Содержание к диссертации
Введение
1. Свойства пшеничной хлебопекарной муки применительно к технологии хлебопечения
1.1. Пшеничная хлебопекарная мука и методы определения ее основных технологических параметров
1.2. Анализ существующих методов определения клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
1.3. Виды и формы связи влаги в пшеничной хлебопекарной муке 26
1.4. Обоснование предлагаемого метода содержания клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
Выводы по главе 1 36
2. Объекты, материалы, методы определения и исследования
2.1. Программа проведения экспериментальных исследований 37
2.2. Объекты и методы исследования 39
2.3. Методика проведения исследований 42
2.4. Методика подготовки проб муки пшеничной хлебопекарной 47
Выводы по главе 2 51
3. Результаты исследований и их математическая обработка
3.1. Определение содержания сырой клейковины в пшеничной хлебопе- карной муке емкостным методом
3.2. Определение зависимости диэлектрической проницаемости пробы муки пшеничной хлебопекарной от содержания клейковины
3.3. Сопоставление разработанного метода определения содержания клейковины со стандартной методикой
Выводы по главе 3 67
Основные выводы по работе 69
Список сокращений 70
Список литературы
- Анализ существующих методов определения клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
- Обоснование предлагаемого метода содержания клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
- Объекты и методы исследования
- Определение зависимости диэлектрической проницаемости пробы муки пшеничной хлебопекарной от содержания клейковины
Введение к работе
Актуальность темы. Важной проблемой хлебопекарного производства
является улучшение качества выпускаемой продукции при снижении удельных затрат
ресурсов всех видов. Для решения проблемы повышения пищевой ценности
хлебобулочных изделий особый интерес представляет применение побочных
продуктов пивоварения для обогащения витаминного и минерального состава готовых
изделий. Ценным отходом пивоварения являются остаточные пивные дрожжи (ОПД).
Дрожжи содержат сбалансированный по своему аминокислотному составу белок,
витамины группы В, витамины D, Е, F, К и важные микроэлементы в биоусвояемой
форме. Плотная полисахаридная оболочка дрожжей, при освобождении ее с
поверхности клетки, является сорбентом микотоксинов. Основными продуктами
подверженными загрязнению микотоксинами являются зерна злаковых, и продукты
их переработки. Известно, что микотоксины устойчивы к химической и термической
обработке. Снижение содержания микотоксинов в хлебе и хлебобулочных изделиях
возможно за счет применения сорбентов микотоксинов. Разнообразный химический
состав биомассы пивных дрожжей делает их перспективным сырьем для производства
ценного белково-витаминного ингредиента, в том числе со свойствами сорбента
микотоксинов для использования в хлебопекарной промышленности. Анализ
исследовательских работ (Ройтера И.М., Витавской А.В., Юдиной С.А., Пучковой
Л.И., Киреевой Т.В и др.) показал, что применение ферментных препаратов, а также
гидролизатов и автолизатов на основе ОПД позволяет повысить пищевую и
биологическую ценность хлебобулочных изделий, а также сократить
продолжительность брожения теста и расстойки тестовых полуфабрикатов, что ведет к снижению временных затрат на производство хлебобулочных изделий, а, следовательно, и снижению себестоимости данного вида изделий. В тоже время необходимо отметить, что представленные в отечественной и зарубежной литературе способы переработки ОПД на пищевые нужды являются длительными, энергоемкими и сложными для практического применения. При этом готовый продукт имеет недостаточно высокое качество, вследствие низкой степени перевариваемости полученных добавок, связанной с высокой прочностью стенки дрожжевой клетки и наличия нуклеиновых кислот в конечном продукте. Кроме того, полученные по данным технологиям продукты, не обладают свойствами сорбента микотоксинов, из-за сохранения целостности клеток дрожжей. На кафедре ТМРПиКХ Университета ИТМО разработаны способы переработки ОПД, позволяющие получить белковый ингредиент с повышенной пищевой ценностью и высокими органолептическими показателями, а также сорбент микотоксинов с повышенными сорбционными свойствами с минимальными энергетическими и временными затратами на их производство. Таким образом, актуальной и практически значимой является задача разработки технологии применения данных белковых ингредиентов из ОПД (в том числе со свойствами сорбента микотоксинов) при производстве хлебобулочных изделий с целью получения изделий повышенного качества, при снижении затрат на производство данных изделий.
