Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературных источников
1.1 Теоретические основы производства печенья 7
1.2 Нетрадиционное сырье для производства мучных
кондитерских изделий 16
1.3 Порошкообразные полуфабрикаты и мучные композитные смеси 27
1.4 Структурообразование порошкообразных полуфабрикатов 34
1.5 Виды и способы упаковки мучных композитных смесей и готовых изделий 38
Анализ обзора литературы и обоснование выбранного направления 43
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований
2.1 Характеристика объектов исследований 45
2.2 Методы исследований 47
2.3 Методика получения мучных композитных смесей 48
2.4 Метод исследования гранулометрического состава МКС 48
2.5 Методика приготовления теста на универсальной смесительно-формующей установке 49
2.6 Метод определения прочности теста и готового изделия 52
ГЛАВА 3 Получение и исследование мучных композитных смесей
3.1 Выбор рецептурных компонентов и обоснование состава 54
3.2 Оптимизация состава МКС для печенья 62
3.3 Создание мучных композитных смесей функционального назначения 68
3.3.1 Разработка МКС для сахарного и затяжного печенья сбалансированных по витаминному и минеральному составу ..69
3.3.2 Разработка МКС для сдобного печенья сбалансированных по аминокислотному составу 80
3.4 Исследование органолептических, физико-химических и структурно-механических свойств мучных композитных смесей
3.4.1 Исследование показателей качества МКС для сдобного печенья 86
3.4.2 Исследование показателей качества МКС для сахарного печенья 92
3.4.3 Исследование показателей качества МКС для затяжного печенья 97
3.5 Изучение свойств мучных композитных смесей в процессе хранения 99
3.5.1 Исследование структурно-механических свойств смесей... 100
3.5.2 Изменение органолептических и физико-химических свойств МКС 106
3.5.3 Выбор вида и способа упаковки композитных смесей 108
3.6 Разработка технологической схемы получения мучных композитных смесей 112
Выводы и рекомендации 115
ГЛАВА 4 Исследование структурообразования теста на основе МКС
4.1 Теоретические основы процесса структурообразования теста 116
4.2 Анализ структурообразования теста на основе МКС 120
4.3 Исследование адгезионных свойств теста 124
Выводы и рекомендации 131
ГЛАВА 5 Изучение свойств печенья на основе мучных композитных смесей
5.1 Исследование органолептических и физико-химических свойств печенья
5.1.1 Исследование показателей качества сдобного печенья 132
5.1.2 Исследование показателей качества сахарного и затяжного
печенья 139
5.2 Исследование органолептических и физико-химических свойств печенья в процессе хранения 144
5.3 Изучение влияния состава МКС на содержание функциональных ингредиентов в печенье 151
5.4 Предлагаемая структурная схема производства печенья на основе МКС 157
Выводы и рекомендации 159
Общие выводы 160
Библиографический список
- Порошкообразные полуфабрикаты и мучные композитные смеси
- Метод исследования гранулометрического состава МКС
- Разработка МКС для сахарного и затяжного печенья сбалансированных по витаминному и минеральному составу
- Анализ структурообразования теста на основе МКС
Введение к работе
Кондитерские изделия представляют собой группу пищевых продуктов широкого ассортимента, значительно различающихся по рецептурному составу, технологии производства и потребительским свойствам. Они пользуются покупательским спросом населения и играют существенную роль в восполнении энергетического баланса человека.
В структуре ассортимента кондитерских изделий важное место занимают мучные изделия, на которые приходится большая часть всего производства. В настоящее время по объему производства мучные изделия занимают второе место после сахарных. Их производят специализированные и универсальные кондитерские фабрики, кондитерские цеха хлебокомбинатов, ресторанов и т.п [1].
Стабильность потребления мучных кондитерских изделий населением России позволяет считать их наряду с хлебом и другими изделиями продуктами первостепенного значения.
В настоящее время россиский рынок заполнен большим количеством импортных товаров мучной группы. В то же время в отечественной промышленности прослеживается тенденция к увеличению производства мучных кондитерских изделий.
В условиях конкуренции с зарубежными фирмами для отечественных производителей научно-техническими проблемами является создание высокоэффективных технологий, повышение потребительских свойств и пищевой ценности изделий, совершенствование структуры и расширение ассортимента, разработка оригинальных рецептур, создание изделий функционального назначения [2].
Одним из перспективных направлений решения этих проблем является использование для производства мучных кондитерских изделий готовых концентратов, продуктов многокомпонентного состава, которые получили название мучные композитные смеси (МКС). Они занимают все большее место в структуре мучных изделий, так как на их основе можно производить широкий ассортимент продуктов: кексов, бисквитов, тортов, печенья, коврижек, круассанов, слоек, пончиков, оладий и др.
