Содержание к диссертации
Введение
2. Обзор литературы 11
2.1.Зерно пшеницы 11
2.1.1.Строение зерна пшеницы 11
2.1.2. Химический состав морфологических частей зерна 12
2.1.3.Структурно-механические свойства отдельных частей зерна 17
2.2.Балластные вещества,состав,свойства и значение в питании 24
2.3.Физико-химические основы измельчения материалов 26
2.3.1.Тонкое измельчение материалов с различными свойствами 26
2.3.2. Основные принципы измельчения зерна,принятые в мукомольной промышленности. Специфика диспергирования целого зерна пшеницы 28
2.4.Сравнительная оценка качества муки различных сортов... 30
2.5.Зерновые продукты, готовые к употреблению и сорта хлеба с применением целого зерна пшеницы и отрубей 33
2.6.Основные направления в технологии производства пшенич ного теста в СССР и за рубежом 35
3.Экспериментальная часть 40
3.1.Сырье, используемое при проведении исследований 43
3.2.Методы исследований, применявшиеся в работе 44
3.2.1.Методы исследований свойств сырья 44
3.2.2.Методы приготовления теста и хлеба 46
3.2.2.1.Методы выпечек хлеба 46
3.2.3.Методы оценки качества готовых изделий 52
3.2.4.Методы исследования свойств полуфабрикатов 53
3.2.5.Специальные методы исследования 55
3.3.Характеристика сырья, применявшегося в работе 64
3.4.Результаты исследований и их анализ 68
3.4.1.Тонкое измельчение зерна пшеницы при мокром помоле.. 68
3.4.2. Тонкое диспергирование сухого зерна пшеницы и отрубей (сухой помол) 83
3.4.3.Технологические свойства тонкодисперсной муки из целого зерна пшеницы и смесей сортовой муки с тонко-измельченными отрубями 119
3.4.4.Разработка способа приготовления теста из нового вида муки 128
3.4.5. Влияние разработанного способа приготовления теста из муки нового вида на эффективность производства хлеба . 157
3.4.6.Исследование пищевой ценности нового вида хлеба 158
3.4.7.Произведетвенные испытания 172
4.Обсузвдение основных результатов исследований 174
5.Выводы 177
6.Список использованной литературы 185
7.Приложения 211
- Химический состав морфологических частей зерна
- Основные принципы измельчения зерна,принятые в мукомольной промышленности. Специфика диспергирования целого зерна пшеницы
- Тонкое диспергирование сухого зерна пшеницы и отрубей (сухой помол)
- Влияние разработанного способа приготовления теста из муки нового вида на эффективность производства хлеба
Химический состав морфологических частей зерна
Биологическая ценность любого продукта из злаков, которая обусловлена его химическим составом, определяется содержанием в нем необходимых организму человека пищевых веществ, и в первую очередь белков, незаменимых аминокислот, углеводов, жиров, вита минов, минеральных и балластных веществ. Анатомические части зерна имеют различный химический состав (2,3,4), данные представлены в таблице I,
Плодовые и семенные оболочки отличаются высоким содержанием клетчатки и гемицеллюлозы (13,14). Минеральные вещества в плодовой и семенной оболочках составляют до 24% от массы (3). Белковые вещества находятся в незначительных количествах, примерно от 2,5 до 6,0% (4), Из витаминов в оболочках присутствуют в основном пи-ридоксин (%) - 12% и пантотеновая кислота (В3) - 9% (от общего содержания в зерне) (2).
Алейроновый слой имеет своеобразный химический состав (15). Общее содержание белковых веществ в клетках алейронового слоя, по данным некоторых авторов (2,3) доходит до 30%, наличие жира также довольно велико - до 10% (13). Углеводы в основном представлены клетчаткой (до 6%), целлюлозой (до 5,6%) и пентозанами (до 26%) (13,14). Ди - и три сахариды составляют 5-8% массы клеток. Биологически активные вещества широко представлены в данном слое. Так тиамина содержится 62% от общего количества в зерне, рибофлавина - 37%, ниацина - 82%, пиридоксина - 61%, пантотеновой кислоты - 41% (2). В алейроновом слое много фосфора. По данньм (16) более, чем на 1/3, алейроновые гранулы состоят из фитина (кальций-магниевые соли инозитфосфорной кислоты). Под действием фита-зы (оптимум действия рН = 5,8), находящейся в зерне пшеницы, от фитина отщепляется фосфорная кислота и соли кальция, которые используются организмом человека в обмене веществ.
