Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы
1.1 Анализ особенностей технологии и способы повышения качества хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки 11
1.1.1 Ржаные закваски: микрофлора, способы получения 13
1.1.2 Регулирование качества жидкой ржаной закваски 17
1.1.3 Добавки в приготовлении жидких ржаных заквасок 18
1.2. Хмель: особенности культуры, область применения 24
1.2.1 Химический состав хмеля 28
1.2.2 Особенности получения экстрактов хмеля 34
1.2.3 Использование хмеля в производстве ржаных заквасок 37
Глава 2. Организация работы, объекты и методы исследования
2.1 Организация работы и схема проведения эксперимента 42
2.2 Сырье, применявшееся при проведении исследований 42
2.3 Методы исследования свойств сырья 44
2.4 Способы получения и методы анализа качественных показателей ЖРЗ 50
2.5 Способы приготовления и методы анализа свойств теста 52
2.6 Методы оценки качества готовых изделий 54
2.7 Сенсорный анализ как метод идентификации ароматобразующих веществ закваски, теста и готового изделия 58
2.8 Методы математического планирования и обработки экспериментальных данных 59
2.9 Принятые в работе сокращения и условные обозначения 60
Глава 3. Разработка способа приготовления хмелевого экстракта и исследование его свойств
3.1 Получение хмелевого экстракта 61
3.1.1 Выбор параметров получения хмелевого экстракта 61
3.1.2 Оптимизация параметров получения хмелевого экстракта 64
3.2 Исследование свойств хмелевого экстракта 68
3.2.1 Определение физико-химических показателей 68
3.2.2 Спектральный анализ хмелевого экстракта 69
3.2.3 Сенсорный анализ хмелевого экстракта 70
3.3 Влияние хмелевого экстракта на микроорганизмы жидкой ржаной закваски 72
3.3.1 Влияние хмелевого экстракта на дрожжевые клетки 72
3.3.2 Влияние хмелевого экстракта на МКБ закваски 74
3.3.3 Влияние хмелевого экстракта на контаминирующую микрофлору
Глава 4. Разработка технологии применения хмелевого экстракта в производстве хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки
4.1 Влияние хмелевого экстракта на свойства жидких ржаных заквасок,
теста и качество хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки 85
4.1 1 Исследование влияния экстракта из хмеля на биотехнологические показатели жидкой ржаной закваски 85
4.1.2 Исследование изменений ароматобразующих веществ ЖРЗ 89
4.1.3 Формализация и проверка адекватности модели множественной регрессии процесса созревания жидкой ржаной закваски 92
4.2 Исследование качественных показателей теста и хлеба, приготовленных на заквасках с внесением хмелевого экстракта 99
4.2.1 Исследование биотехнологических характеристик ржано-пшеничного теста 99
4.2.2 Исследование ароматобразующих веществ теста 110
4.2.3 Формализация и проверка адекватности модели множественной регрессии процесса брожения теста 113
4.2.4 Оценка качества хлеба, приготовленного на заквасках с внесением различных дозировок хмелевого экстракта 115
4.2.5 Определение общей и пластической деформации хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки в процессе хранения 118
4.2.6 Исследование ароматобразующих веществ хлеба 119
Глава 5. Разработка технологии применения хмелевого экстракта в приготовлении хрустящих хлебцев
5.1 Влияние хмелевого экстракта на свойства теста и качество готовых хлебцев из смеси ржаной и пшеничной муки 125
5.1.1 Исследование влияния дозировки хмелевого экстракта на показатели теста 125
5.1.2 Исследование ароматобразующих веществ теста и хрустящих хлебцев 134
5.1.3 Исследование структурно-механических свойств готового изделия 135
5.1.4 Изучение органолептических свойств готового изделия 140
6 Расчет экономической эффективности использования хмелевого экстракта для получения хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки 142
6.1 Расчет экономической эффективности использования хмелевого экстракта для получения хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки 142
6.2. Расчет экономической эффективности использования хмелевого экстракта для получения хлебцев хрустящих 148
Выводы 152
Список использованной литературы 154
Приложения 167
- Ржаные закваски: микрофлора, способы получения
- Сырье, применявшееся при проведении исследований
- Выбор параметров получения хмелевого экстракта
- Исследование влияния экстракта из хмеля на биотехнологические показатели жидкой ржаной закваски
Введение к работе
Одной из важнейших проблем, стоящих перед хлебопекарной отраслью, является расширение ассортимента улучшенных сортов полноценных пищевых продуктов на основе использования традиционного и нового сырья в целях организации рационального и сбалансированного питания населения. Немаловажное значение имеет разработка и внедрение новых биотехнологических процессов, позволяющих интенсифицировать производство и обеспечить стабильно высокое качество продукции.
В Российском хлебопечении традиционно особое место занимает ассортимент и биотехнология хлеба с использованием ржаной муки и других видов сырья. С точки зрения пищевой ценности характерной особенностью ржаной муки является повышенное содержание в ней витаминов группы В, минеральных элементов, пищевых волокон. Хлеб из ржаной муки отличается от пшеничного неповторимым вкусом и ароматом, сохраняет свои потребительские свойства значительно дольше. Его высокая кислотность является защитой от контаминирующей микрофлоры, прежде всего плесеней и бактерий. Наукой о питании доказано, что хлеб из ржаной муки полезнее пшеничного. Его ценность обусловлена большим количеством незаменимых аминокислот, в частности, лизина и аргинина, а также витаминов группы В и РР [61].
