Содержание к диссертации
Введение
Технологические особенности производства хлеба функцио нального назначения 8
Пищевой статус населения России и основные пути его коррекции 8
Пищевая ценность культуры тритикале 16
Функциональные свойства пектиновых веществ 32
Объекты и методы исследований, обработка эксперимен тальных данных 48
Схема проведения исследований 48
Характеристика объектов исследования 48
Методы исследований качественных показателей сырья и разработанного продукта 49
Методика математического планирования эксперимента и обработки опытных данных 54
1 Методика статистической обработки экспериментальных данных 54
2 Методика корреляционного и регрессионного анализа результатов исследований 61
Исследование технологических и хлебопекарных свойств культуры тритикале 68
1 Характеристика технологических свойств культуры тритикале 68
2 Хлебопекарные свойства муки тритикале изучаемых сортов 74
3 Влияние пектиновых веществ на реологические свойства клейковины муки тритикале изучаемых сортов 79
4 Влияние вида пектиновых веществ на хлебопекарные свойства сеяной муки тритикале сорта Память 84
Разработка технологии хлеба функционального назначения 94
1 Влияние вида пектина на качество хлеба 94
2 Разработка рецептуры хлеба из тритикалевой муки 101
Выводы 108
Список используемых источников
- Пищевая ценность культуры тритикале
- Объекты и методы исследований, обработка эксперимен тальных данных
- Методика корреляционного и регрессионного анализа результатов исследований
- Влияние пектиновых веществ на реологические свойства клейковины муки тритикале изучаемых сортов
Введение к работе
Проблема качества и безопасности продуктов питания в современном обществе приобретает особую актуальность. В сложившихся экологических условиях продукты питания должны иметь не только биологическую и пищевую ценность, но и выполнять профилактические функции. Поэтому расширение ассортимента и увеличение объемов производства функциональных продуктов питания становится чрезвычайно важным для улучшения пищевого статуса населения России.
Анализ структуры питания населения выявил, что хлеб и хлебобулочные изделия прочно занимают лидирующее место в питании человека: суточное потребление хлеба составляет от 330-400 г[68].
Недостаточная биологическая ценность хлеба - составная часть проблемы дефицита по количеству белка в рационе питания. Одним из возможных путей ликвидации этого дефицита является привлечение новых полноценного белка растительного происхождения.
В настоящее время большой практический интерес в нашем крае приобретает уникальная зерновая культура тритикале, обладающая высокой урожайностью, зимостойкостью и устойчивостью к различным заболеваниям; соединяющая в себе биологическую полноценность белковых веществ ржи с уникальными хлебопекарными свойствами пшеницы, позволяющая не только повысить пищевую ценность хлеба, но и решить проблему дефицита ржаной муки в нашем крае, а также расширить сырьевую базу хлебопекарной отрасли.
Следует отметить, что создание продуктов питания нового поколения в настоящее время немыслимо без применения пищевых и биологически активных добавок, которые бы способствовали профилактике хронической интоксикации, выведению из организма таких чужеродных веществ как радионуклеидов, соли тяжелых металлов. К таким веществам относятся пектины и их производные.
Таким образом, использование культуры тритикале как основного источника сырья для производства хлебных изделий позволит повысить их биологическую ценность, а внесение пектиновых веществ, придаст данным изделиям, повышая как пищевую ценность, так и качество изделий.
В связи с вышеизложенным актуальной задачей является разработка новых видов хлеба функционального назначения на основе муки тритикале и пектиновых веществ.
Актуальность темы исследования подтверждается ее включением в научно-техническую программу Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» и в тематический план КубГТУ.
Целью данной работы явилось теоретическое и экспериментальное обоснование технологии производства хлеба функционального назначения на основе использования муки тритикале.