Эндосперм преимущественно состоит из крахмала, количество которого доходит до 75-80% от массы (3). В состав белковых веществ в основном входят глиадин и глютенин. Показано (2), что по направлению к центру эндосперма содержание белка и золы снижается. Из всех витаминов больше всего в эндосперме находится ниацина (до 12%), рибофлавина (до 32%) и пантотеновой кислоты (до 43%) от общего содержания в зерне (2). Минеральных веществ немного, они в основном представлены калием и фосфором.
Зародыш« являясь зачатком будущего растения, сосредотачивает в своем составе много белков, Сахаров, липидов и минеральных солей. Его характеризует достаточно высокое количество биологически активных веществ - витаминов и ферментов (2). По данным (2,17) в зародыше от 17,7 до 35% белка, который включает в основном альбумин и глобулин. Липидов в среднем около 10% (2,18,19). Минеральные вещества составляют 3,9-6,4% (18) и представлены в основном калием, фосфором, магнием, железом (2). Весьма интересен соетав углеводов зародьша, так, например, содержание редуцирующих Сахаров доходит до 3,5%, сахарозы - до 14,6%, рафинозы до 6,9% (2). В зародыше сосредоточено около 60% витаминов целого зерна пшеницы (18), которые в основном представлены Bj, В2, Bg, РР и группы Е - соответственно 6,2; 1,45; 2,5; 7,5; и 15,8 мг %. Основными источниками витаминов группы "В" являются крупяные культуры. Часто бывает недостаточно витаминов группы Е { it/ , У токоферолов), так как содержание этого витамина в обычных продуктах мало. В связи с этим особый интерес представляет витамин Е, который в зародыше представлен оС - токоферолом (49-50%), j3 - токоферолом (28-29%) и гґ - токоферолом (1,5-9%) (20). Токоферолы оцениваются как одни из весьма активных веществ, тормозящих развитие столь распространенного в настоящее время заболевания -атеросклероза и являются веществом, стимулирующим работу нервной системы. Поскольку при прорастании зерна именно из зародыша образуется новое растение, в его состав входят разнообразные ферменты, которые выполняют важную роль в обмене веществ (2).
Таким образом краткое рассмотрение химического состава отдельных морфологических частей зерна позволяет сделать заключение о неравномерном распределении отдельных элементов в самом зерне. Это относится прежде всего к одному из важнейших и дефицитных компонентов зерна - белку. Наибольшим количеством белка отличается так называемый субалейроновый слой эндосперма (21,22), который содержит 53% белка. Ауэрман (23) отмечает, что самым высоким содержанием белка отличаются периферийные части зерна, значительно меньше его в центральной части эндосперма.
Основные принципы измельчения зерна,принятые в мукомольной промышленности. Специфика диспергирования целого зерна пшеницы
Ввиду того, что зерно является анизотропным телом, при его размоле в мукомольной промышленности возникают значительные трудности. Деформации сжатия и сдвига способствуют измельчению эндосперма, в то время как отрубистые оболочки не разрушаются под воздействием этих усилий.
Наиболее примитивным способом измельчения зерна в мукомольной промышленности является размол пшеницы на каменных жерновах. При этом получается мука грубого помола, наиболее тонкая часть ее состоит из эндосперма, а грубая из обломков отрубей.
В настоящее время в современной мукомольной промышленности широкое распространение получил вальцевый помол, который складывается из двух процессов - драного и размольного. Драной процесс позволяет более полно отделить чистый эндосперм от оболочек. После прохода через вальцы продукты помола разделяются на рассевах на несколько фракций различной дисперсности, наиболее крупная состоит из отрубей. Технология производства муки совершенствовалась, однако основная цель оставалась прежней - получить муку наивысшей очистки, свободной от оболочек, т.е. максимальной белизны. с точки зрения гигиены питания (77), чем больше зерно освобождено от зародыша и периферийных слоев и измельчено, тем меньше в муке биологически активных компонентов (витаминов, микроэлементов и др.) и клетчатки.
В результате такого помола зерна высшие сорта по своему составу приближаются к эндосперму, небольшая часть периферийных слоев зерна попадает в муку второго сорта, а отруби содержат оболочки, зародыш, алейроновый слой и частицы эндосперма.
На предприятиях мукомольной промышленности применяются молотковые дробилки и вальцевые станки. Как отмечают авторы (78,79, 80,81), эти машины для производства муки без отбора отрубей не рекомендуются, так как они не могут обеспечить получение однородного по крупноте продукта.
