Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 6
1.1. Комплексное использование продуктов переработки зерна...9
1.2. Мучные композитные смеси 16
1.3. Применение ферментных препаратов при приготовлении хлебобулочных изделий 17
1.4. Свойства молочной сыворотки и ее использование в производстве мучных изделий продуктов питания 24
1.5. Заключение по обзору литературы, цели, задачи исследований и обоснование выбранного направления работы 32
ГЛАВА 2. Методика проведения исследований 34
2.1 Организация экспериментальных работ 34
2.2 Объекты исследований 36
2.3 Методы исследований 38
ГЛАВА 3. Результаты исследований и их обсуждение 41
3.1.Влияние молочной сыворотки и ферментных препаратов на свойства пшеничных отрубей 41
3.2 Влияние ферментированных отрубей на свойства теста и качество хлеба 50
3.2.1 Влияние ферментных препаратов на качество хлеба 50
3.2.2 Влияние ферментных препаратов на свойства клейковины и теса 55
3.2.3 Влияние ферментированных отрубей на качество хлеба
3.3 Определение параметров ферментации отрубей 71
3.4 Определение оптимальных параметров приготовления хлеба..76
ГЛАВА 4. Практическая реализация результатов исследований 82
4.1 Технология хлеба, обогащенного молочной сывороткой и ферментированными отрубями 82
4.2 Химический состав и пищевая ценность хлеба, обогащенного молочной сывороткой и ферментированными отрубями 86
4.3 Расчет ожидаемой экономической эффективности производства хлеба «Фаворит» 89
Выводы 92
Список использованных источников
- Мучные композитные смеси
- Объекты исследований
- Влияние ферментированных отрубей на свойства теста и качество хлеба
- Химический состав и пищевая ценность хлеба, обогащенного молочной сывороткой и ферментированными отрубями
Мучные композитные смеси
Перспективные направления обогащения продуктов пищевыми волокнами: хлеб, напитки, кондитерские, консервированные первые обеденные блюда, кулинарные изделия из теста, мяса, рыбы, зерновые завтраки, молочные продукты и др. [5-20].
Пищевые волокна (ПВ) - комплекс биополимеров, включающий полисахариды (целлюлозу, гемицеллюлозы, пектиновые вещества), а также лигнин и связанные с ними белковые вещества, формирующие клеточные стенки растений [21]. Их особенность - плохая перевариваемость в пищеварительном тракте человека и разрушение в его толстой кишке. ПВ - обязательная составная часть продуктов переработки зерна, овощей, фруктов, винограда - ежедневной пищи человека. В то же время - это основные биополимеры трав, стеблей злаков и древесины [22].
По мере прогресса технологии производства пищи она все в большей степени рафинируется, очищается от ПВ. Это ведет к снижению содержания последних, а следовательно, к уменьшению количества ПВ в ежедневных рационах питания. Как следствие, в конце XX века в Европе, США получили развитие ряд заболеваний, названных "болезнями века". В том числе возросло количество колитов, запоров, дивертикулеза, диабета, ате 11 росклероза, рака прямой кишки и других [23-27]. Одновременно снизилась сопротивляемость организма человека воздействию экологически вредных веществ (ЭВВ) [28, 29]. Получили развитие гиподинамия и гипокинезия [30].
ПВ, формирующие клеточные стенки различных растений, в основном содержат целлюлозу, полисахариды гемицеллюлоз, пектиновые вещества, лигнин. Ряд из них (гемицеллюлозы) частично ковалентно связан с лигнином, белком [32,32], а целлюлоза и часть остальных высокомолекулярных веществ взаимодействуют за счет водородных связей и других физических сил. Строение этих веществ, их межмолекулярное взаимодействие определяют свойства ПВ в целом, в том числе способность удерживать влагу, ионитные и другие особенности, поведение при кулинарной обработке и качество пищи.
Первые публикации о нормах потребления балластных веществ (так называемых пищевых, диетических, растительных, природных волокнах) появились 30 лет назад. Неполные данные о средних ежедневных потребностях взрослого человека в балластных веществах (клетчатка и пектин) были названы институтом питания АМН СССР в количестве 25 г [33].
