Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 6
1.1 Применение лишайников p. Cetraria в пищевых производствах 6
1.2 Биологические активные соединения лишайников p. Cetraria 11
1.3 Особенности углеводного состава лишайников p. Cetraria 19
1.4 Биологические ресурсы лишайников p. Cetraria 24
Заключение по обзору литературы 27
1.5 Цель и задачи исследования 29
Глава 2. Объекты и методы исследований 30
2.1 Характеристика объектов исследования 30
2.2 Методы исследований 31
2.3 Методы математической обработки результатов исследований 36
Глава 3. Экспериментальная часть 38
3.1 Хлебобулочные изделия на рынке г. Иркутска 38
3.2 Потребление хлебобулочных изделий населением г. Иркутска 41
3.3 Ресурсы и технология заготовки лишайников p. Cetraria 45
3.4 Исследование биохимического состава С. islandica и С. laevigata 53
3.5 Качество и безопасность сырья, применявшегося в исследованиях 63
3.6 Влияние С.islandica и С.laevigata на биотехнологические процессы приготовления хлебобулочных изделий 67
3.6.1 Влияние C.islandica и С.laevigata на хлебопекарные свойства муки 67
3.6.2 Влияние C.islandica и С.laevigata на подъемную силу дрожжей 75
3.6.3 Влияние C.islandica и С.laevigata на процесс приготовления и качество хлеба 76
Глава 4. Практическая реализация результатов работы 92
4.1 Рецептуры и технологическая схема приготовления хлебобулочных изделий с С. islandica и С. laevigata 92
4.2 Изменение показателей качества хлебобулочных изделий с внесением С islandica и С. laevigata в процессе хранения 94
4.3 Пищевая ценность хлебобулочных изделий 100
4.4 Апробация результатов работы 102
4.5 Экономическая эффективность производства новых видов хлебобулочных изделий 103
ВЫВОДЫ 105
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 107
ПРИЛОЖЕНИЯ 122
- Применение лишайников p. Cetraria в пищевых производствах
- Характеристика объектов исследования
- Хлебобулочные изделия на рынке г. Иркутска
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных задач биотехнологии является поиск и изучение новых сырьевых источников, способствующих повышению качества и функциональных свойств продуктов питания, в том числе хлеба и хлебобулочных изделий. На сегодняшний день ассортимент хлебобулочных изделий в России не в полной мере соответствует рекомендациям специалистов по здоровому питанию. Поэтому одним из путей решения этой проблемы может быть использование натуральных растительных компонентов, способствующих повышению потребительских свойств и обогащению биологически активными компонентами хлебных изделий, а также совершенствованию биотехнологических процессов производства.
Наряду с широко применяемыми и известными в хлебопечении добавками, высокие потенциальные возможности имеет так называемое «нетрадиционное» растительное сырье, к которому можно отнести некоторые виды лишайников. Среди лишайников, используемых в пищу, наиболее известна Cetraria islandica - исландский мох (Arnason, 1981; EHIA, 2005; Иванова, 2005).
С. islandica в силу своего уникального биохимического состава и высоких лечебных свойств широко используется в эмпирической медицине в виде настоев и отваров. Ее биохимический состав и свойства могут существенно отличаться в зависимости от местообитания и условий произрастания. Ресурсная характеристика и особенности состава лишайников рода Cetraria, произрастающих в регионах РФ, в научной литературе ограничены, а сведения о применении в биотехнологии хлеба практически отсутствуют (Горшкова, 1997; Оводов, 1997; Сафонова, 1999). В этой связи изучение сырьевых ресурсов и особенностей биохимического состава лишайников рода Cetraria с целью получения новых научных сведений и возможностей применения в хлебопечении является актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось научное и экспериментальное обоснование использования лишайников p. Cetraria в биотехнологии хлебобулочных изделий.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
разработать технологию заготовки и провести оценку ресурсов лишайников p. Cetraria для регионов Восточной Сибири;
исследовать биохимический состав лишайников С. islandica и С. laevigata;
определить влияние лишайников С. islandica и С. laevigata на биотехнологические процессы производства хлебобулочных изделий;
разработать рецептуры и технологическую схему производства хлебобулочных изделий с использованием лишайников С. islandica и С. laevigata;
провести оценку показателей качества новых видов хлебобулочных изделий в процессе хранения;
разработать проект технической документации и осуществить промышленную апробацию новых видов хлебобулочных изделий.