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
- теоретически и экспериментально обосновать применение ПВ в производстве хлеба функционального назначения;
- определить фракционный состав пектиновых веществ в зерне и муке различных сортов тритикале;
- исследовать хлебопекарные свойства муки изучаемых сортов тритикале;
- изучить влияние дозировки пектиновых веществ на реологические свойства клейковины, определить их оптимальную дозировку;
- определить сорт зерна тритикале, обладающий оптимальными хлебопекарными свойствами;
изучить влияние различных видов пектиновых веществ на хлебопекарные свойства муки данного сорта;
- разработать технологию и рецептуры новых видов хлеба функционального назначения на основе муки тритикале;
- провести промышленную апробацию разработанных рецептур. Научная новизна работы заключается в том, что впервые теоретически и экспериментально обоснована технология производства хлеба из муки тритикале с введением пектиновых веществ.
Исследован фракционный состав пектиновых веществ зерна и муки тритикале различных сортов, что стало основой для разработки технологии и рецептур хлеба функционального назначения.
Получены аналитические зависимости между показателями качества муки тритикале и физическими свойствами теста, как в исходном образце, так и в модифицированном (при внесении пектиновых веществ).
На основании результатов исследования хлебопекарных свойств муки, определения фракционного состава их ПВ и комплексообразующей способности целевого продукта разработана технология производства хлеба функционального назначения на основе муки тритикале.
Практическая значимость работы состоит в разработке научно обоснованных рецептур хлеба из муки тритикале. Получены данные о комплексообразующей способности разработанных видов хлеба. Разработана и утверждена нормативная документация: ТИ и ТУ 9114-043-0493020-02 хлеб «Университетский», ТИ и ТУ 9114-044-0493202-02 хлеб «Весенний». Проверка основных теоретических положений, результатов исследования и практических рекомендаций проведена в лабораториях КубГТУ и НИИ «Биотехпереработка» КГАУ.
Основные положения диссертационной работы были доложены и одобрены на ежегодных научно-практических конференциях Кубанского го сударственного аграрного университета (г. Краснодар, 2000 — 2003 гг.), на региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2001г.), международной научно-практической конференции «Продовольственная индустрия юга России. Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья растительного и животного происхождения» (г. Краснодар, 2000 г.), школе-семинаре «Функциональные продукты питания» (г. Сочи, 2001 г.), международной конференции «Функциональные продукты питания (Кубань 2001)» (г. Краснодар, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Пути повышения и стабилизации производства высококачественного зерна» (г. Краснодар, 2002 г.), международной конференции «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность (Кубань - 2003)» (г. Краснодар, 2003 г.).
Па материалам диссертации опубликовано 15 научных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 129 страницах компьютерного текста, содержит 13 рисунков и 20 таблиц.
Пищевая ценность культуры тритикале
Тритикале - это первая искусственно созданная зерновая культура, полученная от скрещивания пшеницы (Triticum) и ржи (Secale).
Эта культура представляет собой практический интерес, так как удачно сочетает свойства своих прародителей: высокую зимостойкость, устойчивость против грибных и вирусных болезней, пониженную требовательность к плодородию почвы, устойчивость к различным неблагоприятным факторам среды и биологическую полноценность белковых веществ ржи с уникальными хлебопекарными свойствами пшеницы.
Первые скрещивания пшеницы с рожью были осуществлены шотландским ботаником Уилсоном в 1875 г., а в 1888 году немецким генетиком В. Римпау впервые был получен пшенично-ржаной аллоплоид, однако приро l# да, полученного им гибрида будет установлена лишь в 1945 г. Линдшау и Элером, а в 1936 г Мюнтцигом [52].
Профессор Г.К. Мейстер наблюдал уникальное явление в 1918 г на Саратовской опытно-селекционной станции - возникновение в массиве пшеницы, расположенной рядом с полем ржи, тысяч естественных пшенично-ржаных гибридов. Исследования в этой области были продолжены В.Н. Лебедевым в 1932-1935 гг., а первая форма гексаплоидного тритикале была создана у нас в стране в 1933г профессором А.И. Державиным [24]. Исследования в данной области продолжались во многих странах, множеством ученых.
Впервые наименование пшенично-ржаным амфидиплоидам дал Вит тмак в 1899 г. В 20-х годах Г.К. Мейстером был получен новый пшенично ржаной амфидиплоид, которому автор дал название Triticum secalotricum saratoviense. Позднее Линдшау и Олер вводят в обиход наименование Triticale [11], [52]. Озимые тритикале в зависимости от происхождения роди тельских форм, озимые тритикале могут сильно различаться по морфологи ческим признакам. Морфология зерна тритикале занимает промежуточное положение.