В то же время, с точки зрения функциональных свойств ржаная мука характеризуется повышенной активностью амилолитических ферментов (а- и 0-амилазы), низкой температурой начала клейстеризации крахмала (55°С) и вследствие этого, интенсивным гидролизом последнего до декстринов и мальтозы в период расстойки и первый период выпечки с выделением ранее связанной воды, что может обуславливать ряд дефектов мякиша хлеба и, соответственно для избежания их проявления требует применения специфических технологий.
Интенсивность протекания биотехнологических процессов приготовления и качество хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки в значительной степени зависит от свойств основного полуфабриката, необходимого для его производства - ржаной закваски. В настоящее время приготовление ржаных полуфабрикатов - сложный многоступенчатый процесс, в основе которого лежит направленное культивирование микроорганизмов с заданными биохимическими, бактерицидными и технологическими свойствами. Существенный теоретический и практический вклад в исследование этих процессов внесли такие ученые, как Л.Н. Казанская, О.В. Афанасьева, Л.И. Кузнецова, Р.Д. Поландова, Л.П. Пащенко, Н.А. Лабутина и др.
Однако многогранность одновременно протекающих в такой системе процессов, обуславливает ряд нерешенных задач в этой технологии, среди которых проблемы сохраняемости первоначально внесенных культур, накопление ароматических и вкусовых веществ, обуславливающих потребительские свойства готовых изделий и другие. Необходимо создание новых, более эффективных специальных добавок и препаратов, интенсифицирующих и оптимизирующих приготовление теста, в то же время повышающих качество хлеба и продлевающих период сохранения его свежести [10].
Поэтому проведение исследований по совершенствованию существующих и разработке новых технологий приготовления хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки, как на стадии получения полуфабрикатов, так и готовых изделий, представляет научный и практический интерес [85]. В том числе необходима выработка и систематизация подходов к повышению показателей закваски, которые могут быть основаны на определении роли каждого фактора в метаболических процессах, протекающих при ее приготовлении. В связи с чем, представляется своевременным и актуальным проведение комплексных исследований, направленных на выявление закономерностей и разработку технологических решений, обеспечивающих повышение биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски и, соответственно, потребительских свойств хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки.
Цель работы: научное обоснование и разработка модифицированных технологий повышения показателей качества жидкой ржаной закваски, способствующих улучшению потребительских свойств хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки, посредством направленного воздействия на состав ее питательной смеси.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1) разработка способа получения хмелевого экстракта, изучение его состава и свойств;
2) обоснование использования продуктов переработки хмеля в качестве стабилизирующего фактора микрофлоры жидкой ржаной закваски;
3) разработка технологических параметров приготовления жидкой ржаной закваски с внесением хмелевого экстракта в состав питательной смеси;
4) исследование микробиологических, биотехнологических, реологических и сенсорометрических свойств полуфабрикатов с внесением хмелевого экстракта;
5) формализация и проверка адекватности модели множественной регрессии изменения биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски в процессе брожения;
6) исследование влияния хмелевого экстракта в составе жидкой ржаной закваски на показатели качества и потребительские свойства хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки;
7) разработка модифицированных технологий приготовления хлеба и хрустящих хлебцев с использованием хмелевого экстракта;
8) разработка технической документации на хмелевой экстракт, хлеб с хмелевым экстрактом, ржано-пшеничные хлебцы хрустящие с хмелевым экстрактом;
9) опытно-промышленная апробация основных результатов исследований и расчет экономической эффективности.
Научная новизна.
1. Разработан и научно обоснован системный подход к повышению качества хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки посредством внесения в рецептурный состав хмелевого экстракта на стадии созревания закваски и теста.
2. Оптимизированы параметры процесса получения хмелевого экстракта.
3. Установлено влияние хмелевого экстракта на микрофлору жидкой ржаной закваски и контаминирующую микрофлору муки.
4. Установлена динамика и кинетика изменения биотехнологических свойств закваски и теста при протекании технологических операций созревания закваски и теста.
5. Исследована зависимость ароматобразующих веществ закваски, теста и хлеба от дозировки хмелевого экстракта.
6. Разработаны математические модели множественной регрессии изменения биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски и теста в процессе брожения.
7. Установлено влияние хмелевого экстракта на показатели качества и потребительские свойства хлеба и хрустящих хлебцев из смеси ржаной и пшеничной муки.
Практическая значимость.
1. Обосновано практическое применение хмелевого экстракта в технологии хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки на стадии приготовления жидкой ржаной закваски.
2. Предложен способ получения хмелевого экстракта.
3. Установлены рациональные дозировки хмелевого экстракта, способствующие повышению показателей жидкой ржаной закваски, интенсификации ее созревания и улучшению потребительских свойств готовых изделий.
4. Разработаны рекомендации по параметрам использования хмелевого экстракта в технологии хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки.
5. Обосновано практическое применение хмелевого экстракта в технологии хрустящих хлебцев.