В последние годы в литературе описано большое количество способов измельчения целого зерна пшеницы (82-106). При общей характеристике этих способов, необходимо отметить, что одни из них предполагают весьма сложное аппаратурное оформление процесса, другие предусматривают проведение размола при повьшенных или очень низких (криогенных) температурах. В некоторых методах находят применение различные растворители, ферментные препараты. Кроме того, в целом ряде помолов удаляются отдельные морфологические части зерна, в особенности периферийные. Степень дисперсности муки весьма разнообразна, как правило, преобладает грубый помол.
В нашу задачу, как это указывалось ранее, входило получение муки из всех тонкодиспергированных морфологических частей зерна, в том числе оболочек с алейроновым слоем и зародыша, отличающихся высокой биологической ценностью.
При грубом дроблении затрудняется их усвоение организмом че ловека из-за наличия толстостенных клеточных оболочек. Для выполнения этой задачи необходимы специальные измельчители. Основным недостатком существующего оборудования для измельчения зерна является то, что в каждой из конструкций преимущественно используется какой-то один из способов воздействия, в то время как для измельчения разнородного по своей структуре и физико-механическим свойствам материала, каким является целое зерно, необходим комплекс различных измельчающих воздействий. Таким образом, если создать оптимальные условия для диспергирования зерна пшеницы, то можно получить муку, которая будет выгодно отличаться повышенным содержанием питательных компонентов, от существующих сортов пшеничной муки, вырабатываемых в настоящее время мукомольной промышленностью .
Показатели качества муки различных сортов (химический и гранулометрический состав, цвет и др.) зависят от того, какие анатомические части зерновки и в каких соотношениях в нее включены. Кроме того, некоторые свойства муки будут зависеть от степени механического воздействия измельчающих машин.
В современном хлебопечении используется мука различных сортов, которая по своему химическому составу значительно беднее целого зерна, так как при производстве сортовой муки ценные в пищевом отношении части зерна, богатые белком и витаминами -алейроновый слой и зародыш, в основном, удаляются. Мука в этом случае состоит из достаточно тонко диспергированного эндосперма.
Высокопитательные части зерна (алейроновый слой и зародыш) обладают тем недостатком, что имеют толстые клеточные оболочки из целлюлозы и гемицеллюлозы, которые практически не расщепляются ферментами, выделяемыми пищеварительными органами человека. Поэтому мука, содержащая эти части зерна (разового помола или мука обойная), незначительно повышает пищевую ценность хлеба из-за плохой усвояемости этих частей.
Химический состав муки хорошо изучен и данные приведены в монографиях и учебниках (2,18,23,49,58,107,108 и др.). В Советском Союзе из пшеничных сортов наиболее полноценной по химическому составу является обойная мука, однако, целое зерно отличается более высоким содержанием белка, незаменимой аминокислоты лизина, а также содержанием витаминов и минеральных веществ (2,23,108). Такое различие объясняется тем, что при обработке зерна теряются некоторые морфологические части зерна, содержащие биологически ценные вещества. Например, по некоторым данным (109) при размоле пшеницы переходит в муку около 70% лизина, 30% витамина Вт, 40% витамина В2, 35% ниацина, 54% кальция, 30% калия, 29% фосфора, 45% железа и т.д. Чтобы сохранить в муке большинство питательных веществ зерна, надо создать оптимальные условия его обработки. Очевидно, что хлеб, приготовленный из муки, размолотой из целого зерна при оптимальных условиях измельчения будет отличаться повышенным содержанием питательных компонентов (НО).
При выработке муки из зерна происходят значительные потери минеральных веществ (111,112,113,114,115). Так, например, в муке 70%-ного выхода содержится около 33% фосфора от его количества в зерне.
Тонкое диспергирование сухого зерна пшеницы и отрубей (сухой помол)
Для осуществления сухого помола целого зерна с тонким диспергированием всех морфологических частей наїли были испытаны вибрационные установки; для тонкого помола отрубей использованы измельчители ударно-истирающего типа или диспергаторы, в которых размол производится при помощи кулачков.
Исследование возможности тонкого диспергирования целого зерна пшеницы при помощи вибрационных измельчителей проводили совместно с ВНИИ продуктов брожения (ВНИИПрБ).
Помол целого зерна осуществляли на двух лабораторных установках, отличающихся схемами измельчающего устройства: двухщелевого и роторного типа.