Хотя отдельные компоненты пищевых волокон (целлюлоза, пектин, гемицеллюлозы) были известны еще в начале этого века, современные представления о пищевых волокнах сложилось сравнительно недавно, а именно, после разработки ферментного метода их определения [34].
Обязательное содержание пищевых волокон в рационах позднее было обосновано во многих работах [35-42]. Пищевые волокна выполняют в организме множество функций [43]. Специалистами в области медицины установлено, что потребность взрос 12 лого человека в пищевых волокнах составляет 25...30 г. в сутки в зависимости от возраста и физиологического состояния человека [9, 44].
При недостаточном потреблении пищевых волокон ухудшается перистальтика и дивертикулез кишечника и, вследствие этого, накопление в нем токсичных для организма человека отходов пищеварения и возникает ряд других заболеваний. Благодаря высокой гидрофильности и адсорбционной способности, пищевые волокна связывают в кишечнике соли тяжелых металлов, радионуклиды и способствуют выведению их из организма [9, 45].
Установлено, что часть чужеродных человеку веществ может вызывать вредоносные мутации - внезапные изменения генетической информации, проще сказать, наследственности. Имеются данные, что пищевые волокна способны связываться с мутагенами в желудочно-кишечном тракте и выводить их из организма [46].
Многочисленными исследованиями доказано, что недостаток в рационе пищевых волокон приводит к снижению уровня сердечных заболеваний, регулированию работы кишечника, улучшению микрофлоры толстой кишки, повышению двигательной активности двенадцатиперстной кишки и уменьшению вероятности развития рака кишечника. Следует отметить, что пищевые волокна снижают уровень холестерина в крови и оказывают сахоропонижающее действие при сахарном диабете [45, 47].
Объекты исследований
Предназначен для гидролиза крахмала и модификации некрахмальных полисахаридов. Ферменты получены продуцированием селектированных генетически немодифицированных штаммов Aspergillus Oryzae и Humicola insolens.
Фунгамил Супер АХ представляет собой светло-коричневый, сыпучий, непылящий микрогранулят со средним размером частиц 150 микрон, стандартизирован с использованием специальной пшеничной муки, активные компоненты хорошо растворимы в воде. Оптимальными условиями действия а-амилазы являются температура до 50С и рН 5, для действия пентозаназы - температура до 40С и рН 5-6.
Пентопан 500 БГ. Ферментный препарат Пентопан 500 БГ пентозаназы и гемицеллюлазы, обеспечивающих гидролиз или модификацию некрахмальных полисахаридов пшеницы. Ферменты получены продуцированием Humicola insolens.
Пентопан 500 БГ представляет собой сыпучий, непылящий микрогранулят со средним размером частиц 150 микрон, цветом от светло-коричневого до коричневого, стандартизирован с использованием специальной пшеничной муки, активные компоненты хорошо растворимы в воде. Оптимальными условиями действия ферментного препарата Пентопан 500 БГ являются температура до 40С и рН 5-6.
Новозим 27016. Ферментный препарат Новозим 27016 является смесью ферментных препаратов для гидролиза углеводов второго порядка и липазы. Ферменты получены при глубинном культивировании генетически модифицированных штаммов микроорганизмов Bacillus и Aspergillus.
Новозим 27016 представляет собой светлый, сыпучий, непылящий микрогранулят со средним размером частиц 150 микрон, стандартизиро 38 ван с использованием специальной пшеничной муки, активные компоненты хорошо растворимы в воде.
При выполнении работы использовали специальные, общепринятые и модифицированные физико-химические методы исследований. Массовую долю жира пшеничных отрубей определяли по методу Проскурякова и Чижовой [124]. Определение массовой доли крахмала пшеничных отрубей и проводили поляриметрическим методом [125]. Массовую долю белка пшеничных отрубей определяли в соответствии с ГОСТ 10846-91. Массовую долю общего сахара пшеничных отрубей определяли ускоренным полумикрометодом [126]. Массовую долю пентозанов пшеничных отрубей определяли модифицированным методом ВНИИПБП [ 127]. Массовую долю липидов пшеничных отрубей определяли экстрак-ционно-весовым методом [127]. Определение массовой доли клетчатки пшеничных отрубей проводили в соответствии с ГОСТ 13496.2. Определение массовой доли пищевых волокон пшеничных отрубей проводили кислотным методом [128].
