Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
1.1 Биотехнологические аспекты хлебопекарного производства 11
1.2 Характеристика хлебопекарных дрожжей и их биотехнологические 18 свойства
1.3 Стимуляторы роста и физиологической активности дрожжей 29 Saccharomyces cerevisiae
1.4 Процессы перекисного окисления липидов и роль антиоксидантов в 39 физиолого-биохимической регуляции клеточного метаболизма
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 63
2.1 Сырье и материалы, используемые при проведении исследований 63 2.1.1 Характеристика стимуляторов используемых в работе 65
2.2 Схема экспериментальных исследований 66
2.3 Методы исследования 67
2.3.1 Методы анализа сырья 67
2.3.2 Методы исследования антимутагенной активности стимуляторов и 68 культуральной жидкости
2.3.3 Культивирование дрожжей и методы определения их качества 69
2.3.4 Методы приготовления полуфабрикатов и готовых изделий 71
2.3.5 Методы исследования свойств полуфабрикатов и готовых изделий 74
2.3.6 Специальные методы анализа 75
2.4 Методы математической обработки результатов 82
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БИОСТИМУЛЯТОРОВ НА РОСТ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДРОЖЖЕЙ SACCHAROMYCES CEREVISIAE
3.1 Влияние солей фенозан-кислоты на рост и биотехнологические показатели дрожжей Saccharomyces cerevisiae 84
3.1.1 Влияние солей фенозан-кислоты на рост дрожжей S. cerevisiae 84
3.1.2 Влияние солей фенозан-кислоты на биотехнологические показатели дрожжей Saccharomyces cerevisiae 94
3.1.3 Изучение генопротекторных свойств продуктов метаболизма дрожжей Saccharomyces cerevisiae, выращенных в присутствии солей фенозан-кислоты 105
3.1.4 Влияние дрожжей, выращенных в присутствии солей фенозан кислоты, на качество хлебобулочных изделий- 113
3.2 Влияние янтарной кислоты на рост и биотехнологические показатели дрожжей Saccharomyces cerevisiae 124
3.3 Изучение параметров активации прессованных хлебопекарных 133 дрожжей фенозаном калия и янтарной кислотой
3.4 Разработка технологии производства хлеба белого на основе дрожжей, активированных фенозаном калия и янтарной кислотой 144
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРОЖЖЕЙ С УЛУЧШЕННЫМИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ В РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИИ МУЧНОГО КОНДИТЕРСКОГО ИЗДЕЛИЯ, ПРИГОТОВЛЕННОГО ФРИТЮРНЫМ СПОСОБОМ
4.1 Выбор фритюрного масла при производстве мучного кондитерского 154
изделия
4.2 Выбор оптимальной концентрации хлебопекарных дрожжей с 159
улучшенными биотехнологическими свойствами при производстве
мучного кондитерского изделия
4.3 Обоснование перспективности применения хлебопекарных дрожжей в качестве рецептурного компонента при производстве мучного кондитерского изделия фритюрным способом 165
4.3.1 Влияние активированных дрожжей на качество фритюра в процессе его эксплуатации при производстве мучного кондитерского изделия166
4.3.2 Влияние активированных дрожжей на динамику изменения липидного компонента обжаренных тестовых заготовок в процессе эксплуатации фритюра173
4 4.4 Разработка технологии производства нового мучного кондитерского 188 изделия «Татлы тэш» («Сладкие орешки»)
ВЫВОДЫ 197
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 199
ПРИЛОЖЕНИЯ
- Биотехнологические аспекты хлебопекарного производства
- Сырье и материалы, используемые при проведении исследований
- Влияние солей фенозан-кислоты на рост и биотехнологические показатели дрожжей Saccharomyces cerevisiae
Введение к работе
Актуальность работы. В современном хлебопекарном производстве важной задачей является повышение качества хлебобулочных изделий. Один из путей решения этой проблемы - улучшение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей, способствующее интенсификации процессов брожения, созревания полуфабрикатов и, в конечном итоге, улучшению качества готовой продукции.
Дрожжи, используемые в пищевой промышленности, не всегда удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям по продуктивности и метаболической активности, поэтому исследования, направленные на интенсификацию процессов роста и повышение физиологической активности хлебопекарных дрожжей являются актуальными.
