Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Перспективы применения продуктов переработки зерна амаранта в технологии хлеба 11
1.1. Амарант: общая характеристика 11
1.1.1. Морфофизиологические свойства и продуктивность растения 13
1.1.2. Химический состав зерна амаранта 15
1.2. Продукты переработки зерна амаранта в технологии хлеба 23
1.2.1. Амарантовая мука в производстве хлебобулочных изделий...24
1.2.2. Белоксодержащие добавки, белоклипидный и липопротеиновыи комплексы из зерна амаранта 25
1.2.3. Ферментативные гидролизаты из продуктов переработки зерна амаранта 28
1.3. Регулирование биохимических свойств зернового сырья путем экструзии. Текстурированная мука в производстве хлеба 30
1.4. Мучные композитные смеси втехнологии хлеба 38
Заключение 43
Глава 2. Объекты и методы исследования 46
2.1. Сырье и материалы, применяемые при исследованиях, их органолептические, физико-химические показатели и показатели безопасности 46
2.2. Схема экспериментальных исследований 52
2.3. Методы исследований 54
2.4. Теоретические основы компьютерного моделирования композитных смесей 57
Глава 3. Композитные смеси из амарантовой муки и других наполнителей в технологии хлебобулочных изделий 62
3.1. Комплексная оценка амарантовой муки и других ингредиентов композитной смеси 62
3.2. Разработка композитной смеси и технологии хлебобулочных изделий на ее основе 67
3.2.1. Проектирование и оптимизация состава композитной смеси из муки нетрадиционных зерновых культур 67
3.2.2. Исследование гранулометрического состава композитной смеси 71
3.2.3. Разработка технологии приготовления хлебобулочных изделий из композитной смеси с учетом биотехнологических характеристик теста 73
3.3. Оценка качества хлебобулочных изделий из композитной смеси.78
3.4. Определение усвояемости хлебобулочных изделий методом in vitro 82
3.5. Разработка аппаратурно-технологической схемы приготовления теста для хлебобулочных изделий из композитной смеси 83
Глава 4. Углеводно-белковая фракция амаранта в технологии хлеба 85
4.1. Углеводно-белковая фракция амаранта, ее состав и свойства...85
4.2. Осахаренный гидролизат из углеводно-белковой фракции амаранта в технологии самосброженных пшеничных заквасок 87
4.2.1. Получение осахаренного гидролизата из углеводно-белковой фракции амаранта 89
4.2.2. Разработка технологии самосброженных пшеничных заквасок с применением гидролизата 92
4.3. Особенности приготовления хлеба на самосброженных пшеничных заквасках и их влияние на микробиологическую устойчивость готового продукта при хранении 94
4.4. Аппаратурно-техиологическая схема приготовления теста на самосброженных пшеничных заквасках 100
Глава 5. Применение текстурированнои композиции из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха 103
5.1. Получение текстур и рова иной композиции из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха. Исследование ее состава,биологической ценности и функциональных свойств... 103
5.2. Применение текстурированнои композиции в качестве компонента питательной смеси в технологии жидких хлебопекарных дрожжей 107
5.2.1. Определение влияния текстурированнои композиции на биотехнологические свойства жидких хлебопекарных дрожжей 108
5.2.2. Исследование влияния жидких хлебопекарных дрожжей на биотехнологические характеристики теста и качество готовых изделий 114
5.2.3. Сопоставительная оценка аппаратурно-технологических схем приготовления жидких хлебопекарных дрожжей, полученных по принятой и новой технологиям 120
5.3. Разработка технологии хлеба с тритикалевым солодом и текстурированнои композицией из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха 123
5.3 1. Влияние текстурированнои композиции и тритикалевого солода на биотехнологические и физико-химические свойства теста 123
5.3.2.Влияние текстурированнои композиции и тритикалевого солода на показатели качества готовых изделий 127
5.3.3 Особенности аппаратурно-технологической схемы приготовления теста с текстурированнои композицией и тритикалевым солодом 128
5.4. Исследование процесса черствения хлеба с текстурированнои композицией 131
Расчет экономической эффективности 138
Основные выводы и результаты работы 141
Список использованных источников 142
Приложения 160
- Белоксодержащие добавки, белоклипидный и липопротеиновыи комплексы из зерна амаранта
- Теоретические основы компьютерного моделирования композитных смесей
- Разработка композитной смеси и технологии хлебобулочных изделий на ее основе
- Осахаренный гидролизат из углеводно-белковой фракции амаранта в технологии самосброженных пшеничных заквасок
Введение к работе
Актуальность работы. Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации определяет основные подходы и первоочередные задачи по созданию индустрии здорового (функционального, позитивного) питания. Анализ осеювных тенденций потребления пищевых продуктов показывает, что решение части проблем возможно путем обогащения хлебобулочных изделий физиологически ценными питательными веществами. При наличии их дисбаланса повышается риск возникновения заболеваний взрослого населения: рак, сердечно-сосудистые, нарушения функций желудочно-кишечного тракта, остеопороз, ожирение,
В соответствии с предполагаемой формулой пищи XXI века предусматривается потребление продуктов, в том числе хлебобулочных изделий, с заданным составом, повышенной биологической и пищевой ценностью. Это может быть достигнуто за счет применения более сбалансированного по эссенциаль-ным пищевым веществам и микронутриентам сырья в сравнении с пшеничной и ржаной мукой.