Сущность работы установок состоит в том, что с помощью вибрации измельчаемый материал переводится в виброожиженное состояние, что приводит к истиранию частиц измельчаемого материала друг о друга, а также к усталостному разрушению крупинок измельчаемого материала по наиболее слабьм местам - дефектам разного рода, раз вившимся в его структуре. Приводим краткое описание конструкций и принципов работы этих установок. На рис. 4 и 5 изображены общий вид и схема лабораторного двухщелевого измельчителя. Основньм рабочим органом измельчителя является подвижной колосник, который перемещается между неподвижньми щеками, являющимися корпусом измельчителя. Зазор между колосником и щеками регулируееся взаимным ии херрмещением пп оертикалии Колебания колосника по горизонтали создаются шатунно-кривошипным эксцентриситетом, диапазон изменения которого от 2 до 10 мм. Амплитуда колебаний колосника равна величине эксцентриситета. Для загрузки измельчаемого материала на верхних плоскостях неподвижных щек установлен бункер, на котором смонтирован пневматический пригруз принудительной подачи материала в измельчитель. Привод измельчителя осуществляется от электродвигателя постоянного тока, от которого крутящий момент передается клиноременной передачей к валу шатунно-кривошипного механизма.
Лабораторный роторный виброизмельчитель представляет собой установку, в которой зерно измельчается в узком зазоре между рифлеными рабочими поверхностями ротора и статора (рис.6,7). Основными рабочими органами диспергатора являются статор и ротор, закрепленный на подвижной каретке. Передвижение каретки относительно статора осуществляется в горизонтальной плоскости. В центре поперечных тяг каретки расположены втулки, эксцентричность наружной и внутренней цилиндрических поверхностей их обеспечивает возможность изменения положения оси ротора относительно статора по вертикали.
На валу ротора установлен с одной стороны шкив, с другой равный ему по массе маховик. К наружлым торцевым поверхностям шкива и маховика крепятся дебалансы, которых устанавливается с кавдой стороны не более трех. Для загрузки измельчаемого продукта и для выгрузки материала из рабочей камеры к корпусу статора закреплены загрузочный патрубок и разгрузочный лоток. Привод вращения ротора осуществляется передачей от электродвигателя постоянного тока. Измельчение материала в виброизмельчителе осуществляется при вращении ротора в узком зазоре между рабочими поверхностями ротора и статора за счет комплексных вибрационно-динамических воздействий, включающих стесненный направленный удар, вызываемый вибрационными горизонтальными перемещениями ротора с кареткой относительно статора. Параметры вибрационных перемещений ротора определяются скоростью его вращения, положением дебалансов. Измельчаемый матерная и продукты измельчения за счет вибрационных колебаний статора и ротора находятся в той или иной степени виброожижения в зависимости от принятых параметров вибрации.
Установка работает при следующем режиме: напряжение сети - 2Е0 В, сила тока - 40-48 А, скорость вращения ротора - 3000 об/мин.
При исследовании работы данных экспериментальных установок изучалась возможность тонкого измельчения всех морфологических частей зерна. В этих опытах использовали пробу зерна № 4. Дисперсионный состав муки представлен в таблице 14.
Качество полученной цуки по гранулометрическому составу было несколько лучше при диспергировании зерна на роторном виброизмельчителе. Так, например, содержание фракции с размерами частиц меньше 160 мкм, составляло в муке, полученной на двухщелевом измельчителе 40 ,на роторном - 50 . Кроме того,на основании принципа действия роторного виброизмельчителя, легче было сконструировать полу промышленную установку. В силу этих причин дальнейшие исследования проводили на лабораторном роторном виброизмельчителе.
Нами была определена технология размола зерна, которая заключается в следующем. При диспергировании целого зерна хрупкие части эндосперма сразу превращаются в тонкоизмельченную фракцию, но при этом частично остается крупная фракция с размерами частиц свыше 300 мкм. Для измельчения этих частиц их после отсеивания ввиде схода с сита № 23 (315 мкм) возвращали на доизмельчение в этот диспергатор с вновь поступившим зерном. В данном случае вновь поступающее зерно, обладая значительными абразивными свойствами, способствовало измельчению отсеянного схода с сита № 23. Такая технология измельчения зерна дала вполне удовлетворительные результаты при размоле зерна. Дисперсионный состав мукn определяли ситовым анализом с досеиванием кистью. При проведении данных исследований использовали зерно пробы № 4, муку пшеничную 2 сорта - проба № 4, обойную - проба № 8. Была получена мука по размерам частиц, близкая к муке пшеничной 2 сорта.(табл.15).