Развитие зерна тритикале происходит в цветках. Колосок тритикале, как правило, многоцветковый, в нем может быть от 2 до 6 цветков. В колосе имеется от 30 до 40 колосков. Лучшие зерно кормовые сорта тритикале пре вышают и рожь, и пшеницу по длине колоса и числу колосков в колосе. Со зревающие колосья тритикале в длину часто превышают 15 см и обычно ос # тистые.
Тритикале различаются по прочности прикрепления по способности удерживать зрелые зерновки в колосе. Это свойство обеспечивает различную склонность к осыпанию зерна. Известны линии тритикале с легким обмолотом Зерна тритикале желтовато-коричневые, превышают по длине пшеничные, достигая 10-12 мм длины и до 3 мм ширины [43], [35].
Компонентами зерновки являются эмбрион или зародыш, присоединенный с помощью щитка к эндосперму. Они закрыты остатками эпидермиса и семенной оболочкой. Окружает зерно плодовая оболочка, состоящая из нескольких слоев, материнской ткани. Его наружняя оболочка (перекарпий) образуется уже на третий день после цветения.
Семенная оболочка зерна лежит между перекарпием и эпидермисом, представляет собой тонкую, сильно окрашенную линию. При соединении семенной оболочки с пигментным тяжом, образуется восковая водоотталкивающая зона, которая окружает эндосперм и зародыш [78], [79], [83], [84]. У тритикале алейроновый слой немного отличается от алейронового слоя зерна пшеницы.
Ширина клетки в зрелом зерне 30-50 мкм, а длина их составляет в радиальном направлении от 80 до 100 мкм. Клетки данного слоя наполнены остатками ядер и алейроновыми зернами. Однако, алейроновый слой пшеницы редко состоящих более чем из одного слоя клеток, многоугольной формы, состоят они в основном из целлюлозы.
Модифицированный алейроновый слой пшеницы простирается по краю щитка, прерываясь, он тянется над большей частью оси зародыша. У тритикале предполагается аналогичное строение.
Непосредственно под нуцеллярным эпидермисом, расположены клетки алейронового слоя, образующиеся путем деления слоя делящихся клеток.
Клетки эндосперма у тритикале можно объединить в три группы: периферические, призматические и центральные. Они отличаются по форме и расположению в зерне и возникают в результате распределения и различия ритма деления клеток в первые дни развития зерновки.
К концу фазы клеточного деления появляются периферические клетки, включающие в себя два или три ряда клеток под алейроновым слоем. Они меньше по размеру призматических клеток и содержат относительно мало крахмальных зерен среднего размера. В этой зоне наблюдаются довольно большие карманы белка.
Основную массу ткани эндосперма составляют призматические клетки, располагающиеся неправильными рядами внутри периферической зоны. Их средний размер 450-500 мкм на 85- 120 мкм. Они заполнены крахмальными зернами двух типов: овальной формы приблизительно 35 х20 мкм и сферической, с размером чуть менее 10 мкм. Зерна обоих типов окружены белковым матриксом [43], [83], [84], [46].
Крахмальные зерна впервые появляются возле клеточных стенок развивающегося эндосперма. Такое положение в периферических клетках, сохраняется и при зрелости, а в призматических и центральных клетках, рост крахмальных зерен продолжается дальше, они оказываются целиком заполненными, или содержат значительно меньше белкового матрикса.
Зародыш тритикале подобен зародышу пшеницы. Он состоит из зародышевой оси, которая включает в себя рудиментарные побег, корень и щиток, который функционирует как запасающий, пищеварительный и поглощающий орган [89], [88].
Объекты и методы исследований, обработка эксперимен тальных данных
Экспериментальные данные механических свойств изучаемых объек тов представляли в виде гистограммы, являющейся графической оценкой плотности вероятности, т.е. эмпирической плотностью вероятности.