6. На способ получения хмелевого экстракта получен патент РФ № 2322484. На способ получения жидкой закваски для приготовления хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки с добавлением хмелевого экстракта получен патент РФ № 2314698. На способ получения ржаного и ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой» получен патент РФ № 2329649.
7. Разработаны проекты технической документации (технические условия, рецептуры и технологические инструкции) ТУ 9113-072-02068108-2007 «Хлеб «Хмелевой», ТИ и РЦ; ТУ 9184-071-02068108-2007 «Экстракт Хмелевой», ТИ и РЦ; ТИ - 02068108-001-2007 «Хлебцы ржано-пшеничные хрустящие «Арома», РЦ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на XLIII, XLIV и XLV отчетных научных конференциях ВГТА за 2004, 2005 и 2006 гг. (Воронеж, ВГТА, 2004-2006 г.), на III Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2005 г.), опубликованы в виде статей в журналах: «Хлебопродукты» (№ 4, 2007 г., № 9, 2007 г., №5, 2008 г.), «Хлебопек» (№ 2, 2006 г., № 3, 2007 г), «Системный анализ и управление в биомедицинских системах» (Том 6, № 4, 2007 г.), «Хранение и переработка зерна» (№ 5, 2008 г., № 7, 2008 г); в сборниках научных трудов: «Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты» (Москва, РАЕН, 2005 г.), «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, УГЭУ, 2006, 2007, 2008 гг.); в виде тезисов: Ш-й Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, РАЕН, 2005 г.), Ш-й Юбилейной международной выставки- конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2005 г.), V-ой и VI-ой научно-практических конференций «Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности» (Воронеж, ВМИПК, , 2005, 2006 гг.), общероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, КГТУ, 2006 г.), V-ой VI-ой международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, МГУП, 2006, 2007 гг.), VIII-ой, ІХ-ой всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, КГТУ, 2007, 2008 гг.).
Результаты работы представлялись на:
-юбилейной выставке, посвященной 75-летию ВГТА (20-21 октября 2005 г.);
- 21-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (23-25 ноября 2005 г.), награждены дипломом за разработку ржано-пшеничного хлеба с добавлением хмелевого экстракта;
- 22-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (29-31 марта 2006 г.), награждены дипломом за разработку технологии хлеба «Хмелевой»;
- 23-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (22-24 ноября 2006 г.), награждены дипломами за разработку ржано-пшеничных хлебцев «Арома» и за разработку ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой»;
- специализированной выставке «Усадьба-2007» награждены дипломами за разработку технологий приготовления ржано-пшеничных хлебцев «Арома» и ржаного и ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой» с различными добавками.
Проведена производственная апробация способа регулирования показателей жидкой ржаной закваски и способа приготовления хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с использованием хмелевого экстракта в условиях ОАО «Хлебозавод № 7» г. Воронежа.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературных источников, экспериментальной части из 5 глав, списка источников, 5 приложений. Список литературы включает 120 источников российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 166 страницах основного текста, включает 78 рисунков и 30 таблиц. Приложения содержат проекты технической документации на хлеб «Хмелевой», экстракт хмелевой, хлебцы ржано-пшеничные хрустящие «Арома», акты производственных испытаний, патенты, дипломы 21-23 межрегиональных выставок «ПРОДТОРГ» и специализированной выставки «Усадьба».
Ржаные закваски: микрофлора, способы получения
При производстве ржаных сортов хлеба и изделий из смеси ржаной и пшеничной муки используют разнообразные технологические схемы культивирования микроорганизмов, обеспечивающие образование органических кислот и разрыхление полуфабрикатов. Процессы брожения ржаных полуфабрикатов осуществляются молочнокислыми бактериями и дрожжевыми клетками в симбиотических условиях.
Закваска - это густой или жидкий полуфабрикат, приготовленный из ржаной, пшеничной или смеси ржаной и пшеничной муки путём замеса и брожения, используемый частично для приготовления теста или опары и возобновления закваски путём её освежения. Основные виды молочнокислых бактерий, встречающиеся в закваске и тесте являются возбудителями гомоферментативного молочнокислого сбраживания углеводов. Меньшая часть бактерий является возбудителями гетероферментативного брожения. 1. Lactobacillus delbrueckii (Leichamn) Becijerinck (Syn.: Bacillus delbrueckii Leichman, Bacillus acidificans logissimus Lafar, Thermobacterium cereale Orla — Jensen). Палочковидные бактерии размером 0,5 - 0,8x2,0 - 9 мкм одиночные или парные, или образующие короткие цепочки сбраживают глюкозу гомоферментативно, оптимальная температура роста — 45 С. 2. Lactobacillus Leichmannii Bergey et. al. (Syn.: Bacillus leichmanii Henneberg). Одиночные или короткие цепочки размером 0,6 - 2,0x4,0 мкм. Оптимальная температура роста около 36 С. Сбраживают глюкозу гомо ф ерментативно. 