Наряду с рациональным выбором и применением пищевых микро-ингредиентов при решении вопросов, связанных с повышением качества хлебобулочных изделий и снижением энергозатрат на их производство, важное значение имеет исследование процесса выпечки и замораживания данного вида изделий. На сегодняшний день отсутствуют методы расчета времени выпекания хлеба, а также таких сложных многослойных объектов, как хлебобулочные изделия с начинкой. Момент готовности изделий на хлебопекарных предприятиях до настоящего времени определяется экспериментально. Наличие же теоретических зависимостей продолжительности выпечки от режимных параметров позволит оптимизировать как процесс выпечки, так и качество готового изделия. В настоящее время динамично развивающимся направлением является производство замороженных хлебобулочных изделий. Следует
отметить, что, в состав начинок хлебобулочных изделий вносятся разнообразные влагосвязывающие добавки, вследствие чего увеличивается доля связанной влаги в начинке, что в свою очередь приводит к снижению (в некоторых случаях значительному) криоскопической температуры продукта и соответственно уменьшению времени замораживания изделия. Существующие на данный момент расчетные соотношения для расчета продолжительности замораживания, не учитывают данный факт, что ведет к нерациональному увеличению продолжительности замораживания, а, следовательно, и увеличению энергозатрат на производство данного вида продукции. Таким образом, актуальной является также задача разработки аналитических методов расчета продолжительности выпекания и замораживания хлебобулочных изделий.
Цель исследования - разработать технологию применения белковых ингредиентов из ОПД (в том числе со свойствами сорбента микотоксинов) при производстве хлебобулочных изделий с целью интенсификации процессов производства и получения хлебобулочных изделий повышенного качества, а также разработать аналитические методы расчета продолжительности выпекания и замораживания хлебобулочных изделий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Исследовать влияние количества внесенных белковых ингредиентов из ОПД на подъемную силу хлебопекарных дрожжей.
Определить оптимальные температурные условия холодильного хранения белковых ингредиентов из ОПД, обеспечивающие сохранность свойств полученного продукта.
Исследовать влияние количества внесенных белковых ингредиентов из ОПД на интенсивность протекания основных технологических процессов при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, а также слоеных хлебобулочных изделий, и оценить влияние дозировки вносимых белковых ингредиентов из ОПД на основные показатели качества теста и готовых хлебобулочных изделий.
Обосновать дозу внесения белковых ингредиентов из ОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлебов, слоеных хлебобулочных изделий, а также плодовых, растительных и мясных начинок.
Оценить влияние внесения белковых ингредиентов из ОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, а также начинок различных наименований на пищевую и биологическую ценность данного вида изделий, в частности определить: содержание витаминов, макро - и микроэлементов, белка, а также оценить сбалансированность аминокислотного состава белков в полученных изделиях.
Изучить кинетику процесса термообработки (выпекания) хлебобулочных изделий с учетом образования корки и хлебобулочных изделий с начинками, дать расчетные соотношения.
Изучить кинетику процесса замораживания хлебобулочных изделий с начинками, как симметричных многослойных объектов, с учетом снижения криоскопической температуры начинок и теста, дать расчетные соотношения.
Разработать техническую документацию по производству различных видов хлебобулочных изделий, а также начинок с применением белкового ингредиента и сорбента из ОПД.
Научная новизна исследования:
Установлено, что применение в производстве хлебобулочных изделий и начинок белкового ингредиента из ОПД (БИОПД) позволяет интенсифицировать процесс производства и повысить пищевую и биологическую ценность данного вида изделий. Перевариваемость БИОПД составляет 90-92%.