При построении гистограммы размах варьирования выборочных данных разбивали на 7—20 равных интервалов. Для каждого интервала подсчитывали частость o)j(x), равную отношению частоты (числа наблюдений в интервале) rij к объему выборки п.
По основанию гистограммы задавали интервал значения механической характеристики, а по высоте — частость. В случае, когда интервалы имели различную длину (например, при объединении соседних интервалов с малым числом наблюдений), то высота прямоугольников гистограммы равнялась отношению частости к длине j-го интервала Ах,
Графической оценкой функции распределения (4) являлся полигон накопленных частостей или эмпирическая функция распределения.
Для определения накопленной частости значений механических харак v« теристик опытные данные х(1), х(2),....х(п), найденные в результате испытаний п образцов, располагали в порядке возрастания величины: X, Х2 Х3 ... Х; ... хп Накопленная частость значений механических характеристик определяли как:
Накопленная частость имела скачки величиной в 1/п в точках х =Xj, х=Х2, » х =хп. Для образцов, которые имели одну и ту же механическую характеристику, скачок частости равнялся соответствующему кратному 1/n. Оценку распределения выборочных кривых осуществляли по критерию Колмогорова-Смирнова путем вычисления числовых характеристик. При малом объеме выборки (п 50) критерий рассчитывали по выражению: п ; = - -, (8) п где Xj — значение характеристики отдельных образцов; п — число испытанных образцов (объем выборки).
Для сравнительной характеристики выборочных числовых характеристик при четном и нечетном объеме выборки определяли медиану. Выборочная медиана при нечетном объеме выборки n = 2т-1 равнялась: Хо.5=Хт, (9) при четном объеме n=2m: 5= -, (Ю) Выборочную дисперсию определяли следующим образом: s2=-±-±(Xl-x)\ (11) Выборочное среднее, квадратическое отклонение и выборочный коэффициент вариации определяли по формуле: s = J7, (12) Для нормально распределенной генеральной совокупности несмещенную оценку среднего квадратического отклонения определяли как: .У, =KSy (13) где к— поправочный коэффициент
Для систематизации исходных данных при вычислении выборочных числовых характеристик в случае большого объема выборки (п 50) результаты испытаний представляли в виде вариационного ряда.
Размах варьирования рассматриваемой характеристики разбивали при п 80 на 7—20 равных интервалов и подсчитывали частоту (число наблюдений), заключенных в каждом интервале.
Для случая, когда из нормально распределенной генеральной совокупности испытано m выборок объемом п каждая, то генеральную среднею квадратического отклонения определяли по формуле:
Выборочное среднее х из п независимых испытаний из нормально рас пределенной генеральной совокупности с параметрами а и д2 распределено нормально с параметрами а и 81 /л, т.е. М {х} = а-= а иБ{х} = 5-2 = 5г1п Вероятность попадания выборочного среднего в интервал хр, х хРг: / — я P(a + zPl -r x a + zp2 -r) = 0(zp2)-0(zpi) = Р2-Р{, (17)
Если исходная генеральная совокупность не являлась нормально распределенной, то принимали, что выборочное среднее распределения асимптотически нормально с параметрами а и S2 /п. При п 4 для несильно асимметричных распределений считали практически достаточным приближение к нормальному закону выборочного среднего.
Выборочная медиана п независимых наблюдений над нормально распределенной с параметрами а и S2 случайной величиной распределена при ближенно нормально с М{хо5} =а и D{x0s} =—82. Дисперсия выборочной медианы в л /2 = 1,57 раз превышает дисперсию выборочного среднего. Выборочная дисперсия п независимых испытаний из нормально рас пределенной генеральной совокупности с параметрами а и S2 распределена асимптотически нормально с параметрами M{s2}=2 и D {s2} Доверительные интервалы для любой малой вероятности, а при е=/9 - 0/, определяли: Р(9 —е О 0 + е)==1—а, (18) где G является оценкой параметра 0.
Методика корреляционного и регрессионного анализа результатов исследований
Решение поставленных в диссертационной работе задач базировалось на исследовании технологических и хлебопекарных свойств выбранных нами сортов зерна тритикале урожая 2000 - 2002 гг. (таблица 5) с целью расширения сырьевой базы и ассортимента выпускаемой продукции, повышения ее пищевой и биологической ценности.