3. Lactobacillus plantarum (Orla - Jensen). (Syn.: Streptobacterium plantarum ) Orla - Jensen, Lactobacillus pentosus Fred, Petersen a. Anderson, Lactobacillus arabinosus Fred et. al.). Палочковидные бактерии 0,7 - 1,3 мкм толщины, 3-8 мкм длины. Сбраживают глюкозу гомоферментативно. 4. Lactobacillus casei (Orla - Jensen). Короткие и длинные цепочки палочковидных бактерий. Оптимальная температура роста около 30 С. Гомоферментативны. 5. Lactobacillus brevis (Orla - Jensen) Bergey et al., (Syn.: Betabacterium breve Orla - Jensen, Bacillus b. von Freudenreich, Bacillus panis fermentari Henneberg, Lactobacillus panis Bergey et. al., Lactobacillus pentoaceticus Fred et al., Lactobacillus lycopersici Mickle). Бактерии размером 0,7 - 1,0x2,0 - 4 мкм. Одиночные в коротких цепях или длинные в гранулированных цепочках. Сбраживают глюкозу гетероферментативно. 6. Lactobacillus fermenti (Beijerink). (Syn.: Lactobacterium fermentum van Steenberge, Betabacterium longum Orla — Jensen, Bacillus f. von Freudenreich, Bacterium gayonii Muller - Turgau). Варьируют по размерам, большей частью короткие палочки размером 0,5 — 1,0x3,0 - 15 мкм. Гетероферментативны. 7. Lactobacillus pastorianus (van Laer) Bergey et. al. (Syn.: Saccharobacillus pastorianus van Laer, Bacillus lindneri Henneberg). Палочки размером 0,5 - 1,0x7,0 - 35 мкм, одиночные или в цепочках. Гетероферментативны. 8. Lactobacillus buchneri (Henneberg) Bergey et. al. (Syn.: Bacterium mannitopoum Muller - Turgau). Палочки 0,35 - 0,7 мкм, парные или в цепочках. Гетероферментативны.
По своим биохимическим особенностям перечисленные виды бактерий довольно разнообразны. Некоторые из них способны сбраживать пентозы, в частности арабинозу, что имеет существенное значение для использования углеводов ржаных заквасок. В количественном отношении возбудителей молочнокислого брожения в ржаных заквасках чаще всего встречаются из группы гомоферментативных - Lactobacillus plantarum, а из группы гетероферментативных - Lactobacillus brevis. К наиболее активным относятся штаммы Lactobacillus plantarum 63, Lactobacillus brevis 5 и Lactobacillus brevis 78 [35].
Наряду с бактериями в ржаных заквасках и тесте присутствуют и некоторые виды дрожжей. Кроме Saccharomyces cerevisiae характерными для заквасок являются и другие виды, в частности Saccharomyces minor, изолированные не только из пшеничных, но и из ржаных заквасок. Дрожжи Saccharomyces minor хорошо сбраживают сахарозу и глюкозу, но не сбраживают мальтозу.
Для поддержания микрофлоры заквасок в активном состоянии необходимо их постоянно освежать по заданному технологическому циклу. При нарушении ритма отбора выброженной закваски происходит её перекисание, подъёмная сила резко ухудшается и закваска становится непригодной для приготовления теста.
В жидких ржаных заквасках молочнокислые бактерии по физиологическим и серологическим признакам в основном относятся к Lactobacillus fermenti 34, Lactobacillus brevis 1, дрожжи - к Saccharomyces cerevisiae Л-l, Saccharomyces minor штамма Чернореченский, на основе которых разработана унифицированная инструкция по приготовлению ржаных сортов хлеба с применением Ленинградских штаммов дрожжей и молочнокислых бактерий [84].
Жидкие ржаные закваски с заваркой имеют влажность 80-85%, кислотность 9-12 град и подъёмную силу до 30 минут. Закваску освежают по достижении указанной кислотности (через 3-5 ч в зависимости от влажности) путём отбора 50% выброженной закваски в расходный чан и добавления в культиватор питательной смеси из муки, воды и заварки. Доля заварки в питательной смеси при влажности закваски 80% составляет 20%, а при влажности 85 % - 35-30%. При замесе теста с закваской вносят 15-20% муки от общей её массы.
Жидкие ржаные закваски без заварки имеют влажность 69-75%, кислотность 9-12 град из обдирной муки, 11-13 град из обойной муки и подъёмную силу до 35 минут. Закваску освежают аналогично, но без внесения заварки. Густые ржаные закваски имеют влажность 48-50%, кислотность 11-14 град из обдирной муки, 13-16 град из обойной муки и подъёмную силу до 25 минут. Часть готовой закваски используют для ее возобновления, а на остальной части готовится тесто. При порционном приготовлении ржаного теста в дежах густую закваску обычно делят на 3 (или 4) части. На 1/3 (или 1/4) готовят новую порцию закваски с добавлением соответствующего количества муки и воды. На остальных двух (или трех) частях готовят 2 (или 3) дежи теста [10].
Применение штаммов Lactobacillus plantarum 63, Lactobacillus brevis 5 и Lactobacillus brevis 78 в сочетании с культурой дрожжей Saccharomyces minor штамма Чернореченский обеспечивает получение густой закваски стабильного качества.
Жидкие концентрированные молочнокислые закваски имеют влажность 60-70 %, кислотность при влажности 60±1 % - 20-24 град, при влажности 70±1 %-18-22 град.
Концентрированные молочнокислые закваски для хлеба из ржаной и пшеничной муки готовят с применением мезофильных культур Lactobacillus casei и Lactobacillus fermenti при температуре заквашивания 36-38 С с освежениями в соотношении кислотности 18-22 град.
