности.
Использование ретортных пакетов для термической обработки привело к значительному сокращению времени обработки на 35% по сравнению с жестяными банками при достижении эквивалентной летальности (Mohan et al., 2016). Наблюдаемые различия между этими режимами обработки в автоклаве служат примером того, как можно стратегически использовать управление движением внутри автоклава для оптимизации эффективности и безопасности процесса термической обработки. Это понимание особенно актуально в пищевой промышленности, где обеспечение безопасности и качества с минимальными затратами времени имеет первостепенное значение.
Результаты ясно показывают, что обработка черных бобов в автоклаве приводит к значительному повышению усвояемости крахмала при любых сочетаниях упаковки и перемешивания; тем не менее, BBS–PO по-прежнему содержит относительно приличное количество SDS и RS по сравнению с другими комбинациями. Результаты исследования показывают, что сокращение времени обработки в пакетах и при колебании может благотворно сказаться на качественных характеристиках, вкусовых качествах и текстурных свойствах пищевых продуктов.
Вывод
Это исследование, посвященное изучению усвояемости крахмала из черных бобов в автоклавах, дает ценную информацию об оптимизации стратегий производства и упаковки пищевых продуктов. Понимание того, как эти факторы влияют на качество пищевых продуктов, приобретает первостепенное значение, поскольку потребительский спрос на удобные и стабильные при хранении пищевые продукты продолжает расти. Использование ретортных мешков, отличающихся превосходной теплопередачей, доказало свою эффективность в сокращении общего времени обработки, тем самым повышая эффективность без ущерба для безопасности.
В продуктах с низким содержанием кислот обработка в автоклаве позволяет исключить присутствие Clostridium botulinum в продуктах с низким содержанием кислот. Изменения в усвояемости крахмала, в частности, увеличение содержания RDS и снижение содержания SDS и RS в результате обработки в автоклаве, подчеркивают необходимость тщательного соблюдения баланса между удобством и сохранением питательных веществ. В то время как обработка в автоклаве привела к увеличению содержания RDS, она привела к снижению содержания SDS и RS.
Эти изменения имеют решающее значение для пищевой промышленности, подчеркивая важность оптимизации методов обработки для сохранения полезных свойств черных бобов. Это исследование закладывает основу для разработки пищевой промышленностью инновационных решений, отвечающих меняющимся предпочтениям потребителей и способствующих улучшению состояния здоровья.