В настоящее время разработаны различные физико-химические методы интенсификации процессов выращивания хлебопекарных дрожжей и повышения их физиологической активности, реализация которых часто требует использования дорогостоящего оборудования. Среди наиболее эффективных методов - применение биостимуляторов. Данный подход позволяет интенсифицировать промышленные процессы культивирования микроорганизмов, а в ряде случаев и улучшить качественные характеристики конечного продукта без значительного увеличения дополнительных затрат.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с государственной программой № 01200305357 «Разработать научные и практические основы технологии и комплексной переработки сырья растительного и животного происхождения для выработки конкурентоспособных продуктов».
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы состояла в исследовании и научном обосновании применения биостимуляторов для эффективного культивирования хлебопекарных дрожжей, а также в разработке на основе их использования технологий хлеба и мучного кондитерского изделия.
7 В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
исследование влияния солей фенозан-кислоты и янтарной кислоты на рост различных штаммов дрожжей Saccharomyces cerevisiae;
изучение влияния биостимуляторов на биотехнологические свойства дрожжей: зимазную и мальтазную активности, подъемную силу, осмоустойчивость;
определение на тест-штаммах Е. coli генотоксичности продуктов метаболизма в культуральной жидкости дрожжей, выращенных в присутствии стимуляторов;
изучение параметров активации фенозаном калия и янтарной кислотой прессованных дрожжей и влияние этих дрожжей на процесс брожения полуфабрикатов и качество хлеба;
разработка технологии хлеба, рецептуры и технологии мучного кондитерского изделия «Татлы тэш» на основе использования активированных дрожжей;
расчет пищевой и энергетической ценности мучного кондитерского изделия «Татлы тэш», приготовленного фритюрным способом;
изучение показателей степени окисленности фритюра и оценка его качества;
исследование влияния дрожжей, активированных фенозаном калия, на состояние липидного компонента обжаренных тестовых заготовок мучного кондитерского изделия;
- промышленная апробация разработанных технологий производства
хлеба и мучного кондитерского изделия.
Научная новизна. Научно обосновано использование солей фенозан-кислоты и янтарной кислоты в качестве стимуляторов роста и физиологической активности дрожжей Saccharomyces cerevisiae BKM-Y-823, ЛК-14, ЛВ-7. Выявлена оптимальная концентрация стимулятора, вызывающая максимальное увеличение удельной скорости роста культуры и накопление биомассы дрожжей.
Показано, что биостимуляторы, несмотря на их различную химическую природу, оказывают положительное воздействие на биотехнологические свойства дрожжей: зимазную и мальтазную активности, подъемную силу, осмочувствительность. Получено положительное решение о выдаче патента от 16.10.2007 по заявке № 2006144003/13 на «Способ получения хлебопекарных дрожжей».
Установлено на тест-штаммах Е. coli, что культуральная жидкость, полученная при культивировании дрожжей Saccharomyces cerevisiae ЛК-14 в присутствии натриевой и калиевой соли фенозан-кислоты оказывала генопротекторное действие в отношении ДНК-повреждающего агента.
Исследовано влияние дрожжей, активированных фенозаном калия, на изменение липидного компонента и показатели качества мучного кондитерского изделия, приготовленного фритюрным способом. Показано, что внесение активированных дрожжей приводит к: снижению содержания липидов, увеличению количества фосфолипидов в составе общих липидов; приближению состава фосфолипидов обжаренных тестовых заготовок к сходному составу фосфолипидов в клетках млекопитающих.
Совокупность экспериментальных данных о состоянии параметров перекисного окисления липидов и анализ показателей качества фритюра и обжаренных тестовых заготовок, в зависимости от срока эксплуатации фритюра позволил обосновать целесообразность использования дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами в качестве рецептурного компонента при производстве нового мучного кондитерского изделия.
Практическая значимость. Проведены промышленные испытания в условиях Самарского дрожжевого завода по влиянию янтарной кислоты на процесс производства и качество полученных хлебопекарных дрожжей.
Разработаны технологии хлеба белого и мучного кондитерского изделия «Татлы тэш» на основе использования активированных дрожжей. Эти технологии позволяют улучшить органолептические и физико-химические показатели изделий.
Разработанная технология мучного кондитерского изделия «Татлы тэш» позволяет увеличить кратность использования фритюра с 30 до 35 партий полуфабрикатов; изделия характеризуются пониженной энергетической ценностью (за счет уменьшения содержания жира) и повышенной пищевой ценностью (за счет увеличения количества белка).