Для получения заквасок используют как жидкие культуры, так и сухой лактобактерин. Учёными филиала ГосНИИХП (Санкт-Петербург) получены три вида лактобактерина: для густых заквасок из смеси штаммов Lactobacillus plantarum 30, Lactobacillus brevis 5, Lactobacillus brevis 87; для традиционных и высококислотных ржаных и пшеничных заквасок из смеси штаммов Lactobacillus plantarum 30, Lactobacillus fermenti 34; для термофильных заквасок из штаммов Lactobacillus delbruckei 76. Для получения жидких ржаных заквасок из смеси штаммов Lactobacillus brevis 1, Lactobacillus casei 26, Lactobacillus plantarum 30, Lactobacillus fermenti 34.
Сырье, применявшееся при проведении исследований
Дрожжи хлебопекарные прессованные анализировали по быстроте подъема теста, определяемой по ГОСТ 171 и по методу всплывающего шарика, описанного в руководстве /91/. Хмель гранулированный анализировали по следующим показателям: влажность по ГОСТ 21947; содержание горьких кислот титриметрическим методом /70/; содержание а-кислоты поляриметрическим методом /70/; содержание дубильных веществ фотоэлектроколориметрическим методом /70/.
Для определения горьких веществ в хмеле гранулированном 2 г измельчённого хмеля помещали в коническую колбу вместимостью 100 см3 и заливали 60 см этилового эфира. Полученную смесь взбалтывали в течение 1 ч., не затрагивая осадка, мерной пипеткой отбирали две пробы по 10 см3 и титровали 0,02 г-экв/дм3 раствором КОН в присутствии фенолфталеина до появления тёмно-красного окрашивания.
Содержание а-горькой кислоты в хмеле гранулированном определяли поляриметрическим методом. Метод основан на пропорциональной зависимости между концентрацией и углом вращения плоскости поляризации гексановых растворов а-кислоты. Один градус шкалы сахариметра при использовании поляризационной трубки длиной 200 мм соответствует содержанию 0,185 грамм а-кислоты в 100 см3 н-гексанового раствора.
Из средней пробы хмеля гранулированного отбирали и взвешивали на аналитических весах навеску 2 г с точностью до 0,0001 г, переносили её в колбу микроизмельчителя и приливали 80 см3 н-гексана. Измельчение и экстракцию проводили в течение 10 мин. Затем содержимое колбы переносили в мерную колбу на 100 см с притёртой пробкой. Колбу микроизмельчителя обмывали 3 раза н-гексаном, каждый раз сливая его в мерную колбу, доводя содержимое в ней до метки «-гексаном при 20 С. Гексановый экстракт отфильтровывали в сухую коническую колбу на 100 см с притёртой пробкой. Отфильтрованным экстрактом наполняли поляризационную трубку длиной 200 см и определяли показания поляриметра в градусах шкалы с точностью до 0,1. Из двух определений находили среднее арифметическое значение.
Для определения концентрации исследуемого раствора устанавливают константу Кдуб сравниваемого раствора (танина), определяемую на том же приборе. Эта константа при использовании раствора танина концентрацией 10 мг % рассчитывается по формуле: где с - концентрация раствора танина 10 мг-%, соответствующая концентрации 24 мг-% дубильных веществ хмеля; d — толщина слоя раствора, мм; DT — оптическая плотность раствора танина; /- постоянная, численно равная 0,25; определяется, исходя из порции хмеля гранулированного и разведения раствора. После преобразования формула принимает вид:
Для проведения анализа 5 г измельченного хмеля гранулированного насыпали в мерную колбу на 250 см и заливали 200 см кипящей дистиллированной воды. Колбу при периодическом перемешивании выдерживали в кипящей водяной бане. Затем содержимое колбы охлаждали до 20 С и объём доводили дистиллированной водой до метки. Для компенсации объёма, занимаемого хмелем, в колбу добавляли ещё 2,5 см3 дистиллированной воды. Содержимое колбы тщательно перемешивали и фильтровали через складчатый фильтр. 50 см фильтрата пипеткой переносили в мерную колбу на 250 см и доливали водой до метки (1 дм такого раствора содержит 4 г хмеля). Во время экстрагирования дубильных веществ хмеля готовили свежий стандартный раствор танина концентрацией 10 мг %. К 10 см3 приготовленного раствора танина прибавляли 3-4 капли тимолфталеина и титровали раствором с массовой долей карбоната натрия 15% до темно-синего окрашивания (рН 10). Затем добавляли 0,5 см3 раствора с массовой долей хлорного железа 1%, перемешивали, выдерживали 3 мин и на фотоэлектроколориметре определяли оптическую плотность DT по отношению к воде.
Спектрометрический анализ хмелевого экстракта проводили при следующих условиях: микроколоночная высокоэффективная жидкостная хроматография на приборе «Милихром-4», колонка Silasorb С]8, размер колонки 2x80 мм, размер частиц сорбента 7 мкм. Подвижная фаза ацетонетрил - вода -уксусная кислота в соотношении соответственно 8:2:0,5. Расход подвижной фазы 100 мкл/мин, аналитические длины волн 254, 280 и 330 нм. Образец центрифугировали и фильтровали через фильтр Шота под вакуумом. Объем пробы 5 мкл.