В настоящее время в нашей стране среди зернокормовых культур ведущее место в продовольственном обеспечении занимает пшеница, которая обеспечивает не только мукомольную, хлебопекарную, но и кондитерскую, макаронную отрасли.
В нашем крае наряду с популярными традиционными сортами пшеничного хлеба особенно любимы ржаные и ржано-пшеничные виды хлеба, однако рожь в Краснодарском крае не выращивается, а доставка муки из других регионов России существенно отражается на себестоимости готовой продукции.
Однако, наряду с пшеницей в нашем крае выращивается и дает хорошие результаты уникальная зерновая культура - тритикале, обладающая высокой урожайностью, зимостойкостью, устойчивостью к различным заболеваниям, а также соединяющая в себе биологическую полноценность белковых веществ ржи с уникальными хлебопекарными свойствами пшеницы.
Присутствие в генотипе тритикале геномов двух культур обуславливает двоякие свойства сортов данной культуры, поэтому нами особое место уделялось определению амилолитической активности муки и физическим свойствам теста, как важному фактору, влияющему на выбор оптимальных параметров и способа тестоприготовления, необходимых для получения качественной готовой продукции.
Для проведения исследований нами были выбраны перспективные сорта культуры тритикале, созданные на базе КНИИСХ им. Лукьяненко и выращенные в Краснодарском крае. Данные по урожайности данных сортов представлены в таблице 5.
Мукомольные и хлебопекарные свойства муки напрямую зависят от технологических свойств зерна, которые характеризуются такими показателями как стекловидность, натура, масса 1000 зерен, выравненность, количество и качество клейковины.
На результатах помола и качестве муки существенно сказываются особенности строения и состава зерна. Соотношение масс анатомических частей зерна определяет потенциальный выход продуктов его переработки. Так, наличие глубоко проникающей бороздки, которая является специфическим образованием для зерна пшеницы, ржи и тритикале значительно сказывается на организации избирательного измельчения крахмалистой части эндосперма при сортовом помоле.
Натура зерна служит ориентировочным показателем, как для мукомольной оценки зерна, так и степени его выполнености. Зерно с большей натурой лучше выполнено, содержит больше эндосперма. Зерновка тритикале имеет хорошую выравненность, по толщине превосходя рожь, а по длине пшеницу. Ее объем ближе к объему пшеницы, а ее поверхность более удлиненная и развитая.
Известно, что структура эндосперма, его стекловидность зависит от количества, состава, свойств, размеров и формы распределения крахмальных зерен; количества и свойств распределения белковых веществ, характера и прочности связи между белковыми веществами и крахмалом, то есть отражает особенности микроструктуры эндосперма зерна: при более плотном контакте гранул крахмала с белковыми матрицами стекловидность повышается.
Тритикале характеризуется более низким содержанием крахмала в зерновке, за счет увеличенного количества белка; по форме крахмальных зерен данная культура является промежуточной между двумя родительскими формами, но в некоторых сортах наблюдается отложение крупнозернистого крахмала в зерновке, что негативно сказывается на технологических достоинствах зерна, так как при помоле стекловидного зерна легче извлекается эндосперм, а мука имеет более высокие хлебопекарные достоинства.
Влияние пектиновых веществ на реологические свойства клейковины муки тритикале изучаемых сортов
Жидкую опару готовили из пшеничной муки 1 сорта 30 % от общего количества, расходуемого на приготовление хлеба, дрожжевой суспензии и воды. Дозирование жидких компонентов осуществляли дозатором марки Ш2-ХДБ, муки - Ш2-ХДА. Замес жидкой опары осуществляли порционно в заварочной машине ХЗ-2М-300, а затем перекачивали в чаны для брожения РЗ-ХЧД, где в течение 210 ± 30 мин она выбраживает при температуре 25-27 С. Готовность опары определяют по достижению кислотности, установленной режимом, при достижении готовности опару перекачивают в расходную емкость, а затем специальным дозатором подают в дежу тестомесильной машины А2-ХТ2-Б. Туда же дозатором жидких компонентов подается вода, солевой раствор, масло растительное и дозатором для сыпучих компонентов подается обдирная мука тритикале.