Использование МКС в кондитерской промышленности позволит сократить технологический процесс производства; уменьшить энерго- и трудозатраты, улучшить санитарно-гигиеническое состояние цехов, осуществить приготовление изделий как в условиях предприятий различной мощности, так и в домашних условиях.
Основной недостаток мучных изделий в целом заключается в том, что биологическая ценность этих продуктов невелика. Они служат в основном источником углеводов и жиров, поэтому их чрезмерное потребление нарушает сбалансированность рациона как по пищевым веществам, так и по энергетической ценности. В то же время содержание важнейших микронутриентов, как правило, незначительно. Так например, расчеты показывают, что 100 г мучных кондитерских изделий обеспечивает не более 4-5 % суточной потребности человека в витаминах Вь В2 и РР, а их вклад в общую энергетическую ценность при этом уровне потребления может составлять 18-20 %. Поэтому в настоящее время создание мучных кондитерских изделий нового поколения немыслимо без обогащения их жизненно-важными микронутриентами.
Мучные композитные смеси служат удобным объектом для обогащения изделий минеральными веществами, витаминами, пищевыми волокнами. Наряду с основными рецептурными компонентами композитной смеси (мука пшеничная, сахарная пудра, молоко сухое), в качестве одного из компонентов используются нетрадиционные виды муки, многокомпонентные порошкообразные полуфабрикаты на основе плодов и ягод, продукты экструдирования, позволяющие получать изделия сбалансированного состава.
Порошкообразные полуфабрикаты и мучные композитные смеси
Важнейшей задачей, стоящей перед кондитерской отраслью в области производства мучных кондитерских изделий, является разработка и внедрение интенсивных технологий, позволяющих получать изделия высокой пищевой ценности и низкой себестоимости.
Реализация задачи стабильного обеспечения населения мучными изделиями хорошего качества и высокой пищевой ценности основывается на комплексном использовании сырьевых ресурсов, совершенствовании структуры ассортимента выпускаемых изделий, изыскании новых эффективных видов сырья для производства мучных кондитерских изделий (МКИ).
Ряд исследователей совершенствование и интенсификацию технологического процесса приготовления мучных изделий связывают с использованием полуфабрикатов, способных длительное время храниться без изменения потребительских свойств, которые получили название мучные композитные смеси.
Мучные композитные смеси - полуфабрикаты мучных изделий, представляющие собой смесь пшеничной муки с сахаром, яичным порошком, сухим молоком, разрыхлителем, ароматическими веществами. Из концентратов мучных полуфабрикатов готовят тесто с добавлением жира, воды согласно приведенным на этикетке указаниям и выпекают изделия [30].
Целесообразность применения мучных композитных смесей обусловлена следующими аспектами: - необходимостью создания гибкого управляемого процесса тестоприго-товления; - необходимостью деятельности предприятий с высокими технико-экономическими показателями, в том числе за счет расширения ассортимента высококачественной продукции, создания цехов многоцелевого назначения, ориентированных на производство диетических и лечебно-профилактических изделий; - повышением эффективности работы мини-производств в направлении стабилизации качества готовых изделий с длительным сроком реализации; - снижением энерго- и трудозатрат; - улучшением санитарно-гигиенического состояния предприятия. Ведущими институтами, специалистами пищевой промышленности раз рабатываются технологии приготовления и применения различных видов муч ных композитных смесей для получения на их основе широкого ассортимента булочных, мучных кондитерских, слоеных и других изделий. На основании результатов исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом, рекомендуется в состав МКС наряду с основными компонентами -мукой пшеничной, сахарной пудрой, молоком сухим вводить следующие продукты: - отруби пшеничные диетические; - пшеничные зародышевые хлопья пищевого назначения; - муку пшеничную высокобелковую; - сухую пшеничную клейковину; - модифицированные крахмалы; - смесь витаминов и минеральные вещества; - муку из крупяных и бобовых культур; - структурообразователи; - экструдированные и зерновые продукты; - соевые белковые обогатители; - декстрозу, солодовые продукты; - ферментные препараты; - эмульгаторы; - порошкообразные полуфабрикаты овощей, фруктов, лекарственных трав; - ароматические вещества, пищевые красители. Так например, фирма «Ульмер-Шнац» (Германия) разработала и выпускает следующие мучные композитные смеси: Eisella tomi - порошкообразная смесь для бисквитов и кексов, содержащая крахмал и пекарский порошок; Preger - специальное пекарское средство для сладких булочек;
Krapfenmeister - специальная порошкообразная смесь для производства сдобных изделий, гарантирующая увеличение объема, улучшение вкуса, равномерную пористость, продление срока свежести готовых изделий [30].