В ГосНИИХП и других вузах России по рекомендациям Института питания РАМН для экологически неблагоприятных районов проводится работа по созданию ассортимента хлебобулочных изделий, обогащенных функциональными ингредиентами.
Актуальность решения поставленной задачи очевидна и определенная роль в ее реализации принадлежит зерну амаранта. О целесообразности его применения в производстве продуктов питания свидетельствуют труды И.М. Магомедова, Е.Н. Офицерова, Т.В. Чирковой, Д. Паради, А. М. Макеева, И.В. Матвеевой, И.М. Камышевой, Л.П. Пащенко, ІО.Ф. Рослякова, В.К. Гине, П.Ф. Коненкова и др.
Работа выполнена в рамках НИР кафедры технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств Воронежской государственной технологической академии «Создание и совершенствование ресурсосберегающих технологий при переработке сельскохозяйственного растительного сырья» (№ г.р. 01970008815, 2002-2005 гг), в рамках НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по теме 204.01.01.024 «Создание высокоэффективных технологий производства хлебобулочных изделий с использованием биологически активных добавок» (подпрограмма «Технологии живых систем») (2002-2004 гг.), Договора о творческом содружестве между Воронежской государственной технологической академией, Воронежским государственным университетом и Воронежской государственной медицинской академией им. Н.Н. Бурденко на 2002-2004 гг., на тему: «Разработка технологии производства хлебобулочных изделий с биологически активными добавками и их оценка».
Цель диссертационной работы: применение муки амаранта и модифицированных композиций на его основе для повышения биологической ценности и формирования функциональной направленности хлебобулочных изделий, а также разработка эффективных технологий, обеспечивающих их высокое качество. При выполнении исследований решали следующие задачи: обоснование выбора ингредиентов для композитной смеси и тексту-рированиой композиции; оптимизация компонентного состава функциональной композитной смеси « Ладушка» на основе амарантовой, овсяной муки и сухой пшеничной клейковины; определение влияния композитной смеси на биотехнологические характеристики теста, качество готовых изделий, их биологическую ценность. Разработка аппаратурно-технологической схемы приготовления теста; разработка рецептуры, технологической инструкции и технических условий для функциональной композитной смеси «Ладушка» и хлебобулочных изделий «Для охоты», выработанных из нее; обоснование выбора углеводно-белковой фракции, накапливающейся в результате отделения зародыша и обол очечных частиц у зерна амаранта; получение осахаренного гидролизата из нее; разработка технологии самосброженных пшеничных заквасок для бездрожжевого хлеба с его применением; определение влияния этих заквасок на показатели качества изделий и их микробиологическую устойчивость при хранении. Разработка функциональной аппа- ратурно-технологическои схемы для приготовления осахаренного гидролизата для заквасок и теста; разработка рецептуры, технологической инструкции и технических условий для хлеба «Забавный», выработанного по предлагаемой технологии; получение текстурированной композиции из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха, исследование ее состава, биологической ценности, показателей безопасности и функциональных свойств; модификация технологии жидких дрожжей на основе текстурированной композиции (компонента питательной смеси биологического разрыхлителя) и разработка ее аппаратурно-технологической схемы; изучение их влияния на биотехнологические характеристики теста и качество готовых изделий; определение роли текстурированной композиции и тритикалевого солода в процессе черствейия готовых изделий; опытно-промышленная апробация основных результатов исследований; расчет экономической эффективности от внедрения научных разработок в производство.
Научная новизна работы. Теоретически и экспериментально обоснованы пищевая и биологическая ценности цельномолотой муки из зерна амаранта сорта «Кизлярец» (ТУ 9293-353-0334534-2003). Получена функциональная композитная смесь, сбалансированная по содержанию Са, Mg, Р, включающая муку амаранта, овсяную муку и сухую пшеничную клейковину, оптимизированная по содержанию незаменимых аминокислот.
Обоснованы способы и методы получения модифицированных композиций для хлебобулочных изделий: осахаренного гидролизата - путем целенаправленной ферментации углеводно-белковой фракции амаранта, и текстурированной композиции (из углеводно-белковой фракции, крупы ячменя и гороха) - путем термопластической экструзии.
Разработаны рецептуры, функциональная и аппаратурно-технологические схемы приготовления полуфабрикатов хлебопекарного производства: самосброженных заквасок - с применением осахаренного гидролизата, жидких хле-
8 бопекарных дрожжей - с использованием текстурированной композиции, и новых функциональных продуктов на их основе.
Определено влияние спонтанных заквасок на созревание теста и их инги-бирующий эффект на развитие спорообразующих бактерий Вас. subtilis, Вас. mescntericas и плесневых грибов в хлебобулочных изделиях при хранении.