Показано, что применение в производстве хлебобулочных изделий сорбента микотоксинов из ОПД (СОПД) с высокими сорбционными свойствами позволяет
повысить качество готовых изделий за счет снижения содержания микотоксинов в них.
Разработаны аналитические методы расчета и получены расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки, а также толщины образовавшейся за это время корки хлебобулочных изделий.
Разработаны аналитические методы расчета и получены расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки и замораживания хлебобулочных изделий с начинкой, как симметричных многослойных объектов.
Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по применению белкового ингредиента из ОПД и сорбента микотоксинов из ОПД при производстве хлебобулочных изделий различных наименований, а также плодовых, растительных и мясных начинок для хлебобулочных изделий.
Результаты исследований внедрены в условиях производства на мини-пекарне ИП Олимпиева Н.П., ЗАО "Фирма" ЭСТ" и ООО «Русская еда». Результатом производственных испытаний использования белкового ингредиента ОПД являлось получение изделий с повышенными показателями качества и пищевой ценности, а также интенсификации технологического процесса, за счет сокращения процессов брожения и расстойки. Разработана техническая документация на производство ржано-пшеничного хлеба с белковым ингредиентом из остаточных пивных дрожжей. Результаты исследований также внедрены в учебном процессе при подготовке студентов по магистерским программам: 19.04.02 - Продукты питания из растительного сырья и 19.04.03. - Продукты питания животного происхождения.
Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9168-040-70627901-2015 «Наполнители плодово-ягодные с добавлением белкового ингредиента из остаточных пивных дрожжей» и внедрена на ООО «Русская еда».
Основные положения, выносимые на защиту:
Результаты исследования влияния внесения БИОПД и СОПД на показатели качества (подъемную силу) хлебопекарных дрожжей в зависимости от количества внесения, режимов и сроков хранения БИОПД и СОПД.
Результаты исследования влияния внесения БИОПД и СОПД на интенсивность протекания процесса брожения при производстве различных видов хлебобулочных изделий, а также на пищевую и биологическую ценность готовых хлебобулочных изделий.
Результаты исследования влияния внесения СОПД на содержание микотоксинов в готовых хлебобулочных изделиях.
Технология применения БИОПД и СОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, слоеных хлебобулочных изделий, а также плодовых, растительных, и мясных начинок.
Методика расчета продолжительности процесса выпечки хлеба, а также расчетные соотношения позволяющие оценить толщину, образовавшейся за это время корки.
Методика расчета продолжительности процесса термообработки хлебобулочных изделий с начинкой как симметричных многослойных объектов
Методика расчета продолжительности процесса замораживания многослойных симметричных объектов на примере хлебобулочных изделий с начинками, с учетом снижения криоскопической температуры начинок и тестовой оболочки данного вида изделий относительно контроля.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных всероссийских и международных конференциях: VIII Международной научно-практической конференции "Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы" (Пенза, 2012 г.), международном научном форуме "Пищевые инновации и биотехнологии" (Кемерово, 2013 г.), конгрессе молодых ученых (СПб НИУ ИТМО, 2013, 2014 и 2015 гг.); VI Международной научно-
технической конференции «НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ» (Санкт-Петербург, 2013 г.), Международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава "НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ АПК" в СПбГАУ (г. Пушкин, 2014 г.), X Международной научно-практической конференции «Прикладные научные разработки - 2014». (Прага(Чехия), 2014г.), XLIV научно-методической конференции Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2015 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 работы в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста и содержит 62 таблицы, 33 рисунка и 5 приложений. Список литературы включает 135 наименований, из них 31 зарубежных авторов.
Анализ существующих методов определения клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
Между содержанием белковых веществ и клейковины в зерне пшеницы или в пшеничной муке существует прямая зависимость.