Брожение теста производится в деже тестомесильной машины в течение 60 ± 20 мин при температуре 25-27 С. Готовность теста определяют по увеличению объема в 1,5-2 раза и органолептическим показателям. Перед посадкой в печь тестовые заготовки обсыпают отрубями.
Тесто для хлеба «Университетский» готовили безопарным способом с внесением 2,5 % яблочного пектинового экстракта непосредственно в тесто взамен воды. Приготовление осуществляли по схеме, аналогично представленной на рисунке 13, за исключением стадии приготовления опары.
При приготовлении теста в дежу тестомесильной машины А2-ХТ2-Б (с предусмотренным интенсивным замесом теста) вносится вода, дрожжевая суспензия, солевой раствор и пектиновый экстракт; при перемешивании засыпается мука. Дозирование всех жидких компонентов осуществляется дозатором марки Ш2-ХДБ, муки - Ш2-ХДА.
Замес производится до однородной консистенции. Брожение теста осуществляется в деже тестомесильной машины, при температуре 25-27 С в течение 150 ±20 мин. Готовность теста определяют по достижении кислотности, объема в 1,5-2 раза и органолептическим показателям: оно должно быть разрыхленным, не липким на ощупь, эластичным. Далее тесто подается в воронку тестоделителя А2-ХТН-2 с лопастным нагнетателем теста. Сформованные тестовые заготовки вручную укладываются в формы и устанавливаются в расстойный шкаф Т1-ХР2Г-30, где осуществляется расстойка в течение 40 — 60 мин. Выпечку хлеба осуществляют печи типа ФТЛ —2 с пароувлажнением при температуре 215±10 С, а готовые изделия укладываются на лотки вагонеток и отправляются в хлебохранилище. Показатели качества разработанных видов изделия представлены в таблице 20. Известно, что мука является основой для изготовления бесчисленного количества пищевых продуктов, пищевая ценность которых определяется химическим составом, наличием в них набора веществ, необходимых для покрытия энергетических затрат человека в процессе жизнедеятельности. Рациональное питание для различных групп людей предусматривает использование особых рационов, но в них во всех хлебобулочные изделия занимают видное место.
Важнейшая роль в питательной ценности продуктов принадлежит белку, за счет потребления изделий из муки на 30-40 % удовлетворяется суточная потребность в них, а потребность в углеводах обеспечивается на 50-60 %. Однако, важнейшее значение имеет не только общее содержание белка в зерне и продуктах его переработки, но и его состав. Белок тритикале характеризуется хорошо сбалансированным аминокислотным составом, содержание лизина, треонина, валина, лейцина, фенилаланина выше, чем в пшеничной муке.
Как известно, содержание белка, витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, столь необходимых для нормальной жизнедеятельности человека, снижается с повышением сорта муки, вследствие удаления в побочные продукты зародыша и алейронового слоя. Поэтому в разработанную нами рецептуру хлеба «Весенний» входит в количестве 70 % более ценная в питательной отношении обдирная мука тритикале, в которой более полно содержится весь набор питательных элементов зерна, а кроме того, за счет присутствия некоторого количества измельченных оболочек зерна в ней присутствуют волокнистые вещества, способствующие выведению из пищеварительного тракта различных шлаков и улучшающие физиологические функции кишечника.
Пищевая ценность хлеба с внесением пектинового экстракта определяется еще и комплексообразующей способностью (112.2 мг Рв2+/Г).
Таким образом, введение в рецептуру хлеба «Университетский» яблочного пектинового экстракта позволило повысить пищевую ценность изделия, придать данному изделию радиопротекторные свойства, улучшить его органолептические показатели.
Проведенные исследования позволили сделать вывод, что использование муки тритикале в хлебопечении позволяет не только расширить ассортимент выпускаемой продукции и снизить ее себестоимость (за счет замены ржаной муки на муку тритикале), но и повысить пищевую и биологическую ценность изделий, придать им функциональные свойства.