Определена эффективность применения текстурированной композиции и тритикалевого солода в технологии хлеба для замедления процесса черствения готовых изделий.
Практическая значимость работы. Разработаны оригинальные композиции, позволяющие расширить сырьевую базу хлебопекарной отрасли, и хлебобулочные изделия повышенной биологической и пищевой ценности с функциональной направленностью. Предложены эксклюзивные технологии жидких хлебопекарных дрожжей и бездрожжевого хлеба.
Комплекс разработанных технологических подходов и технических решений способствует повышению микробиологической чистоты хлебобулочных изделий и замедляет процесс их черствения.
Реализация результатов работы: разработана функциональная композитная смесь «Ладушка» и хлебобулочные изделия «Для охоты» из этой смеси (решение о выдаче патента на изобретение от 25.03.2005 г по заявке № 2004104769), на которые утверждена нормативная документация (полуфабрикат мучных изделий смесь сухая «Ладушка» ТУ 9195-001 -02068108-2004, ТИ и РЦ; изделия хлебобулочные «Для охоты» ТУ 9114-009-02068108-2004, ТИ и РЦ). Проведена апробация их производства на ОАО «Лиски-Хлеб» (акт производственных испытаний от 01.06.2004 г.) и выработана промышленная партия хлебобулочных изделий «Для охоты» (акт внедрения от 07.04.2005 г.); разработана эффективная технология хлеба бездрожжевого «Забавный» на основе ферментативного гидролизата из углеводно-белковой фракции амаранта (решение о выдаче патента на изобретение от 25.03.2005 г по заявке № 2004117561). Утверждена нормативная документация на бездрожжевой хлеб «Забавный» (ТУ 9114-008-02068108-2004, ТИ и РЦ), проведена апробация тех-
9 нологии на ОАО «Лиски-Хлеб» (акт производственных испытаний от
10.06.2004 г.) и выработана промышленная партия хлеба (акт внедрения от
07.04.2005 г.); разработан способ приготовления жидких дрожжей «Хуторские» на основе текстурированнои композиции из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха (патент РФ № 2251569); разработан способ приготовления хлеба «Заповедный» на основе текстурированнои композиции из углеводно-белковой фракции амаранта, крупы ячменя и гороха (патент РФ № 2249366); исследованы органолептические, физико-химические показатели качества новых изделий, их аминокислотный состав, биологическая ценность и назначение.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на научно-практических симпозиумах, конгрессах, международных и всероссийских конференциях: Международной конференции молодых ученых (г. Тверь, 2002 г.); Юбилейной научной конференции, посвященной 80-летию специальности «Технология хранения и переработки зерна» (г. Москва 2002 г.); V-м Международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Пущино, 2003г.) - очно; Международной научно-практической конференции ВГАУ (г. Воронеж, 2003 г.) - очно; Н-м Московском Международном Конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (г. Москва, 2003 г.) - очно; Международной конференции (г. Тамбов, 2004 г.); всероссийской научно-технической конференции - выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2003, 2004 г.); на региональных и отраслевых конференциях, конференциях преподавательского состава и научных работников ВГТА: Отчетных научных конференциях ВГТА (г. Воронеж, 2003 - 2005 г.); Межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2003 г., 2004 г.).
Разработки экспонировались на научно-технических выставках и награждены дипломами: всероссийской научно-технической конференции - выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» - диплом «За разработку технологий новых хлебобулочных изделий полифункционального назначения с использованием биологически активных добавок и нетрадиционных видов сырья»;
17-й, 18-й, 19-й и 20-й межрегиональных выставках «ПРОДТОРГ» - дипломы «За разработку эффективных технологий по переработке высокобелкового зернового и бобового сырья и создание новых хлебобулочных и кондитерских изделий повышенной пищевой ценности», «За разработку эксклюзивных рецептур диетических изделии с использованием нового сырья», «За создание полуфабрикатов, обеспечивающих интенсификацию биотехнологических процессов хлебопекарного производства и повышение усвояемости хлебобулочных изделий», «За разработку мучной смеси «Ладушка» и хлеба «Для охоты» с использованием нового сырья - муки из амаранта и овса», «За разработку технологии хлебобулочных изделий «Для охоты» с применением продуктов переработки зерна амаранта», «За разработку мучной композитной смеси повышенной пищевой ценности».
Разработки представлялись на конкурсе инновационных проектов в рамках 17-Й и 20-й межрегиональных выставок «ПРОДТОРГ» и отмечены дипломами за проекты: «Технология новых хлебобулочных изделий полифункционального назначения с использованием биологически активных добавок и нетрадиционных видов сырья» и «Разработка новых технологий хлебобулочных и кондитерских изделий полифункционального назначения».
Участие в областном конкурсе на соискание премий в области науки и образования отмечено благодарственным письмом Администрации Воронежской области; достижения в научных исследованиях поощрены стипендией правительства РФ.
По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 4 статьи, 3 кратких сообщения, 13 тезисов, два патента РФ и утверждена нормативная документация на три вида хлебопекарной продукции.