Для проведения экспериментов в качестве контроля использовали жидкую ржаную закваску, приготовленную по унифицированной инструкции. В разводочном цикле приготовления жидкой закваски использовали дрожжи Saccharomyces cerevisiae Л-1, Saccharomyces minor «Чернореченский» и молочнокислые бактерии Lactobacillus casei-26, Lactobacillus brevis-1, Lactobacillus plantarum-30, Lactobacillus fermenti-34. Рецептура и режимы приготовления жидкой закваски в разводочном цикле соответствуют изложенным в сборнике /100/.
В производственном цикле жидкую закваску освежали по достижении кислотности 9-12 град через 3-4 часа брожения путём отбора 50 % готовой закваски и добавления к оставшейся массе закваски питательной смеси из муки и воды для воспроизводства закваски. Рецептура и режим приготовления жидкой ржаной закваски в производственном цикле приведены в таблице 7. Жидкую ржаную закваску оценивали по следующим показателям: массовая доля влаги по методике, приведенной в /91/, кислотность титриметрическим методом /91/, подъемная сила по методике, приведенной в /91/, газообразующая способность по методике, приведенной в /91/, общее количество микроорганизмов определяли методами прямого подсчета в камере и в окрашенных препаратах /91/, идентификация ароматобразующих веществ сенсорометрическим методом /52/.
Выбор параметров получения хмелевого экстракта
Для лучшего распределения активных составляющих хмеля в среде ЖРЗ, а также возможности использования его микроколичеств готовили хмелевой экстракт. Известные способы получения хмелевого экстракта имеют ряд недостатков: сложность и многоступенчатость процесса (замачивание, экстрагирование, отжим, концентрирование), а следовательно и длительность процесса, использование дорогостоящего экстрагирующего вещества - спирта, который тяжело удаляется из готового экстракта. При спиртовом экстрагировании извлекается только 60 % полифенольных веществ, выход горьких веществ при использовании шишек хмеля на 10 % ниже, чем при использовании хмеля гранулированного. На предварительном этапе хмелевой экстракт получали из гранулированного хмеля и воды, взятых в соотношении 1:88 (масс), одностадийным способом в закрытой установке, представляющей собой колбу Къельдаля, соединенную с обратным холодильником Либиха при различных температурных и временных параметрах. Соотношение между гранулированным хмелем и водой было выбрано по результатам предварительной серии экспериментов. Исследуемые параметры температуры и продолжительности экстрагирования взяты на основании сведений научно-технических источников [90, 111]. Эффективность процесса определяли по оптической плотности исследуемого экстракта, спектры оптического поглощения регистрировали на фотоэлектроколориметре при комнатной температуре в диапазоне длин волн 400-540 нм. Для окончательного выбора технологии приготовления хмелевого экстракта в работе была поставлена задача обоснования оптимальных параметров этой стадии технологического процесса. Для исследования взаимодействия технологических факторов, влияющих на экстрагирование а-, {3-кислот, у-, 5-смол, ароматических и дубильных веществ, было применено математическое планирование эксперимента. /23/.
Анализ уравнения регрессии показывает, что экстрагирование а-,р кислот, у-,8-смол, ароматических и дубильных веществ в большей мере зависит от соотношения компонентов. Снижение рН вытяжки происходит с увеличением температуры процесса, снижением соотношения между водой и хмелем и увеличением продолжительности экстрагирования. Методы определения физико-химических свойств хмелевого экстракта: активной и титруемой кислотности, массовой доли сухих веществ, содержания горьких кислот и дубильных веществ приведены в главе 2. Результаты исследований хмелевого экстракта в сравнении с характеристиками, полученными в других исследованиях приведены в таблице 14/25/.
Из таблицы 14 видно, что три группы соединений флаванол, гликозиды и кверцетин, взаимосвязаные друг с другом и влияющие на биохимические реакции, протекающие при хранении продукта, способные к обратному окислению и защите компонентов среды от кислородного давления, характеризуются большими численными значениями в исследуемом образце ХЭ (содержание горьких веществ выше на 1,8 %, полифенольных веществ на 2,5 %, в пересчете на СВ). В результате проведения спектрального анализа ХЭ, условия которого приведены в главе 2, получена хроматограмма (приложение 1) с одним интенсивным пиком при объеме удерживания 176 мкл (TR==1,76 МИН). При VR = 6000 мкл, TR = 6 мин выделяются трудноразделимые фракции в виде размытого пика. Хроматограмма указывает на наличие фракций соединений фенольного типа и сильно сорбируемой фракции неизвестной природы. Анализ УФ спектра пика при VR = 176 мкл показывает, что максимальное показание наблюдается при 230 нм, что характерно для р-кислоты. Второй пик при длине волны 250 нм — для а-кислоты. Полученные результаты согласуются с выводами, полученными И.К. Сатцаевой и др /90, 98, 99/.