В сухие пробирки амилотеста вносили 6,7 г пшеничных отрубей (проход через сито с размером ячеек 1 мм), приливали по 25 см3 дистиллированной воды или раствор ферментного препарата с температурой 20 С. Пробирки закрывали резиновыми пробками, энергично встряхивали 10-15 раз для получения однородной суспензии, затем термостатировали при температуре 40 С в течение 15 минут. После термостатирования из пробирок вынимали пробки, колесиком шток-мешалки перемещали прилипшие к стенкам частицы в общую массу суспензии. Пробирки помещали в специальную кассету, которую устанавливали в гнезда на крышке водяной бани прибора и проводили определение в режиме 2 при скорости нагрева 6 град/мин.
В коническую колбу на 250 см помещали 20 г пшеничных отрубей, приливали 200 см3 дистиллированной воды с температурой 40 С и перемешивали. Колбу термостатировали при температуре 40 С в течение 30 минут с перемешиванием каждые 10 минут. По истечении времени термостатирования надосадочную жидкость отфильтровывали. Отбирали по 15 см фильтрата и помещали в калиброванную пробирку и термостатировали в водяной бане прибора при температуре 40 С в течение 5 минут. Определение проводили при нагрузке 20 г/см2. Динамическую вязкость суспензий рассчитывали по формуле 4=KMt, (2) где г\- динамическая вязкость, мПа с; К- коэффициент для измерительной колбы; М- масса гирь, г/смЗ; t- время прохождения шариком заданного перемещения (30 мм), с. Структурно-механические характеристики определяли на приборе «Структурометр». Величину предельного напряжения сдвига т0, кПа, определяли по величине максимального погружения конуса hmax, м, в исследуемый материал.
Влияние ферментированных отрубей на свойства теста и качество хлеба
Регрессионный анализ экспериментальных данных показал, что зависимость удельного объема хлеба от количества вносимых отрубей удов-летворительно (коэффициент детерминации R =0,98-0,99) описывается линейными уравнениями.
Представленные данные показывают, что пшеничные отруби вызывали ухудшение качества хлеба. Внесение отрубей в количестве 40 % снижало удельный объем хлеба на 13-32 %. При этом величина удельного объёма зависела как от количества отрубей, так и от дозировки ферментного препарата.
Увеличение дозировки ферментных препаратов снижало отрицательное влияние отрубей на физико-химические показатели качества хлеба. Удельный объем в опытных пробах, содержащих ферментные препараты, был выше, чем в контрольных пробах. Наилучшее качество хлеба получали при совместном внесении ферментных препаратов и молочной сыворотки.
При максимальном количестве внесённых в тесто отрубей удельный объем хлеба в пробах с дозировкой Новозим 27019 0,012 % был на 15-16 %. выше, чем в контрольной пробе.
Увеличение дозировки Пентопан 500 БГ до 0,012 % приводило к увеличению удельного объема хлеба до 26 % В пробах хлеба с 40 % отрубей совместное внесение Пентопан 500 БГ и молочной сыворотки позволило улучшить удельный объем хлеба на 39 % .
Таким образом, совместное использование молочной сыворотки и ферментных препаратов Пентопан 500 БГ усиливает положительный эффект от их использования при производстве хлеба из пшеничной муки с повышенным содержанием отрубей.
Качество хлебобулочных изделий во многом зависит от свойств муки. При переработке муки с неудовлетворительными свойствами для получения изделий высокого качества используют специальные добавки - улучшители. В качестве улучшителей могут использоваться ферментные препараты, применение которых позволяет устранить дефекты, вызванные неудовлетворительным качеством муки. Улучшителей способны корректировать качество муки, но не оказывают влияние на биологическую ценность хлеба. Молочная сыворотка и отруби являются природными компонентами, содержащими биологически активных вещества.