Разработаны и утверждены проекты нормативно-технической документации (ТУ, ТИ, РІД 9139-001-13981212-07) на новое мучное кондитерское изделие «Татлы тэш».
В условиях ОАО «Казанский хлебозавод № 2» и ОАО «Альметьевский хлебозавод» проведена промышленная апробация разработанных технологий (акты производственных испытаний от 2006 и от 2007 г., качество выработанных изделий подтверждено протоколами испытаний Государственной хлебной инспекции при правительстве РФ в лаборатории Управления Росгосхлебинспекции по Республике Татарстан).
Результаты работы отмечены на биотехнологической выставке-ярмарке «РосБиоТех-2007» медалью «За успехи в НТТ» за разработку и внедрение производства хлебобулочных изделий с использованием дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами (Москва, ноябрь 2007 г.).
На «Способ получения хлебопекарных дрожжей» получено положительное решение о выдаче патента от 16.10.2007 по заявке № 2006144003/13.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научных сессиях Казанского государственного технологического университета (2004-2007гг.); П-м международном форуме «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004); 11-ой международной конференции «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений» (Казань, 2005); V, VI и VII-ой межрегиональной научной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2004, 2005, 2006); 6-ой и 8-ой межрегиональной научно-практической конференции «Современное
10 хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2005, 2007); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Интеграция науки, образования и производства» (Краснодар, 2005); Всероссийской ежегодной научно-технической конференции «Наука - производство - технологии - экология» (Киров, 2006); 10-ой Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология -наука XXI века» (Пущино, 2006); четвертом международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007); VIII-ой Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 печатных работ, в том числе: 8 статей в научных изданиях (из них рекомендованных ВАК - 5); 18 тезисов в материалах научных конференций и 1 патент.
Биотехнологические аспекты хлебопекарного производства
Технологический цикл хлебопекарного производства состоит из комплекса микробиологических, биохимических, коллоидных и физико-химических процессов, протекающих в полуфабрикатах (заквасках, опаре и тесте). Тестоприготовление является самой продолжительной стадией производства хлеба, основанного на промышленном применении естественных целенаправленно созданных живых систем, прежде всего микроорганизмов: дрожжей и молочнокислых бактерий. Направленность и интенсивность процесса тестоприготовления и формирования качества готовых изделий зависит от правильной организации жизнедеятельности микроорганизмов в мучной среде.
В основе биотехнологии хлебопекарного производства лежат реакции обмена веществ, происходящие при жизнедеятельности дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий в анаэробных условиях. Важнейшей особенностью технологического процесса является то, что реакции образования или разрушения различных продуктов осуществляются с помощью живых микроорганизмов, которые потребляют из окружающей среды вещества, растут, размножаются, выделяют жидкие и газообразные продукты, играющие определяющую роль в процессах созревания хлебопекарных полуфабрикатов и формирования качества хлеба [1-6].
Биохимические и микробиологические процессы хлебопекарного производства имеют следующие особенности:
многостадийность процесса, протекающего при различных параметрах и факторах, которые должны быть связаны с направлениями биохимических и микробиологических процессов;
- нестабильность состава и свойств основного и дополнительного сырья хлебопекарного производства;
- сложность и неоднозначность химического состава муки;
- наличие собственной микрофлоры основного сырья - муки;
- гетерогенность и многофазность объектов (полуфабрикатов) хлебопекарного производства.
Таким образом, хлебопекарное производство является биотехнологическим производством, основанном на целенаправленном промышленном применении метаболизма дрожжей в тесте и мучных полуфабрикатах. Как известно, биотехнологическое производство требует биотехнологического подхода, сущность которого заключается в создании оптимальных условий среды для жизнедеятельности организмов, обеспечивающих получение наилучшего качества изделий, наибольшего количества при наивысшей эффективности производства [6-8].
Сформировать нужные свойства в тесте в условиях современного интенсивного производства пшеничного хлеба возможно путем регулирования технологических свойств дрожжей в полуфабрикатах (закваске, опаре, тесте) в ходе их созревания [6, 9].
Оптимальное регулирование свойств дрожжей в ходе брожения полуфабрикатов обеспечит выполнение следующих задач:
1) разрыхление теста за счет выделения углекислого газа бродильными микроорганизмами;
2) насыщение жидкой фазы теста растворенной угольной кислотой, которая будет улетучиваться в процессе выпечки и тем самым способствовать увеличению объема хлеба;
3) повышение общей и активной кислотности как для придания продукту приятного кисловатого вкуса, так и для воздействия на белковые вещества теста;
4) накопление в тесте специфических веществ, придающих продукту вкус и аромат [1, 4, 10, 11].