Известно, что в химический состав аромата хмеля входит: - углеводородная фракция (мирцен- 60% от общего содержания масла, кариофиллен- 15%, гумулен- 40%, фарнезен); - кислородосодержащая фракция (окисленные монотерпены-15-40% от общего содержания масла, дитерпены, сесквитерпены, терпены, спирты: терпеновые и др., альдегиды, кетоны и сложные эфиры спиртов алифатического и терпенового рядов); - алифатические спирты (н-бутанол, изобутанол, н-амилалкоголь, гексанол, гептанол, октанол, нонанол, деканол, ундеканол, нерол, линалоол, гераниол) около 1 % от всего содержания эфирного масла; - кетоны кислородсодержащая фракция (митилнонилкитон, 2-ундеканол, ряд гептанон - гептадеканона); - альдегиды (гексаналь, 2-гексаналь, гептаналь, 2-гептаналь, октаналь, 2-октаналь, гонаналь, 2-нонаналь, деканаль, ундеканаль, додеканаль, тетродеканаль, цитрали); - в кислородсодержащей фракции обнаружено 9 кислот: с прямой цепью от Сб до Сю и с разветвленной цепью от С4 до Сю /25/. Анализ регистрограмм аромата хмелевого экстракта (рис.11) показал, что: - аналитический сигнал сенсора №1 (модифицирован 1,2,3- трис -В-цианоэтоксипропаном) не превышает Af 790 Гц. Поскольку сенсор модифицирован пленкой сорбента, характеризующегося высокой полярностью (8= 100%), то количественное содержание полярных ароматических веществ в анализируемом экстракте невысоко; - аналитический сигнал сенсора №2 (модифицирован полиэтиленгликоль адипинатом) составляет Af 795 Гц. Поскольку сенсор модифицирован сорбентом имеющим полярность (8= 80%) на нем адсорбируются среднеполярные ароматические вещества, их количество практически находится на уровне полярных веществ; - аналитический сигнал сенсора №3 (модифицирован скваланом (8= 0%)) составляет Af=800 Гц, это говорит о чуть более высоком содержании неполярных веществ, таких как гумулен, кариофилен и др., составляющих более 40% углеводсодержащих компонентов хмеля. Полученные данные согласуются с химическим составом аромата хмеля /34, 25/.
Регистрограмма аромата хмелевого экстракта В данном экспериментальном блоке помимо изучения качественного и количественного состава ароматобразующих веществ была исследована их динамика в процессе хранения хмелевого экстракта. Проведен сенсорометрический анализ трех проб хмелевого экстракта разной продолжительности хранения: 3 дня, 1 месяц и 6 месяцев при температуре +4 С (приложение 3, рис. 1). Длительность хранения 1 месяц практически не оказывает влияния на состав хмелевого экстракта в сравнение со свежеприготовленным образцом (время откликов кварцев при определенной частоте колебаний одинаково). Хмелевой экстракт сроком хранения 6 месяцев не значительно отличается от других проб по количественному составу (время отклика кварца при определенной частоте колебаний на 50 с больше, что соответствует 20 % отклонения). Полученные результаты использованы при разработке нормативной документации на хмелевой экстракт.
Для определения степени воздействия компонентов хмелевого экстракта на жизнеспособность и активность дрожжевых клеток была поставлена серия модельных опытов. В дрожжевую суспензию, приготовленную при соотношении прессованных дрожжей и воды в массовых долях 1:2,5, добавляли 0,5 - 3,0% хмелевого экстракта от массы дрожжей. Дрожжевую суспензию выдерживали при температуре 30С в течение 120 мин. Через каждые 30 мин определяли подъемную силу - методом «шарика», жизнеспособность дрожжевых клеток - микроскопированием окрашенных препаратов. Для этого дрожжевую суспензию наносили на предметное стекло, подсушивали и окрашивали 0,05% водным раствором метиленовой сини, накрывали покровным стеклом и микроскопировали с объективом 40х. Результаты исследований приведены на рисунках 12, 13. Динамика жизнеспособности дрожжевых клеток имеет общую закономерность. Реактивация клеток в среде, не содержащей питательный субстрат, приводит к увеличению количества мертвых клеток. При этом для проб с внесением хмелевого экстракта процесс характеризуется меньшей скоростью. Внесение хмелевого экстракта требует адаптационного периода для дрожжевых клеток. Сразу после внесения хмелевого экстракта (в 0-ой точке) количество нежизнеспособных клеток возрастает. Однако, через 30-60 мин оно практически выравнивается. Через 120 мин жизнеспособность дрожжевых клеток в суспензии с внесением хмелевого экстракта превышает контроль. Соответственно улучшается и подъемная сила дрожжей.
Исследование влияния экстракта из хмеля на биотехнологические показатели жидкой ржаной закваски
Процесс приготовления жидкой ржаной закваски включает параллельно протекающее спиртовое и молочнокислое брожение, продукты метаболизма которого обуславливают биотехнологические характеристики полуфабриката. Специфические для ржаных заквасок кислотообразующие бактерии состоят из гомоферментативных и гетероферментативных молочнокислых бактерий. Гомоферментативные МКБ образуют в качестве основного продукта -молочную кислоту, а также незначительное количество летучих кислот. Эти бактерии не обладают способностью газообразования. Гетероферментативные МКБ, образующие наряду с молочной кислотой значительное количество летучих кислот (в основном уксусную кислоту), газа (в основном диоксида углерода) и незначительное количество спирта. Основное количество уксусной кислоты, накапливающейся в ржаных заквасках, образуется именно этими бактериями. /85/.