Белоксодержащие добавки, белоклипидный и липопротеиновыи комплексы из зерна амаранта
Применение белоксодержащих комплексов на основе зерна амаранта является одним из перспективных направлений в создании прогрессивных технологий приготовления хлебобулочных изделий [112, 117].
Белоклипидные комплексы представляют собой функциональные структуры растительной клетки. Большая часть их находится в составе пластид, протоплазме, особенно много в мембранах. При изучении распределения бело клипидных комплексов по анатомическим частям зерна установлено, что они сосредоточены в эндосперме и при помоле переходят в муку. Они образуются в зерне на определенных стадиях онтогенеза и являются артефактом. В центральной части комплекса находятся свернутые белковые макромолекулы (апобелок), окруженные ковалентносвязанными жирными кислотами; далее располагается слой анулярных липидов, связанных с белком и остатками жирных кислот гидрофобными связями [117]. Характер взаимодействия между ли-пидами и белками в растительных продуктах отличается большим разнообразием, что предопределяет разработку новых технологий получения белков совместно с липидами.
Установлена возможность применения в хлебопекарном производстве комплексного белоксодержащего продукта из смеси амаранта, соевых бобов и подсолнечника, комплементарных друг к другу по составу незаменимых аминокислот и сводящих их дефицит к минимуму.
При получении белоклипидного комплекса из смеси амаранта, сои и подсолнечника, взятых в соотношении 2:2:1, зерна предварительно обрабатывают с целью удаления из них антипитательных веществ путем выдерживания в воде при 75 С в течение 30 мин. Осаждение комплекса с массовой долей сухих веществ 23-25 % проводят при рН 5,65. Химический состав белоклипидного комплекса (% на СВ): белки - 40, липиды - 30,5, крахмал - 26, зола - 3,5. Содержание макроэлементов (мг/г продукта) в нем: кальций -136, магний -200; микроэлементы: железо - 49, медь - 10; аминокислоты -6342 мг/100 г комплекса, из них валина -191, изолейцина - 220, лейцина - 493, лизина - 696, метиони-на+цистеина - 373, треонина - 300, фенилаланина+тирозина -321, аланина - 242, аргинина - 663, аспарагиновой кислоты - 557, гистидина - 220, глицина - 307, глутаминовой кислоты-1248, пролина-201 и серина-310.
Установлено, что добавление белоклипидного комплекса из указанной смеси семян укрепляет клейковину, снижая показатель деформации: клейковина из упругой и сред нерастяжимой превращается в короткорвущуюся. С увеличением дозировки БЛК от 2,5 до 5,5 % показатель деформации снижается на 2,6-36,8 % после замеса и на 2,5-35,0 % в конце брожения. Растяжимость уменьшается на 18,8-50,0 и 16,7-4,4 % соответственно после замеса и в конце периода брожения. Это вызвано тем, что в тесте повышается доля высокомолекулярной (от 100000 Да до нескольких миллионов) плотениновой фракции, вносимой с белоклипидным комплексом. Эта фракция составляет 29-32 % белков амаранта [181], субъединицы которой соединены дисульфидными связями. Преобладание глютениновой фракции в тесте придает ему более упругую и ко-роткорастяжимую структуру при большом сопротивлении деформации. Кроме того, ненасыщенные и насыщенные жирные кислоты липидов БЛК взаимодействуют с белками клейковины. Ненасыщенные жирные кислоты, особенно ли-нолевая, в большей степени связываются с клейковиной по сравнению с насыщенными. Углеводородные радикалы ненасыщенных жирных кислот увеличивают гидрофобные свойства клейковины, приводящие к уменьшению ее гидратации, повышению упругости и сопротивлению растяжению. Повышение степени диссоциации непредельных жирных кислот и реакционная способность их двойных связей оказывает укрепляющее действие на клейковинный белок [30].
Важное значение для пищевой промышленности представляет липопро-теиновый комплекс, полученный из зерна амаранта на кафедре биохимии и физиологии растений ВГУ [110].
Его выход составляет 30 - 35 % от исходной массы муки амаранта. Липо-протеиновый комплекс - белый с сероватым оттенком порошок или паста без постороннего запаха, содержащий (% на СВ): жира— 9-11, белка - 40 42, крахмала - 48-51, фосфора - 0,1-0,11, азота - 4,9-5,2, влажность (%), порошкообразного продукта - 8-12, пасты - 76-82. Содержание свободных аминокислот -30,89 г/100 г СВ комплекса: лизин -4,68, гистидин - 1,10, аргинин - 3,30, аспа-рагиновая кислота- 1,65, треонин - 1,61, серии - 1,38, глутаминовая кислота -5,00, пролин - 1,50, глицин - 1,63, аланин - 0,85, цистеин - 1,69, валин - 0,25, метионин - 0,13, изолейцин - 1,13, лейцин - 2,17, тирозин — 1,18, фенилаланин - 1,07. Жирнокислотиый состав липопротеинового комплекса включает кислоты, %: пальмитиновую — 27, линолевую — 50, олеиновую — 23.