Для получения качественной хлебопекарной муки, отвечающей всем требованиям государственного стандарта, необходимо в помольной партии иметь содержание клейковины не менее 23%. Только в этом случае, жестко соблюдая технологический процесс размола пшеницы, можно получить хлебопекарную муку с содержанием клейковины в высшем сорте не менее 28%, в 1 сорте — не менее 30%, во втором сорте - не менее 25% [42].
Чем выше содержание белка в муке, тем больше количество отмываемой из нее клейковины (за исключением муки из зерна, поврежденного клопом-черепашкой, морозобойного, высушенного при высокой температуре) [52,80],чем больше в муке клейковины, тем сильнее она по реологическим свойствам [41,100].
Хлебопекарная сила пшеничной муки зависит от многих составляющих, основными из которых будут количество и качество клейковины муки и ее уг-леводно-амилазный комплекс.
Таким образом, для задач хлебопечения свойства пшеничной хлебопекарной муки главным образом зависят от содержания в ней белков клейковины и крахмала.
Информация об определении клейковины первостепенна при решении вопроса о том, для каких целей следует использовать муку для хлеба или печенья, а также какую технологию выпечки применить. Без хорошей клейковины не выпечь хлеб хорошей объемности [3].
Клейковина - важнейший фактор хлебопекарного достоинства пшеничной муки [15, 27, 40, 55].
Клейковина образуется во время замешивания пшеничной муки с водой. Она придает тесту его специфические реологические характеристики и присутствует в нем как тонкая эластичная пленка. Клейковина отличается характерными признаками, от которых зависят и эластические свойства теста, и то, как удерживается газ, образующийся в процессе ферментации.
Объем ломтя хлеба коррелирует с количеством клейковины, а именно, чем выше содержание клейковины, тем больше объем хлеба[38]. Клейковина - это комплекс белковых веществ, способных при набухании в воде образовывать связанную эластичную массу. Различают сырую (отмытая клейковина вместе с поглощенной при замесе теста водой) и сухую (клейковина после высушивания).В различных партиях муки содержание сырой клейковины колеблется в широких пределах(16—35%) [35,48].
Качество клейковины определяется главным образом свойствами, входящих в ее состав клейковинообразующих белков - глиадина и глютенина. На долю белков приходится 73% - 90%, в среднем 83%, в том числе клейковинообразующих 74% - 85%, остальное - альбумины и глобулины 3,35% - 6,75%.
Содержание глиадина во всех случаях преобладает над глютенином. Глиадин и глютенин находятся в тесной связи. При увлажнении муки в ней образуется как бы сетка теснейшим образом переплетенных между собой молекул глиадина и глютенина, в просветах этой сетки заключена вода.
Таким образом, клейковину можно рассматривать как набухший белковый комплекс, скрепляемый водородными, дисульфидными, и другими связями [51,84].
После работ Т. Осборна клейковина и ктейковинные белки стали предметом тщательного изучения исследователей всего мира
В нашей стране эти работы вели ЛЯ. Аурман, А.Б. Вакар, Н.П. Козьмина, М.И. Княгиничев, В.Л. Кретович, Л.Н. Любарский, А.Я. Пумпянский, В.Г. Конарев, АА. Созинов и их школы. В их работах было убедительно показано, что ктейковинные белки несут основную функциональную нагрузку по отношению к их влиянию на качество муки..
В настоящее время с помощью современных методов разделения белков вычислено, что птиалины в свою очередь подразделяются по их молекулярной массе (25-75000 дальтон) - составляют 45-50 % от общего содержания глиадиновой фракции; глютенины (более 100000 дальтон) - составляют 35-40 % от общего содержания птиалинов [74].
В России действуют два стандарта на метод определения количества и качества клейковины: «Зерно. Методы определения количества и качества клейко 20 вины в пшенице» (ГОСТ 13586.1-11) и «Мука пшеничная. Методы определения количества и качества клейковины» (ГОСТ 27839-88 и с 2013 года ГОСТ 27839-13).