Научная новизна. Дана ресурсная характеристика четырнадцати ареалам произрастания лишайников С. islandica и С. laevigata. Выявлены особенности аминокислотного, макро- и микроэлементного и витаминного состава лишайников.
Научно обоснована возможность использования данного растительного сырья в биотехнологии хлебобулочных изделий. Показано, что лишайники рода Cetraria влияют на белково-протеиназный и углеводно-амилазныи комплексы муки, а также воздействуют на ход биотехнологических процессов приготовления хлеба. Выявлены закономерности изменения качества готовых изделий в большей степени под действием протеазы для пшеничной муки и а-амилазы - для ржаной муки. Установлено ускорение процесса созревания теста при добавлении лишайников С. islandica и С. laevigata.
Практическая значимость результатов работы. Разработана технологическая схема использования лишайников в биотехнологии хлебобулочных изделий. На хлеб «Исландский» и «Исландский особый» разработан проект нормативно-технической документации (ТУ, ТИ, РЦ 9110 - 001 - 02068249 - 09). Проведена производственная апробация способа производства хлеба «Исландский» и хлеба «Исландский особый» на базе производства ООО «Профессионал торг» (акт производственных испытаний от 25.05.2009 г.).
Получен патент РФ № 2362304 «Способ производства хлеба профилактической направленности, композиция для производства хлеба профилактической направленности из пшеничной муки и композиция для производства хлеба профилактической направленности из смеси ржаной и пшеничной муки».
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе, в лекционных курсах и при проведении практических занятий по дисциплинам: «Безопасность продовольственного сырья и продуктов питания», «Культура питания», «Технология продуктов лечебно-профилактического назначения», «Нетрадиционные технологии в производстве хлеба, кондитерских и макаронных изделий».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на III Всероссийской конференции «Новые
достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2007); Всероссийской молодежной конференции «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск, 2007; 2008); Международной конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» работа «Нетрадиционные растительные добавки в хлебопечении» награждена медалью (Москва, 2008); Всероссийской молодежной конференции «Молодые ученые Сибири» (Улан-Удэ, 2008); на смотре-конкурсе НИР работа на тему «Химический состав и перспективы использования Cetraria islandica в условиях Восточной Сибири» удостоена диплома (Иркутск, 2008); Региональной конференции ИрГТУ «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических и пищевых производств» (Иркутск, 2009); II Всероссийской конференции аспирантов и студентов «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 1 патент, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает следующие разделы: введение, обзор литературы, объекты и методы исследований, реализация результатов, выводы, список литературы и приложения. Основной текст диссертации изложен на 121 листе, иллюстрирован 54 таблицами и 35 рисунками. Список литературы включает 152 источника.
Применение лишайников p. Cetraria в пищевых производствах
Лишайники p. Cetraria (L.) Ach. (Parmeliaceae, Lichens) широко распространены в северном полушарии [125, 127, 133, 141]. Род объединяет формы с кустистыми слоевищами (талломами), образованными лентовидно-рассеченными лопастями, плоскими или свернутыми в трубочки. Самым известным и, пожалуй, наиболее широко распространённым видом является Cetraria islandica [ЗО].
Слоевище Cetraria islandica кустистое (жесткое в сухую погоду, быстро становиться мягким во время дождя), прямостоящее, реже беспорядочно распростёртое, состоящее из довольно компактных вертикальных лопастей, слабо прикреплённое к субстрату основанием слоевища, окрашенным в красноватый цвет. Лопасти неправильно-лентовидные, кожисто-хрящеватые, узкие, плоские, высотой 10-15см и шириной 0,3-0,5 см с короткими тёмными ресничками, зеленовато-коричневого или разных оттенков коричневого цвета. В зависимости от освещения, увлажнения и других факторов, варьирует как окраска, так и размеры лопастей и слоевища [70]. У основания лопасти с кроваво-красными пятнами, матовые или слегка блестящие, с нижней стороны несколько светлее или одинакового цвета с обеих сторон. Нижняя сторона усеяна белыми пятнышками (псевдоцифеллами) различной формы. Края лопастей обыкновенно завёрнуты на верхнюю сторону слоевища, так что нижняя сторона лопастей выпуклая, а верхняя вогнутая; иногда слоевищные лопасти заворачиваются в полые внутри трубки [90]. В сухом виде слоевище зеленоватого цвета (рис. 1). Иногда развиваются соредии или изидии. Апотеции, или плодовые тела, развиваются на концах сильно расширенных лопастей; они блюдцеобразные, коричневые, почти одного цвета со слоевищем, с плоским или слегка вогнутым диском до 1,5 см в диаметре с цельным или слегка зубчатым краем. В апотециях развиваются видимые лишь под микроскопом сумки, наполненные спорами. Фикобионтом цетрарий является зелёная водоросль требуксия [26, 30].