Внесение липопротеинового комплекса в тесто приводило к снижению качественных характеристик готовых проб (по состоянию пористости и эла стичности), что вызвано высокой его реакционной способностью, приводящей к увеличению -S-S- связей в тесте. В результате происходило чрезмерное упрочнение клейковинного каркаса пшеничного теста. В связи с этим предложено совместное применение его с пивными дрожжами - белоксодержащим компонентом микробного происхождения. В процессе метаболизма пивные дрожжи выделяют значительное количество SH-групп, уменьшающих упругость теста и позволяющих получать хлеб хорошего качества и высокой биологической ценности.
Теоретические основы компьютерного моделирования композитных смесей
Разработка теоретических основ и конкретных методов реализации принципов проектирования сбалансированных пищевых продуктов связана с формализацией качественных и количественных представлений о рациональности использования незаменимых аминокислот в технологии адекватной эк-зотрофии [153, 154].
Возможность самой постановки вопроса рационального использования незаменимых аминокислот основана на том, что они могут быть затрачены организмом (помимо расхода на анаболические нужды) на синтез заменимых аминокислот [12, 80] и на энергетические цели [79, 82]. Вклад белка в энергетическую составляющую проектируемого продукта питания должен быть минимальным [81], и ограничиваться только той его частью, которая не может быть использована на анаболические цели.
Приведенные рассуждения позволяют сформулировать главный принцип для проектирования аминокислотного состава белка новых видов продуктов питания с позиции рационального использования незаменимых аминокислот. Он заключается в том, что технологически допустимый состав и массовые доли входящих в него белоксодержащих компонентов могут считаться предпочтительными, когда (при условии равного обеспечения организма анаболическим материалом) максимальная по сравнению с другими вариантами доля содержащихся в белке ассимилируемых незаменимых аминокислот используется на анаболические цели без их деградации на биосинтез заменимых аминокислот и тем более без биологического окисления для компенсации энергозатрат организма [79].
Для решения поставленной задачи оптимизации белкового состава композитной смеси, состоящей из нескольких компонентов, формализуем ее параметры. Пусть Q. . - массовая доля j-ой незаменимой аминокислоты в белке і-го компонента, т. - массовая доля белка в і-ом компоненте смеси, Ь. -массовая доля j-ой незаменимой аминокислоты в эталонном белке. Тогда массовая доля j-ой незаменимой аминокислоты в белке проектируемой композитной к смеси выражается как с .— Д,- ;tfii . Цель работы состоит в подборе величин т. (m=l..k) таким образом, чтобы соотношение незаменимых аминокислот в белке композитной смеси и эталонном белке были близки. Расход аминокислот на анаболические нужды ведется в отсчете от аминокислоты с минимальным скором Cm;n := Min(Cj /b.j = 1..ri). Массовые доли аминокислот, пошедших на анаболические нужды в проектируемой композитной смеси высчитываются "параллельно" вектору b=(bx ,...,&), который умножается на mjn. Оставшаяся часть аминокислот, расходуемая на энергетические нужды, может быть записана в виде вектора d={C\ Стіп Ь, ,..., с j - СтШ bf)), и эта "непараллельная" вектору Ъ часть вектора с нуждается в минимизации. Естественным в данном случае алгоритмом минимизации будет "свертка" вектора d с положительными координатами в функциональную сумму минимизируемую на области допустимых /= ] значений массовых долей компонентов мучной композитной смеси перебором сетки с коррекцией шага. После описания математической модели возникает вопрос ее технической реализации. В современных условиях наиболее адекватным средством следует признать системы компьютерной алгебры {MathCad, Maple, Mathematicd). Причины, позволяющие делать такое утверждение, следующие: 1) Уровень производительности современных ЭВМ позволяет с приемлемыми затратами времени для подобных задач использовать даже среды с интерпретируемыми языками высокого уровня, традиционно проигрывающими компилируемым приложениям. 2) Трудозатраты на создание готовых специализированных приложений, реализующих ту или иную математическую модель, оказываются неоправданными, если возникает необходимость коррекции или смены модели, что вполне естественно в исследовательской деятельности.