Проведение анализа по ГОСТ 27839-13 включает операции дозирования воды и муки, замес теста, раскатывание теста в пластины.
Пластину помещают на определенное время для отлежки, затем пластину извлекают из воды, отжимают вручную до момента достижения нормированной разницы между взвешиваниями.
Недостатком указанного способа является значительное время, затрачиваемое для проведения анализа, которое в ручном режиме составляет до 70 минут, в механизированном - до 20 минут. Число операций в ручном режиме составляет - 9, а в механизированном - 7, что показано в табл.2.1.
Кроме того на каждом этапе анализа вносится погрешность, обусловленная человеческим фактором. Так, например, и при ручном и при механизированном способах определения количества клейковины предписано очищать оборудование (шпатель, пестик, ступка, штифты, дежа и т .п.) от оторвавшихся кусочков клейковины и присоединять их к общей массе отмываемой клейковины.
Для определения содержания клейковины применяют устройство МОК-1 для механизированного отмывания клейковины из шрота пшеницы. Оно представляет собой герметичную камеру, в которой вращается рабочий орган с рифлями (жгутами). Клейковина отмывается при механическом воздействии рабочего органа на тесто при непрерывной подачи воды в камеру под давлением. Содержание сырой клейковины в муке пшеницы определяют центрифужным методом.
Обоснование предлагаемого метода содержания клейковины в пшеничной хлебопекарной муке
В соответствии с целью и задачами диссертационной работы объектами исследований являлись пробы муки пшеничной хлебопекарной высшего, первого и второго сортов с разным содержанием клейковины.
Пробы муки для исследований были получены в испытательной (аналитической)лаборатории ООО «Юнайтед Фуд» (свидетельство об аттестации № SP01.01.303.062 действительно до 03.07.2016 г.) [Приложение 4].
В сопроводительной документации от этого предприятия были приведены данные по пробам муки с разным содержанием клейковины (данные приведены в таблице 2.1). Таблица 2.1.- Физико-химические показатели качества муки пшеничной хлебопекарной высшего, первого и второго сортов
Для определения основных физико-химических показателей качества муки применялись регламентированные ГОСТ методы для муки пшеничной хлебопекарной:
В лаборатории кафедры "Пищевой биотехнологии из продуктов растительного происхождения" в соответствии с ГОСТ дополнительно были проведены испытания 5 (пяти) проб муки высшего сорта и получены значения по определению содержания клейковины и крахмала для проведения дальнейших исследований по определению количества клейковины в муке (таблица 2.2.)
Таблица 2.2.- Содержание клейковины и крахмала в муке пшеничной хле бопекарной высшего сорта по ГОСТ 27839-13 и ГОСТ 10845- Проба муки Количество клейковины в образце муки Кт, % Количество крахмала в образце муки Ккр, %
Выбор технических средств для экспериментальных исследований, связанных с переводом связанной влаги клейковины муки и последующем определении электрофизическим методом количества связанной влаги в свободное состояние определяется общим объемом программы исследований.
Основной цикл измерений по определению количества клейковины в муке емкостным методом проводился в лаборатории кафедры «Автоматизации биотехнологических и теплофизических процессов» ИХиБТ НИУ ИТМО.
В настоящей работе для определения количества связанной влаги был применен емкостной метод. Схема, реализующая этот метод, представлена на рисунке 2.2. в виде экспериментальной установке, которая включает в себя следующие приборы: измеритель влажности ЭЛВИЗ-2 /термошкаф SNOL58/350 с емкостным датчиком, измеритель емкости ЕТ-20
В емкостной измерительный преобразователь закладывалась проба муки с одинаковой (измеренной заранее) влажностью и с определенным содержанием клейковины хлебопекарной пшеничной муки. Мука нагревалась до температу-ры70С, значения электрической емкости измерялись прибором ЕТ-20 через каждые 10С в интервале 30-70 С.