Влияние разработанного способа приготовления теста из муки нового вида на эффективность производства хлеба
Важным показателем эффективности способа производства хлеба является величина затрат сухих веществ муки на брожение. При оценке преимуществ разработанного ускоренного способа приготовления теста, сопоставляли затраты сухих веществ муки на брожение теста по новому способу в сравнении с опарным. Тесто из цуки нового вида готовили опарным и ускоренным способом по рецептурам и технологическим режимам, приведенным в разделах 3.2.2. и 3.4.4., соответственно. Определение затрат сухих веществ муки на брожение проводили по количеству спирта, который образовывался в сформованных тестовых заготовках перед посадкой их в печь. В таблице 42 представлены результаты исследований по влиянию способа приготовления теста на затраты сухих веществ муки при брожении. Ускоренный способ позволяет снизить затраты сухих веществ муки при брожении в 2 раза и сократить продолжительность приготовления теста в 3,7 раза по сравнению с традиционным опарным тестоведе-нием. Пищевую ценность нового вида хлеба определяли расчетным и экспериментальным путем. Расчет пищевой ценности хлеба проводили согласно "Временным методическим указаниям по расчету химического состава хлебобулочных изделий", утвервденным Упрхлебом Минпищепрома СССР 19.02.80г. При расчете были использованы таблицы химического состава пищевых продуктов (237,238). Исходные данные для расчета: Рецептура - Мука 100, дрожжи - 3, соль - 2, влажность теста 48 , хлеба - 47%. Расчетный выход хлеба 142%. Расчет химического состава 100 г хлеба проводили, исходя из количества ингредиентов сырья и его химического состава. Полученные данные по химическоцу составу компонентов, вносимых по рецептуре, суммируются (таблица 43). Результаты проведенных расчетов показывают, что хлеб содержит около 8,5% белка, минеральные соли К и Р в значительных количествах (более 250 мг %)-, витамины группы "В". Для определения пищевой ценности нового сорта хлеба экспериментальным путем его готовили в технологической лаборатории ВНИИХП по рецептуре и технологическому режиму, приведенному в табл.38 и передавали в химико-аналитическую лабораторию Института питания АМН CCGP для определения в нем содержания биологически ценных веществ. Аминокислотный состав хлеба. Новый сорт хлеба содержит больше незаменимых и заменимых аминокислот в сравнении с хлебом из пшеничной муки 2 сорта (табл.44).
Так,например, лизина в новом сорте хлеба больше на 22%, чем в хлебе из пшеничной муки 2 сорта, недостаток, которого в пище приводит к нарушению азотистого и минерального равновесия в организме человека. В оценке аминокислотной полноценности питания достаточно руководствоваться учетом только 4 незаменимых аминокислот -триптофана, лизина и серосодержащих аминокислот (метионина и цис-тина), соотношение которых должно быть 1:3:3 (247). В хлебе нового сорта это соотношение равно 1:2,7:3,6 и оно ближе к оптимальному. Витаминный состав хлеба. В таблице 45 представлены данные по составу и количеству некоторых витаминов в этих же сортах хлеба. Новый сорт хлеба отличается также более высоким содержанием витаминов. Так, витамина "Е" в нем выше на 1Ь% по сравнению с хлебом из пшеничной муки 2 сорта. Это очень важно, так как основное физиологическое значение витамина "Е" заключается в его антиокислительном действии на внутрикле точные липиды и предохранении липидов митохондрий или микросом от пероксидации (247). Наибольшую биологическую ценность из провитаминов А имеет J& каротин. А - витаминная активность его в 2 раза превышает активность других каротинов. В новом сорте хлеба этого витамина содержится в 2,5 раза больше чем в хлебе из пшеничной муки 2 сорта. По витаминной обеспеченности новый сорт хлеба в основном превосходит сравниваемый с ним сорт хлеба. Минеральный состав хлеба.
Новый сорт хлеба, как это видно из таблицы 46, более богат минеральными веществами (кальция больше на 34%, фосфора - на 69%, магния - на 74%, железа - на 21%). Железо является основным биомикроэлементом, нормализующим состав крови и стимулирующим внут риклеточные процессы обмена, суточная потребность в нем человека составляет 15 мг, следовательно, 400 г хлеба нового сорта могут обеспечить эту норму. Липиды хлеба. Необходимо отметить, что в новом сорте хлеба сумма липидов превышает их количество, содержащееся в хлебе из пшеничной муки 2 сорта. Эти данные приведены в таблице 47.