Сырье и материалы, используемые при проведении исследований
В работе использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae BKM-Y-823, Saccharomyces cerevisiae ЛК-14, Saccharomyces cerevisiae ЛВ-7, селекционированные ВНИИгенетики и селекции промышленных микроорганизмов. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae BKM-Y-823, ЛК-14 и ЛВ-7, обладают способностью активно расти на стандартных мелассных средах [17]. Используемые в работе дрожжи относятся к классу аскомицетов, имеют неподвижные овальные клетки размером (5,0 - 10)х(3,0 - 8,7) мкм, аэробы, размножаются почкованием [302].
Культура Saccharomyces cerevisiae BKM-Y-823, ЛК-14 и ЛВ-7 ассимилирует глюкозу, сахарозу, ксилозу, нуждается в дестиобиотине [54, 302]. Посевной материал культуры дрожжей рода Saccharomyces поддерживали на косяках в среде сусло-агара (8%), которые хранились в холодильнике при температуре 3-5 С. Пересев проводили 1 раз в месяц.
Влияние антиоксидантов на рост дрожжей Saccharomyces cerevisiae изучали в лабораторных условиях при периодическом культивировании.
Хлебопекарные дрожжи выращивали на регламентной среде следующего состава (%): меласса - 12; диаммоний фосфат - 0,12; сульфат аммония - 0,24; хлористый калий - ОД; дестиобиотин - 0,005; рН среды после стерилизации доводили 20 % раствором H2SO4 до значения 4,4 - 4,5; а также на минеральной среде (г/л дистиллированной воды): глюкоза - 2; (NH4)2S04-1,0; MgS04 7H20 - 0,25; КН2Р04 - 3,0; Na2HP04-12H20 - 4,5; дрожжевой экстракт - 0,05; рН среды 6,5.
Влияние солей фенозан-кислоты на рост и биотехнологические показатели дрожжей Saccharomyces cerevisiae
Известно, что действие стимуляторов роста, влияющих на метаболизм микроорганизмов, наиболее эффективно проявляется на фоне недостаточности питания или других ограничений роста [84]. В связи с этим на начальном этапе работы провели сравнительное изучение динамики роста культуры дрожжей Saccharomyces cerevisiae ЛК-14 при культивировании на среде с мелассой и синтетической среде.
Как следует из данных рис. 3.1, недостаточность питательных веществ в среде приводит к замедлению роста дрожжей Saccharomyces cerevisiae ЛК-14, о чем свидетельствует снижение численности популяции в синтетической среде по сравнению с мелассной на 40 % к моменту начала стационарной фазы роста (16 часов) и на 33 % к концу процесса культивирования.
Далее были проведены эксперименты по изучению влияния солей фенозан-кислоты на рост исследуемых дрожжей (рис. 3.2, 3.3).
Установлено, что фенозан-Na в концентрациях Ы0"7-1-10"3г/л способствовал увеличению количества дрожжевых клеток как на синтетической, так и на мелассной среде; максимальное количество клеток дрожжей отмечено при использовании данного стимулятора в концентрации 1-Ю"6г/л; (увеличение относительно контроля составило 10 % и 24 % соответственно) (рис.3.2).
Аналогичные закономерности наблюдались при использовании фенозан-К в диапазоне концентраций Ы0 7—ЫО-2 г/л независимо от типа среды культивирования (рис.3.3). Максимальное количество клеток отмечено при использовании данной соли фенозан-кислоты в концентрации 1-Ю"5г/л, причем наибольший прирост клеток относительно контроля был отмечен при выращивании дрожжей S. cerevisiae ЛК-14 на среде с мелассой (30 %).
Следует отметить, что в присутствии оптимальных концентраций фенозан-Na и фенозан-К на среде с мелассой прирост дрожжевой биомассы был соответственно в 1,8 и 2,4 раз больше, чем на синтетической среде. Следовательно, используемые стимуляторы не являются дополнительным источником питания дрожжей, что подтверждается также угнетением роста культуры дрожжей S. cerevisiae ЛК-14 высокими концентрациями солей фенозан-кислоты.