3) В системах компьютерной алгебры динамичность подхода к реализуемой модели страхуется от ошибок наглядностью промежуточных результатов, доступных к оценке в символьной форме — в виде "обычных" математических формул. Ниже приведен полный код с комментариями в среде Maple, реализующий описанную модель. restart: n: =8: количество незаменимых аминокислот. Вводим численные значения массовых долей незаменимых аминокислот в эталонном белке: Ь:=[50,40,70,55,35,40,10,60]: Вводим полученные экспериментальным путем значения массовых долей незаменимых аминокислот в белках компонентов проектируемой композитной смеси (для простоты возьмем три компонента): a: =matrix {[ [an, au, ai3] , [абі,аб2/ бз] , [а7і,а72,а7з1 t [ааі,а82/аез1 ]) : Формальный расчет массовых долей С незаменимых аминокислот в проектируемой композитной смеси можно записать в виде: c: = [seq(sum(a[i,j]+m[j] ,j=l..3) ,i=l..8)] ; Полученная зависимость подтверждается следующей выкладкой: Одним из путей создания изделий повышенной биологической ценности с функциональной направленностью является применение в технологии хлеба композитных смесей, сбалансированных по составу незаменимых аминокислот. Амарантовая мука В работе применяли амарантовую цельномолотую муку, вырабатываемую из зерна амаранта вида A. Hypochondriacus L., сорта «Кизлярец», соответствующую требованиям ТУ 9293-353-0334534-2003. Сопоставительный анализ химического состава амарантовой и пшеничной муки показал, что по содержанию отдельных компонентов данные виды сырья существенно различаются (табл. 3.1). В амарантовой муке содержание белка и липидов, соответственно в 1,6 и 5 раз больше по сравнению с хлебопекарной пшеничной мукой первого сорта. Углеводы амарантовой муки представлены крахмалом (54,5 %) и моно- и дисахаридами (2,5 %). Это свидетельствует о том, что крахмала в муке амаранта на 18,8 % меньше, а моно- и дисаха-ров - в 5 раз больше, чем в пшеничной муке. Амарантовая мука является богатым источником витаминов Ві,В2, РР, Е, каротиноидов, количество которых на 20 - 60 % больше, чем в муке традиционных злаков. Амарантовая мука богата такими элементами как Са и Fe, которые относятся к наиболее дефицитным веществам в питании человека [29]. Кальций является трудноусвояемым элементом. Поступающие в организм человека соединения кальция практически не растворимы в воде. Щелочная среда кишечника способствует образованию слабоусвояемых его соединений, и только воздействие желчных кислот обеспечивает всасывание кальция. Суточная потребность в этом элементе у взрослого человека составляет 800 мг, у детей и подростков -1000 мг и более [98].
Разработка композитной смеси и технологии хлебобулочных изделий на ее основе
Превращение сухого порошкообразного продукта — мучной композитной смеси в гидратированную связную массу теста происходит в результате воздействия воды на все составляющие компонентов, образующих данную смесь. При этом скорость гидратации и количество поглощенной влаги в значительной степени зависят как от размеров частиц смеси, так и от особенностей морфологической структуры и химического состава ее [63].
Основные структурные элементы мучных композитных смесей, играющие первоочередную роль в формировании теста, те же, что и у пшеничной муки - это крахмал и белок. Количественные соотношения этих компонентов, различающихся как по размерам, так и по химическому составу, могут варьироваться в широких пределах.
Из смеси, не содержащей клейковинных белков, невозможно замесить тесто нормальной консистенции, пригодное для выпечки хлебобулочных изделий хорошего качества. При добавлении к композитной смеси воды последняя поглощается в первую очередь частицами белков. Гидратация обусловливает значительное увеличение их объема, а в результате сил адгезии происходит образование непрерывной структуры теста, которое представляет собой сетку тонких пленок клейковины, в которую включены крахмальные зерна и другие нерастворимые компоненты муки.
Для моделирования аминокислотного состава белков проектируемой композитной смеси (в соответствии с методикой, приведенной в главе 2) задавали стартовые значения массовых долей компонентов смеси и проводили поиск минимума меры несбалансированности на сетке переменного размера. Величину шага перебора выбирали исходя из требуемой точности рецептурного состава моделируемой мучной композитной смеси. Получали минимальную массовую долю неутилизируемых незаменимых аминокислот и соответствующий ей компонентный состав композитной смеси.
Предполагаемыми компонентами моделируемой смеси с учетом поставленной задачи, а так же их химического состава являлись мука амарантовая и мука овсяная. Учитывая, что и амарантовая, и овсяная мука не содержат клейко-винных белков, и в процессе приготовления теста не образуют специфического структурного клейковинного каркаса, для обеспечения физических свойств теста в смесь вносили сухую пшеничную клейковину.
Массовую долю сухой клейковины в смеси ограничили на нижнем уровне - 30 %, так как меньшее ее количество (по результатам пробных лабораторных выпечек) не обеспечивает получения хлебобулочных изделий требуемого объема и пористости.
В результате моделирования аминокислотного состава получили рецептурную смесь, состоящую из компонентов, представленных в следующем соотношении: амарантовая мука: овсяная мука: сухая пшеничная клейковина -20:40:40, - названную «Ладушка». Характеристика композитной смеси по составу незаменимых аминокислот и их скорам приведена в табл. 3.4.
Следующим этапом в проектировании состава мучной композитной смеси с точки зрения повышения ее пищевой ценности была рассмотрена возможность улучшения ее микроэлементного состава.
Среди минеральных веществ, рекомендуемых Институтом питания РАМН для обогащения хлебобулочных изделий, важная роль отводится кальцию. Ассимиляция кальция тканями зависит не только от его содержания в продуктах, но и от соотношения его с другими компонентами пищи, в первую очередь с фосфором, магнием, белками. На всасываемость кальция отрицательно влияет избыток магния, рекомендуемое соотношение этих элементов 1:0,5 (в массовых сортах хлебобулочных изделий 1:1,5). Если количество фосфора превышает уровень кальция в пище более, чем в два раза, то образуются растворимые соли, которые извлекаются кровью из костной ткани. Для взрослых рекомендовано соотношение кальция и фосфора 1:1,5, а в хлебобулочных изделиях оно составляет 1:5.