Лопасти 5-11 см высотой и 2-10 мм шириной, вытянутые, трубчатые, с не срастающимися, отогнутыми краями, более или менее правильно дихотомически разветвлённые, изящные, гладкие, блестящие, коричневатые, от тёмного до довольно светлого оттенка, почти одного цвета с обеих сторон, у основания тёмно-кроваво-красные, по краям с белой каёмкой и с прямыми, простыми, не ветвистыми, расположенными на более или менее одинаковом расстоянии друг от друга ресничками; плодоносящие лопасти значительно шире стерильных, прямые, лопатообразные [70]. Апотеции располагаются обычно по нескольку штук вместе с верхней стороны такой лопасти-лопатки. Нижняя сторона лопастей под апотециями сетчато-складчатая. Споры обычно недоразвитые. От С. islandica отличается отсутствием псевдоцифелл, гладкой верхней поверхностью и белой каёмкой по краям оттопыренных наружу лопастей. Известно, что углеводы лишайников в кислой среде при нагревании гидролизуются до глюкозы, которая легко сбраживается дрожжами в спирт [150]. Сведения о производстве в России спирта из лишайников известны с 1870 г. Последовательность операций представлена следующим образом. Лишайники, освобожденные от посторонних примесей, вымачиваются в течение 24 ч в холодной воде в 1% растворе соды. Освобожденный от горьких веществ материал отжимается и промывается холодной водой. Гидролиз обезгореченного материала производится 4% серной кислотой при 100С в течение 6-7 ч. По окончании гидролиза полученную массу нейтрализуют и подвергают фильтрации. Полученный сахаристый раствор сбраживается дрожжами в спирт.
Помимо производства спирта, гидролизаты из лишайников являются хорошей средой для развития дрожжей и при добавлении азотистых веществ могут быть использованы для их выращивания.
Кроме того, в 1942-1943 гг. Н. Дъячковым и А. Кирсановым был разработан промышленный способ получения глюкозной патоки и глюкозы из лишайников. Производство представлено следующими основными этапами: обезгоречивание, гидролиз, нейтрализация, фильтрование, осветление и уваривание. Первые этапы аналогичны этапам при производстве спирта. Очистка и осветление проводятся при обработке раствора активированным углем в количестве от 1% до 10% к массе раствора в зависимости от активности препарата. Осветленный раствор бесцветный или желтоватый, прозрачный, лишенный постороннего привкуса, подвергается увариванию. Правильно уваренная патока содержит 65-70% глюкозы и имеет плотность 38-40% по Бомэ. Глюкозная патока из C.islandica прозрачная, коричневого цвета, вкус сладкий, иногда с карамельным привкусом [50].
Характеристика объектов исследования
Объектами исследования служили лишайники, собранные автором: Cetraria islandica (ГОСТ 13727-68 «Слоевища лишайника центрарии исландской (мха исландского). {Cetraria islandicd). Lichen icelend») на территории Забайкальского края, Иркутской области, в Республиках Коми и Карелия в 2006-2008 гг. и Cetraria laevigata на территории Республики Бурятия, Забайкальского края, Магаданской и Иркутской областях в 2006-2008 гг. Для исследования влияния лишайников С. islandica и С. laevigata на качество хлебобулочных изделий было использовано сырье, собранное на территории Иркутской области. Кроме того, объектами исследований с внесением лишайников являлись: пшеничное, ржано-пшеничное и ржаное тесто, а также хлебобулочные изделия, приготовленные из него.
В исследованиях были использованы следующие виды сырья:
- мука пшеничная хлебопекарная высшего и второго сорта (ГОСТ Р 52189-2003);
- мука ржаная хлебопекарная обдирная (ГОСТ 7045-90);
- дрожжи прессованные хлебопекарные (ГОСТ 171-81);
- сахар-песок (ГОСТ 21-94);
- соль поваренная пищевая (ГОСТ Р 51574-2000);
- вода питьевая (ГОСТР 51593-2000);
- «Аграм» темный подкислитель для ржаных и ржано-пшеничных сортов хлеба (фирма «Ирекс», Россия, ТУ 9293-024-18256266-03)
Экспериментальные исследования были проведены в лаборатории «Технологии продуктов питания» кафедры «Органической химии и пищевой технологии» Иркутского государственного технического университета, Лимнологическом институте СО РАН (г. Иркутск), Институте биологии Коми НЦ УрО РАН (г. Сыктывкар), а также апробированы в производственных условиях на базе производства ООО «Профессионал торг» в г. Иркутске (акт производственных испытаний от 25.05.09г.)