Повышение кислотности ржаной закваски во время брожения имеет большое практическое значение. Более высокая кислотность ржаного теста необходима не только для достижения достаточной пептизации белков, но и для торможения действия присутствующей в ржаной муке а-амилазы. По конечной кислотности судят о готовности ржаного теста. На рис. 28 представлены результаты определения титруемой кислотности в процессе брожения закваски. Исследования, проведенные в главе 3, относились к 0,5 - 4 % хмелевого экстракта. Учитывая защитное действие компонентов, входящих в рецептурный состав закваски и теста (в основном муки), в дальнейших исследованиях дозировка хмелевого экстракта была увеличена - в закваску до 6 %.
Конечная кислотность ЖРЗ с внесением 2 % и 4 % хмелевого экстракта больше по сравнению с контролем на 1,8 и 2 град соответственно. Вероятно, повышение титруемой кислотности ржаной закваски происходит за счёт содержания в хмелевом экстракте а-, Р-, у-, а-горьких кислот хмеля и органических кислот (яблочной, лимонной, янтарной и др.)- А также в результате интенсификации процесса кислотонакопления. Если в процессе брожения титруемая кислотность ЖРЗ возрастает, то активная кислотность (рН) сдвигается в сторону более кислой реакции среды. Соответственно, между тируемой и активной кислотностью существует обратная связь.
На рис. 29 представлены кривые изменения рН в ходе брожения закваски. Исследованные характеристики лежат в пределах 3,95 - 4,4. В процессе брожения наблюдается снижение активной кислотности для всех проб, что соответствует традиционным закономерностям и результатам исследования титруемой кислотности.
Бродильную способность определяли методом всплытия шарика теста. С увеличением дозировки хмелевого экстракта начальная подъёмная сила закваски ухудшается. В процессе брожения бродильная активность улучшается во всех образцах, в большей мере при введении хмелевого экстракта в дозировке 2 %. Что обусловлено интенсификацией процессов спиртового и гетероферментативного молочнокислого брожения, протекающих при участии развивающейся в ней микрофлоры (таблица 17).
Количество дрожжевых клеток и молочнокислых бактерий в закваске с внесением 2 % ХЭ выше по сравнению с контролем, как в начале, так и в конце брожения, что объясняется влиянием отдельных компонентов ХЭ. В хмелевом экстракте присутствуют свободные аминокислоты, марганец, препятствующий автолизу клеток и используемый в процессе жирового обмена, медь, железо, калий, йод и магний, необходимые для нормального роста и развития МКБ. Потребность дрожжевых клеток в магнии, железе, меди, марганце и боре также частично удовлетворяется за счет внесения ХЭ. Хмелевой экстракт является источником органических и минеральных кислот, таких как яблочная, лимонная, янтарная, щавелевая, фосфорная и кремниевая, оказывающих стимулирующее действие на размножение дрожжевых клеток и МКБ. /70/.
С целью получения хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с выраженными органолептическими показателями оптимальную дозировку хмелевого экстракта определяли с использованием сенсорного метода.
Из полученных данных регистрограммы аромата контрольной закваски (рис. 32), следует что: - сигнал сенсора №1 составляет Д=450Гц, что свидетельствует о большом содержании полярных веществ в жидкой ржаной закваске (из этой группы соединений в закваске преобладает этиловый спирт и летучие кислоты) /53, 97/; сигнал сенсора №2, поверхность которого модифицирована полиэтиленгликоль адипинатом (8 = 80%) составляет Аг 200Гц, на нем адсорбируются вещества средней полярности (содержание примерно 40%), т.е. их меньше, чем полярных в два раза /53, 97/; - сигнал сенсора №3, поверхность которого модифицирована скваланом, составляет Аг 150Гц. Из диаграммы видно, что содержание неполярных ароматических веществ меньше, в сравнении с выше указанными веществами. При внесении в закваску 2% хмелевого экстракта к массе воды в жидкой ржаной закваске (рис.33) регистрограмма аромата закваски изменяется: - сигнал сенсора №1 составляет Л=500 Гц, что связано с дополнительным внесением полярных веществ с экстрактом или, вернее, об интенсификации их накопления в процессе брожения закваски; - сигнал сенсора №2 Дг 200 Гц, содержание средне полярных веществ остается неизменным; - сигнал сенсора №3 АР=250 Гц, содержание неполярных веществ выше, за счет внесения неполярных веществ хмелевого экстракта, таких как гумулен, кариофилен и др. При внесении 4 % хмелевого экстракта к массе воды в жидкой ржаной закваске (рис.34) происходит дальнейшее изменение регистрограммы ее аромата: - сигнал сенсора №1 составляет Д1-600 Гц. Незначительное увеличение полярных веществ обусловлено как их внесением с ХЭ (органические кислоты), так и с накоплением в процессе брожения закваски (этанол, органические кислоты); - сигнал сенсора №2 Ді-400 Гц, выше по сравнению с контролем в два раза; - сигнал сенсора №3 составляет Д=400 Гц, что выше по сравнению с контролем более чем в два с половиной раза. Показания сенсоров №2 и №3 объясняются дальнейшим насыщением ЖРЗ средне полярными (алифатические спирты) и неполярными веществами хмелевого экстракта (терпеновые спирты, альдегиды, кетоны и сложные эфиры спиртов алифатического и терпеновых рядов).