Соотношения между кальцием и магнием в полученной мучной композитной смеси составляло 1:1,2, между кальцием и фосфором 1:3,5. Для обеспечения оптимального соотношения между кальцием и магнием (1:0,5), кальцием и фосфором (1:1,5) в смесь вводили, дополнительный источник кальция. Необходимая дозировка кальция глюконата и «Обогатителя минерального (кальциевого) из скорлупы куриных яиц» к общей массе смеси составила 0,9 % и 0,3 % соответственно. Рецептура для мучной композитной смеси «Ладушка» по вариантам в зависимости от применяемого источника кальция приведена в табл. 3.5.
Как видно из табл. 3.6, в композитной смеси «Ладушка» содержание белка повышается на 29,7 %, крахмала - снижается на 30,3 %, железа и цинка -увеличивается соответственно в 3,8 и в 2,5 раза. В предложенной смеси достигается необходимое соотношение между кальцием и магнием (1:0,5), кальцием и фосфором (1:1,5). Совместное применение овсяной и амарантовой муки позволяет сохранить на уровне контроля содержание тиамина и повысить содержание рибофлавина и биотина на 20,0 % и 85,0 % соответственно.
Эффективность внедрения композитных смесей в хлебопекарную промышленность зависит от оптимального выбора критериев оценки их качества [51]. Мучные композитные смеси и составляющие их компоненты в сухом состоянии являются сыпучими продуктами, которые представлены гранулами. Для оценки их качества может быть использован грануло метрический анализ, который основан на изучении состава исследуемого сыпучего продукта. Гранулометрический состав сыпучего продукта показывает содержание в нем частиц различного размера, выраженное в процентах от массы или общего количества частиц исследуемого образца.
При проведении анализа применяли гранулометр ГИУ-1, разработанный в МГТУ им. Баумана совместно с кафедрами технологии хранения и переработки зерна и технологии хлебопекарного производства МГУПП. Принцип работы ГИУ-1 описан в разделе 2.3. Целью изучения гранулометрического состава являлась возможность дальнейшего проведения оценки технологических свойств (сыпучесть, слежи-ваемость при хранении, точность дозирования в технологическом процессе и способность к образованию однородной массы при замесе) композитной смеси «Ладушка», состоящей из амарантовой и овсяной муки и сухой пшеничной клейковины.
Сыпучий пищевой продукт наносили на поверхность предметного стекла микроскопа путем однократного встряхивания щетки, обладающей достаточной жесткостью. За критерий правильности распыления было принято отсутствие слипания частиц на предметном стекле. Подготовленный препарат помещали на предметный столик микроскопа. С помощью программ FLOUR V.1.0. определяли гранулометрический состав исследуемой композитной смеси.
Математическую обработку полученных данных проводили с применением методов математической статистики. Для исследуемого сыпучего продукта, исходя из восьми повторностеи результатов измерений, рассчитывали средние значения процентного содержания частиц в каждом интервале. Совокупность средних значений составила выборку результатов измерений, характеризующую гранулометрический состав (табл.3.7).
Осахаренный гидролизат из углеводно-белковой фракции амаранта в технологии самосброженных пшеничных заквасок
Перед хлебопекарной промышленностью России поставлены задачи наиболее полного удовлетворения потребностей населения в хлебобулочных изделиях за счет улучшения их качества и расширения ассортимента. Они могут быть решены на основе создания и внедрения гибких технологий, а также за счет возрождения старинных народных способов. В последнее время у потребителей возник интерес к бездрожжевой продукции, что объясняется появлением в печати и Интернете информации о негативном влиянии новых штаммов
хлебопекарных и спиртовых дрожжей Saccharomyces cerevisiae па организм человека [148, 155], несмотря на то, что учеными отдела микробиологии ГосНИ-ИХП это мнение опровергается [179]. Технологическая роль дрожжей в хлебопекарном производстве заключается в разрыхлении теста углекислым газом, выделяющимся при спиртовом брожении в результате сбраживания Сахаров, и образовании спирта, участвующего в формировании вкуса и аромата хлеба.
Процесс брожения является самым продолжительным технологическим циклом в приготовлении хлеба и занимает от 3 до 5 ч. Это связано с перестройкой дрожжевых клеток с дыхательного типа на бродильный и адаптации их к сбраживанию мальтозы. Такая перестройка требует определенного периода, связанного с изменением ферментного аппарата. Поскольку секреция индуцируемых дрожжами ферментов зависит от накапливающейся в среде мальтозы, процесс адаптации дрожжевых клеток к ней довольно продолжительный, и это отражается на длительности созревания полуфабрикатов и на качестве готовой продукции.