Температура муки определялась микропроцессорным измерительным прибором типа ТРМ 10 в комплекте с термопарой ТХК , которая была програ-дуирована с помощью эталонного термометра. Измерение влажности подлежащей исследованию пробы муки с определенным содержанием клейковины проводилось термогравиметрическим методом измерения влажности, основанном на высушивании пробы с известной исходной массой, взвешивание остатка и вычисление относительного изменения массы.
Определение массовой доли влаги в муке контролировалось также на приборе «Элвиз-2» в соответствии с ГОСТ Р 13586.5 - 93 следующим образом: навеску зерна помещали в прибор и выдерживали при температуре 105 С заданное программой время. Влажность исследуемого образца (в %) рассчитывалась прибором автоматически по формуле: (ml-m2)xl00/inl (2.1) где: ml - масса бюксы с навеской до сушки, г; ш2 - масса бюксы с навеской после сушки, г. Диапазон влажности муки пшеничной хлебопекарной, в котором производились вышеуказанные исследования, определяется ГОСТ9404-88 и соответствовал 13% и 15%.
Температура измерений пробы муки не превышала температуру 70±5С. На основании литературных данных по проведению экспериментов В. Л. Крето-вич и Т. Г. Флоренская исследовали в лабораторных условиях влияние длительного нагревания муки до температуры 40—75. Авторы пришли к выводу, что для продовольственного зерна и муки безопасной следует считать температуру нагрева 60- 70во избежании денатурации белков[56],так как денатурация сопровождается разрушением уникальной трехмерной структуры и активного центра белка и потерей его биологической, активности [5358].
Зависимость емкости муки с различным содержанием клейковины от температуры, исследовались при постоянных значениях плотности проб муки, равной 0,77 кг/ м и определенной частоте, равной 1МГц.
Из программы проведения экспериментальных данных известно, что повышение температуры продукта обуславливает переход связанной воды в свободную, что приводит к восстановлению свойств обычной воды, в том числе и повышение диэлектрических свойств продукта, одной из характеристик которой является емкость.
Измерение емкости пробы на каждой ступени выбранного диапазона температур проводилось после установления температуры муки в измерительном преобразователе к температуре внутри термошкафа и прекращения ее дальнейшего практически заметного приращения.
Выбор частоты измерений был принят на основании и по результатам работ исследователей, занимавшихся исследованием сыпучих пищевых продуктов с помощью электрофизического метода измерения влажности этих продуктов ].
Объекты и методы исследования
Выше говорилось, что в муке пшеничной хлебопекарной основными связующими составляющими являются коллоиды белков и углеводов, основными из которых являются крахмал и белки клейковины.
По данным исследователей, занимавшихся определением количества связанной воды, повышение температуры продукта обуславливает переход связанной воды в свободную, что приводит к восстановлению свойств обычной воды, в том числе и повышение диэлектрических свойств продукта, одной из характеристик которой является емкость. Значения электрической емкости муки определялись на экспериментальной установке, приведенной на рисунке 2.3.
Предельно допустимая температура нагрева пробы муки, на основании работ Кретовича В.Л., Дубцовой Г.В. с учетом фактора возможной денатурации белков клейковины была принята порядка 70±5С.
Для обеспечения перехода связанной влаги в свободную емкостным методом были проведены эксперименты на пробах муки хлебопекарной пшеничной высшего, первого и второго сорта.
В емкостной измерительный преобразователь закладывалась пробы муки с определенным содержанием клейковины и с одинаковой влажностью. Мука нагревалась до температуры70С, значения электрической емкости измерялись через каждые 10С в интервале 30-70 С. На основании экспериментальных данных были построены графики зависимости емкости муки от температуры, из которых видно, что с ростом температуры в диапазоне 30-70 С для проб муки с разным содержанием количества клейковины происходит повышение электрической емкости муки (рис. 3.1.)
Прирост емкости муки тем больше, чем больше содержание клейковины и крахмала в муке пшеничной хлебопекарной. Таким образом электрическая емкость муки зависит от содержания клейковины и крахмала в муке, а так как белки клейковины и крахмал удерживают связанную воду, перевод связанной белками клейковины и крахмалом воды в свободное состояние путем нагрева проб муки и обусловливает изменение емкости муки [Приложение 3].