Особый интерес представляет возможность улучшения качества и одновременного повышения пищевой ценности продуктов путем внесения биологически активных веществ, входящих в состав молочной сыворотки.
Результаты исследований приведенных в разделе 3.1, показали, что молочная сыворотка может оказывать влияние на ферментативное изменение свойств крахмала.
На модельных системах исследовали влияние пшеничных отрубей, обработанных ферментными препаратами, на свойства клейковины и теста.
В работе использовали ферментированные пшеничные отруби. Обработку отрубей ферментными препаратами Новозим 27019 и Пентопант проводили в течение 30 мин по методике, изложенной в разделе 2.
Деформацию клейковины, отмытой из бездрожжевого теста, определяли на Структурометре СТ-1 при нагрузке 10 Н.
Влияние обработки отрубей ферментными препаратами в воде (А) и молочной сыворотке (Б) на деформацию клейковины Улучшение физико-химических показателей качества пшеничного хлеба обусловлено, вероятно, укреплением структуры теста за счёт образования дополнительных межмолекулярных связей белковых молекул между собой и с другими компонентами теста.
При проведении модельных опытов было выявлено влияние ферментированных отрубей продуктов на свойства клейковины.
Добавление в тесто отрубей, приводило к расслаблению отмытой из него клейковины. Величина деформации клейковины зависела от вида ферментного препарата и способа обработки отрубей. Внесение в тесто 10-40 % отрубей без предварительной ферментативной обработки (контроль) увеличивало деформацию клейковины на 73 % (рис. 3.8). Обработка отрубей ферментными препаратами Пентопан 500 БГ и Новозим 27019 в водной среде, повышало величину деформации клейковины на 17-24 % соответственно. Ферментативная обработка отрубей в присутствии молочной сыворотки вызывала увеличение деформации клейковины при их максимальной дозировке лишь на 9-20 %. Следует отметить, что в пробах с внесением отрубей, обработанных Пентопаном, изменение деформации клейковины при увеличении дозировки отрубей, происходило менее интенсивно, чем в пробах, содержащих Новозим 27019.
Увеличение деформации связано, вероятно, с тем, что отрубистые частички и содержащиеся в них некрахмальные полисахариды (гемицел-люлозы, растворимых пентозанов и клетчатки), препятствуют образованию белкового клейковинного каркаса. Внесение ферментного препарата Пентопан 500 БГ, обладающего гемицеллюлазной активностью, способствует образованию более развитого клейковинного каркаса.
Химический состав и пищевая ценность хлеба, обогащенного молочной сывороткой и ферментированными отрубями
Нами исследовано влияние параметров обработки пшеничных отрубей ферментными препаратами на качество хлеба. Был спланирован и реализован трёхфакторный эксперимент на пяти уровнях. Планирование по методу латинских квадратов и статистический анализ экспериментальных данных проводили средствами специализированного пакета программ STATISTICA.
Наименование и уровни изучаемых факторов приведены в таблице 3.8. Таблица 3.8 Наименование и уровни факторов Наименование фактора Уровни фактора f - дозировка Пентопан 500 БГ, % к массе муки в тесте 0 0,003 0,006 0,009 0,012 t— продолжительность ферментации, мин 0 30 60 90 120 т — дозировка молочной сыворотки, % к массе муки в тесте 0 10 20 30 40 Критериями оценки (функциями отклика), характеризующими влияние изучаемых факторов на качество хлеба являлись: В - балловая оценка, балл; К - удельный объем, смЗ/г; Н - общая деформация мякиша, мм. Матрица планирования и экспериментальные данные приведены в таблицах 3.9. В результате регрессионного анализа экспериментальных данных были получены полиномиальные уравнения второго порядка: B=85,16+834,38f+0,26m-35745,4f-0,0003f+0,0009m2+7,31ft-22,24fm; (7) К=2,26+24,О2/+О,О14т-2425,12/+О,ООООО5 +0,О0ОО9т2Щ249/і-О}38/т;(8) H=4J82+333,169f+0,00997t+0,0957m-9079,65f-0,0009m2-l,59085fm. (9) где f - дозировка ферментного препарата, % к массе муки в тесте; t— продолжительность ферментации, мин; т - дозировка молочной сыворотки, % к массе муки в тесте.