Молочнокислые бактерии (гетероферментативные) также участвуют в процессе брожения [4], так как при потреблении моносахаров, кроме широкого спектра органических кислот образуют диоксид углерода. В литературе подробно освещается роль молочнокислых бактерий при производстве ржаных сортов хлеба [2, 108, 109, 163] и недостаточно данных об указанных микроорганизмах в процессе приготовления пшеничных, хотя здесь они играют важную роль [9]. Имеются сведения, что продуктами жизнедеятельности их являются антибиотики [74, 104, 109]. Свойство молочнокислых бактерий вырабатывать последние обусловливает антагонизм их ко многим нежелательным микроорганизмам в хлебопекарных полуфабрикатах. Подавляя развитие посторонней микрофлоры, они улучшают гигиенические свойства хлеба, повышают стойкость хлеба к микробиологической порче при хранении. Расход сухих веществ муки на образование перечисленных продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий по сравнению с дрожжевыми клетками весьма экономичен.
Особенностью молочнокислых бактерий является их физиологическое отличие- высокая устойчивость к кислоте как следствие характерного для них энергетического обмена. Оптимум рН составляет 5,5 - 5,8, а в полуфабрикатах хлебопекарного производства они выдерживают более низкие величины рН -3,0-3,5. Это имеет большое селективное значение, так как дает им возможность конкурировать со многими другими бактериями в средах, богатых питательными веществами.
Приготовление заквасок на хлебозаводах связано с большими затратами пшеничной или ржаной муки, расходуемой на питание при культивировании микроорганизмов, что экономически не выгодно, поскольку снижается выход готовых изделий. Мука не полностью отвечает потребностям молочнокислых бактерий в углевод- и азотсодержащих компонентах, витаминах, биостимуляторах и минеральных веществах, обеспечивающих их активный метаболизм. из углеводно-белковой фракции амаранта При приготовлении осахаренного гидролизата нами предложена замена исходного сырья более сбалансированной по легкоусвояемым углеводам, азотистым веществам и минеральным компонентам углеводно-белковой фракцией амаранта. Остальное - это целлюлоза и другие вещества, не имеющие особого значения при производстве хлеба. Важнейшим для него являются горькие вещества и хмелевое масло. Во время приготовления закваски с применением хмеля происходит более интенсивный процесс образования ароматических веществ в результате взаимодействия Сахаров и специфических составных частей хмеля. При этом горечь хмеля смягчается и хлеб приобретает своеобразный тонкий аромат. В состав хмелевого масла входит около 250 легколетучих эфирных веществ (а- и (3-кислоты), большое количество смол, являющихся мощными фитанцидами. Благодаря бактерицидным свойствам горьких веществ хмеля в закваске не развивается посторонняя микрофлора на стадии разводочного цикла и при ее освежении в производственном. Молочная сыворотка и другие вторичные продукты молочной промышленности в нативном или высушенном виде широко используются в хлебопекарной промышленности. Замена части воды сывороткой при приготовлении заквасок и теста способствует повышению их кислотности, оказывает положительное влияние на коллоиды теста, улучшает химический и микроэлементный состав полуфабрикатов, а также предотвращает развитие нежелательной микрофлоры в них. Пищевая ценность молочной сыворотки обусловлена наличием в ней белковых веществ, углеводов, жирами, витаминами, минеральными солями, микроэлементами и имунными телами. Молочная сыворотка - однородная жидкость зелетоватого цвета, специфичного кисловатого вкуса. Сыворотка всех видов должна содержать не менее 5 % СВ, в том числе не более ] ,0 % белка и не менее 4,0 % лактозы, предельная общая кислотность творожной сыворотки -не более 75 Т. Желто-зеленая окраска молочной сыворотки объясняется наличием в ней рибофлавина. Углеводы сыворотки представлены в основном лактозой и продуктами ее гидролиза - глюкозой и галактозой; белки сыворотки - альбуминами, глобулином и у-казеином, - они полноценны по составу аминокислот; из минеральных веществ молока в сыворотку переходит 80 % калия, до 50 % кальция и магния, содержание которых в муке и хлебе незначительно. Сыворотка богата витаминами группы В, в ней содержится некоторая доля жирорастворимых витаминов A, D, Е. Основной органической кислотой сыворотки является молочная кислота, которой сопутствуют уксусная, муравьиная и масляная. Для приготовления гидролизата углеводно-белковую фракцию заваривали водой с температурой 80-90 С при гидромодуле 1:3. После охлаждения оса-харивали заваренную вводно-мучную смесь ферментным препаратом Фунгамил 2500 BG при температуре 50-55 С в течение 3 ч. Полученный гидролизат в количестве 35 % вносили в водно-мучную смесь, состоящую из муки пшеничной хлебопекарной первого сорта и.воды -65 %.( при гидромодуле 1:1,35), и добавляли порошок шишек хмеля в дозировке 0,2 % к массе углеводно-белковой фракции. Большее количество вносимого хмеля снижает скорость кислотона-копления вследствие комплексного бактериостатического действия его на микрофлору закваски, удлиняя продолжительность ее созревания.