Из графиков также видно, что электрическая емкость муки пшеничной хлебопекарной зависит от содержания клейковины и крахмала в мукепшеничной хлебопекарной, таким образом была установлена зависимость между количеством связанной воды и количеством крахмала и клейковины в муке.
В работах Княгиничева М.И. на основании анализа кривых сорбции муки известно, чтовлагоудерживающая способность белков клейковины выше, чем крахмала, соответственно энергия связи воды с белками клейковиной выше, чем с крахмалом. Несомненно, эта особенность непосредственно воздействует на хлебопекарные достоинства муки. То есть чем выше гидрофильность муки, тем большее количество влаги она может связать и чем прочнее будет эта связь, тем выше будет и качество готового хлеба [19].Это подтверждено и в работах Дакуорта Р.Б., который отмечал, что «содержание белка клейковины является основным показателем влагопоглощения, и, следовательно, белок клейковины и создает в муке конкуренцию за свободную воду» [26].
Так как целью работы является определение содержания клейковиныпо количеству связанной влаги, с последующим определение уже свободной влаги емкостным методом показателем, определяющим основные отличия свободной и связанной воды, является диэлектрическая проницаемость.
Для расчета количества клейковины емкостным методом в муке пшеничной хлебопекарной в рамках работы было необходимо перейти от емкости муки к диэлектрической проницаемости муки, потому что Є - безразмерная величина, которая не зависит от геометрических размеров емкостного датчика. Поэтому нами в основных расчетах использовалась именно эта величина, которая рассчитывалась по величине измеряемой емкости муки.
Также на основании экспериментальных данных и учитывая формулу пересчета емкости муки к диэлектрической проницаемости были получены графики зависимости диэлектрической проницаемости муки от температуры, которые также подтверждают прирост этого параметра от содержания клейковины и крахмала в муке пшеничной хлебопекарной с ростом температуры ( рис. 3.2.)
Как говорилось выше, основными веществами в муке, связывающими воду является крахмал и белок клейковины, необходимо выяснить влияние каждой из этих составляющих в величине диэлектрической проницаемости муки.
На основании литературных данных[64,74] и полученного уравнения регрессии зависимости диэлектрической проницаемости от количества клейковины и крахмала, а также значение удельной энергии связи компонентов муки - белка клейковины и крахмала и их молекулярные массы, мы определяли энергию связи воды белка клейковины и крахмала для произвольного образца муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта.
Зная значение удельной энергии связи компонентов муки - клейковины и крахмала (кДж/моль), а также их молекулярные массы, можно определить энергию связи воды (кДж/кг) клейковиной (Э кл) и крахмалом (Э кр) для произвольного образца муки пшеничной хлебопекарной ,например, высшего сорта:
Из данного расчета можно сделать вывод, что энергия связи клейковины выше, чем энергия связи крахмала в муке более чем в 5 раз( для произвольного образца муки). Расчет энергии связи для образцов муки пшеничной хлебопекарной с разным содержанием клейковины и крахмала, используемых в работе представлен в приложении 1. Полученный расчет подтвердил, что энергия связи клейковины выше внесколько раз, чем энергия связи крахмала в муке. Как говорилось выше, необходимо выяснить долю влияние белка клейковины и крахмала в величине диэлектрической проницаемости муки.
Получив из предложенного выше расчета удельную энергию связи белка клейковины ЕуД.КЛейк. иудельную энергию связи крахмала "уд.крахм.были предложены расчеты диэлектрической проницаемости пшеничной хлебопекарной муки и получены коэффициенты уравнения регрессии для расчета диэлектрической проницаемости муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта при температуре 70±5
Определение зависимости диэлектрической проницаемости пробы муки пшеничной хлебопекарной от содержания клейковины
Зависимость диэлектрической проницаемости пшеничной хлебопекарной муки от содержания клейковины в муке Результаты статистической обработки экспериментальных данных, используются для оценки вида распределения, проверки адекватности моделей, а также для формирования ограничений по каждому параметру. При вычислении коэффициентов регрессии уравнения, использована процедура "SolverParameters", являющаяся стандартным приложением MicrosoftEx-cel.