Для оценивания коэффициентов уравнений регрессии применяли метод наименьших квадратов, выбирая в качестве численной процедуры для его реализации квазиньютоновский метод. Коэффициенты уравнения (7)-(9), статистически значимы на уровне р 0,05. Оценку адекватности полученных регрессионных моделей осуществляли с применением оригинальной программы в системе Matlab, сравнивая расчётные значения критерия Фишера F с его табличными значениями Fm. Для условий эксперимента табличные значения критерия Фишера FT=2, 1 превышали расчётные значения F, что свидетельствует об адекватность полученных регрессионных моделей. Кроме того, полученные модели имели достаточно высокие значения коэффициента детерминации (RI=0,97-0,98), характеризующего долю общего разброса, объясняемой построенной регрессией.
Графическая интерпретация полученных данных (рис. 3.14) в виде поверхностей и контурных графиков поверхностей отклика, позволяет визуально проследить характер влияния изучаемых параметров на свойства безбелковых макаронных изделий и на производительность экструдера. Влияние параметров ферментации отрубей на качество хлеба (матрица планирования и экспериментальные данные) Факторы Критерии оценки f - дозировка Пен-топан 500 БГ, % к массе муки в тесте t- продолжительность ферментации, мин m - дозировка молочной сыворотки, % к массе муки в тесте В-балловая оценка, бал.; К-удельный объем,смЗ/г; н-общая деформация мякиша, мм.
Зависимость балльной оценки качества хлеба (В) и удельного объема (К) от дозировки Новозим 27019 (F) и молочной сыворотки (М) при фиксированных значениях продолжительности ферментации (і) Внесение ферментного препарата Новозим 27019 и молочной сыворотки приводило к улучшению органолептических и физико-химических показателей качества хлеба. С увеличением продолжительности ферментативной обработки отрубей улучшение качества хлеба, вызванное внесением указанных компонентов, возрастало. При максимальных дозировках Новозим 27019 и молочной сыворотки увеличение продолжительности ферментации от 0 до 120 мин вызывало повышение балловой оценки на 17 баллов, удельного объема хлеба на 1,2 см /г . Наиболее заметные изменения исследуемых факторов отмечено при увеличении продолжительности ферментации от 0 до 60 мин.
Совместное внесение ферментного препарата Новозим 27019 и молочной сыворотки усиливало положительный эффект от их применения.
Анализ уравнений (6)-(8) и рис. 3.14 выявил наличие квадратичных эффектов, что свидетельствует о существовании областей экстремумов. Хлеб наилучшего качества с внесением 25 % отрубей был получен при следующих параметрах: ферментации отрубей в течении 60-120 мин, дозировке ферментного препарата 0,006-0,009 % и дозировке молочной сыворотки 30-40 % к массе муки в тесте. Увеличение времени ферментации с 60 до 120 мин не оказывало существенного влияния на показатели качества хлеба.
В дальнейших исследованиях ферментацию проводили путем выдерживания отрубей в течении 60 мин в молочной сыворотке с внесением ферментного препарата Новозим 27019 в количестве 0,006 % к массе муки в тесте. Для ферментации использовали всю сыворотку, предназначенную для приготовления хлеба. 3.4 Определение оптимальных параметров приготовления хлеба
Для определение рациональных параметров приготовления теста на основе применения ферментированных отрубей и молочной сыворотки был спланирован и реализован двухфакторный эксперимент на пяти уровнях. Планирование по методу латинских квадратов и статистический анализ экспериментальных данных проводили средствами специализированного пакета программ STATISTICA. О влиянии ферментированных отрубей и молочной сыворотки на качество хлеба судили по результатам пробных выпечек. В качестве функций отклика были выбраны: удельный объем (К, см /г), общая деформация мякиша (Н, мм), балловая оценка (В, балл) качества хлеба.