Хлебобулочные изделия на рынке г. Иркутска
Ассортимент хлебобулочных изделий, представленный сегодня на рынке, весьма разнообразен и насчитывает десятки наименований. Эти изделия различаются рецептурой, формой, массой, отделкой поверхности.
Производством хлеба и хлебобулочных изделий в г. Иркутске занимаются различные предприятия хлебопекарной промышленности -хлебозаводы, пекарни, а также предприятия общественного питания.
Распределение рынка хлебобулочных изделий между предприятиями в г. Иркутске представлено следующим образом: ЗАО «Иркутский хлебозавод» - крупнейший производитель и поставщик хлебобулочных изделий на территории региона, его доля на рынке г. Иркутска составляет 46,5%; ОАО «Каравай» - также один из крупнейших производителей хлеба и хлебобулочных изделий. Объединение «Каравай» включает 4 хлебозавода, распложенных в Иркутском районе. Доля хлебобулочных изделий, реализуемых этой компанией на рынке г. Иркутска составляет 21,7%. Часть рынка делят между собой ОАО «Ленинский хлебокомбинат» - 9,8%, достаточно молодое и современное предприятие ООО ПКФ «Сибатом» 6,0% и Пекарня ООО СХП «Калина» - 3,4%. Доля минипекарен, общественного питания и привозных хлебобулочных изделий составляет 12,6%.
Объем производства хлеба и хлебобулочных изделий предприятиями составляет 27,6 тыс. тонн в год, производство хлеба и хлебобулочных изделий на душу населения г. Иркутска составляет в среднем 48 кг в год [37, 114]. Распределение производства по видам хлебобулочных изделий представлено на рисунке 6. Исследования ассортимента хлебобулочных изделий с полезными для здоровья компонентами позволило получить следующие результаты:
1. Ассортимент ЗАО «Иркутский хлебозавод» представлен следующими видами: хлеб с отрубями из пшеничной муки 2с, хлеб «8 злаков», хлеб ржаной диабетический, хлеб гречишный, хлеб с ламинарией, батон «Полюшко» с добавлением отрубей пшеничных, хлебобулочные изделия «Изобилие», хлебобулочные изделия с витаминами «От Михалыча», хлебцы отрубные с лецитином, хлеб «На здоровье» с йодказеином.
2. ОАО «Каравай» выпускает — хлеб «Здоровье» с семенами тыквы и подсолнуха, хлеб «Здоровье» с яблоками и виноградом (в качестве дополнительных растительных компонентов в состав входят отруби пшеничные йодказеин, препарат Р-каротина «Веторон»), хлеб «Ржевский» с солодом ржаным ферментированным и отрубями пшеничными, хлеб «Дачный» с пшеничными отрубями, хлеб «8 злаков», группа изделий «Family active» с пшеничными отрубями и различными зерновыми добавками.
3. На ОАО «Ленинский хлебокомбинат» ассортимент подобных хлебобулочных изделий не представлен.
4. Ассортимент ООО ПКФ «Сибатом» представлен следующими видами хлебобулочных изделий: булка «8 злаков» и хлеб «Кукурузный» с добавлением пшеничных отрубей и кукурузной муки.
5. Пекарня ООО СХП «Калина» вырабатывает хлебобулочные изделия по ускоренной технологии. Изделия здесь представлены: Хлеб «Здоровье» и батон «Золотистый» с добавлением отрубей пшеничных.
Анализируя ассортимент хлеба и хлебобулочных изделий с полезными для здоровья компонентами на рынке г. Иркутска видно, что продукция представлена в основном хлебобулочными изделиями с добавлением пшеничных отрубей и зерновыми видами хлеба и имеет односторонний характер [81]. Небольшая часть изделий выпекается с использованием готовых витаминно-минеральных смесей. Если же судить по виду муки, используемой для приготовления, то в данной группе изделий используется в основном пшеничная мука или смесь пшеничной и ржаной муки.