Учитывая, что неадекватность модели может быть обусловлена, например, недостоверностью экспериментальных данных , вследствие чего гипотеза линейной аппроксимации может привести к большой погрешности результата, необходимо провести проверку адекватности полученной модели реальному объекту, поскольку возможность применения на практике полученной математической зависимости определяется необходимой точностью описания зависимостей между содержанием диэлектрической проницаемости муки и количеством крахмала и клейковины в муке.
Проверка адекватности моделей, проведенная по критерию Фишера, подтвердила их статистическую значимость для значений доверительной вероятности Р = 95%.
Для этого при отсутствии параллельных опытов и дисперсии воспроизводимости сравнивалась остаточная дисперсия а2ост и дисперсия относительно среднего (72w F = - - (3.3) где тик, соответственно, количество внешних и внутренних факторов. Модель адекватна, если рассчитанное значение критерия Скажется больше критического значения FKp(fi, /2) для выбранного значения доверительной вероятности Р и чисел степеней свободы fi = N-1 nf2=N-(m + k + I). Значения критерия F составили, соответственно, = 17,87 FKP (15, 13) = 2,6;
Рассчитанные значения превышают критические значения для соответствующих степеней свободы, следовательно, полученная модель адекватна.
На основании экспериментальных данных были получены графические зависимости диэлектрической проницаемости муки от содержания клейковины и уравнения регрессии, на основании которых можно по величине диэлектрической проницаемости муки определить количество клейковины в любом сорте пшеничной хлебопекарной муки. н о
Зависимость диэлектрической проницаемости муки от содержания клейковины для всех сортов муки пшеничной хлебопекарной
Сопоставление разработанного метода определения содержания клейковины со стандартной методикой
Предлагаемый метод относится к физическим методам анализа количества клейковины в муке и может быть использован производителями зерна на селекционных станциях, в лабораториях научно-исследовательских институтов, лабораториях по сортоиспытанию, хлебоприемных предприятиях, а также на мукомольных и хлебопекарных предприятиях пищевой промышленности. Техническим результатом предлагаемого экспрессного метода является сокращение времени измерения количества клейковины в муке, сокращение числа операций и повышение точности ее измерения предлагаемым физически обоснованным способом [Приложение 5].
Наиболее близким аналогом по технической сущности является способ определения количества клейковины в муке, реализованный в способе определения количества клейковины в муке по ГОСТ 27839-13 «Мука пшеничная. Методы определения количества и качества клейковины». Указанный способ включает определение количества клейковины в муке по результатам отмывания её из приготовленного теста анализируемой муки.
Проведение анализа включает операции дозирования воды и муки, замес теста, раскатывание теста в пластины. Пластину помещают на определенное время для отлежки, затем пластину извлекают из воды, отжимают вручную до момента достижения нормированной разницы между взвешиваниями.
Недостатком указанного способа является значительное время, затрачиваемое для проведения анализа, которое в ручном режиме составляет до 70 минут, в механизированном - до 20 минут.
Кроме того на каждом этапе анализа вносится погрешность, обусловленная человеческим фактором. Так, например, и при ручном и при механизированном способах определения количества клейковины предписано очищать оборудование (шпатель, пестик, ступку, штифты, дежу и т. п.) от оторвавшихся кусочков клейковины и присоединять их к общей массе отмываемой клейковины.
Поставленные задачи решает предлагаемый способ определения количества клейковины в муке, заключающийся в измерении диэлектрической проницаемости муки при температуре 70±5 С и последующем определении количества клейковины по значениям диэлектрической проницаемости.