Отечественные специалисты пищевой промышленности разработали технологию приготовления безглютинного песочного полуфабриката с использованием пшеничного крахмала и структурированной люпиновои муки в соотношениях 8:2, 6:4, 4:6. Кроме того, для снижения энергетической ценности в рецептуре песочного теста сахар песок заменили сахарином. Анализ органолеп-тических и физико-химических данных безглютинного песочного полуфабриката и контрольного образца выявил, что все показатели нового песочного полуфабриката высоки [31].
Также была разработана порошкообразная смесь для производства выпеченного заварного полуфабриката («Эклер», «Орешек»), что позволяет сократить число наименований сырья, количество технологических операций, продолжительность процесса приготовления теста.
Метод исследования гранулометрического состава МКС
Мучные композитные смеси готовили в лабораторных условиях путем смешивания основного и дополнительного сырья до равномерного распределения всех компонентов смеси. Введению каждого компонента в смесь предшествовало его просеивание через шелковое сито №43 и взвешивание заданной массы на технических весах. Смешивание осуществляли в лабораторной тестомесильной машине. В машину загружали все компоненты, предусмотренные рецептурой, кроме химических разрыхлителей. Смесь перемешивали 3-5 минут, затем добавляли г химические разрыхлители (натрий двууглекислый и углеаммонийная соль) и смесь снова перемешивали 2-3 минуты до равномерного распределения всех компонентов. После смешивания полученный мучной полуфабрикат просеивали и упаковывали в различные упаковочные материалы массой не более 500 г для дальнейших исследований. При разработке мучных композитных смесей необходимо учитывать целый ряд технологических проблем, например компоненты, имеющие различный размер частиц могут не смешиваться друг с другом, поэтому были проведены исследования МКС методом гранулометрического анализа, разработанного В.Р. Соколовским.
Гранулометрический анализ представляет собой статистическое исследование распределение гранул по размерам.
В работе использовали оптический метод гранулометрического анализа, основанный на методе обработки изображения частиц, полученного на просвет в светлом поле, с применением для обработки компьютера [72,73].
Определяли возможности исследования метода гранулометрического анализа для оценки технологических свойств (размера частиц исследуемой массы, объемная доля частиц в отдельной фракции, выраженная в процентах от общего количества частиц исследуемого образца), рассчитанные по выборке измерений (мода, медиана).
Размеры частиц исследуемых сыпучих предметов находились в пределах от 0 до 100 мкм. Рассматривалась объемная доля частиц с размером до 35 мкм.
Методика приготовления теста на универсальной смесительно-формующей установке Для исследования процесса структурообразования теста на основе мучных композитных смесей готовили образцы сахарного, сдобного, затяжного теста из МКС, маргарина и воды в универсальной смесительно-формующей установке.
Основным преимуществом приготовления образцов теста на УСФУ является совмещение процессов смешивания и формования в одном аппарате, при этом осуществляется непрерывность технологического процесса, низкий удельный расход энергии, небольшие капитальные затраты, что в свою очередь позволит значительно повысить интенсивность и эффективность производства, улучшить качество продукции. Процесс приготовления тестовых заготовок на универсальной смесительно-формующей установке можно разбить на несколько стадий: дозирование сыпучих компонентов (мучной композитной смеси), дозирование жидких компонентов (воды и маргарина), смешивание рецептурных компонентов, формование теста.
Замес теста проводили в смесительно-формующей камере, куда последовательно загружали 2/3 (от общего количества ) мучной композитной смеси, маргарин в пластичном растопленном состоянии, расчетное количество воды, все перемешивали 5-8 мин. Затем добавляли оставшиеся количество мучной композитной смеси и перемешивали еще 8-10 мин до готовности теста. Температура теста 26-28 С, влажность теста 16,5-17,5 %. На рис. 2. схематично показаны наиболее значимые узлы и агрегаты, составляющие ядро УСФУ.
К ним относятся: пневматический дозатор для дозирования жидких компонентов - 1, механический вибродозатор для дозирования сухих компонентов - 2, электровакуум-варочный котел для уваривания сиропа - 3, мешалка котла - 4, двигатель, приводящий во вращение мешалку котла - 5, нагревательный элемент для прогрева стенок котла - 6, манометр - 7, лопасти мешалок - 8, смесительно- формующая камера с водяной рубашкой - 9, привод лопастей мешалок - 10, шнек -11, привод шнека - 12, формующая насадка— 13, механизм пневматической струнной резки - 14, фотоэлемент для контроля размера отформованного изделия - 15, охлаждающая камера с рубашкой охлаждения - 16, подъемный сетчатый транспортер для выгрузки охлаждаемых в камере изделий - 17, поворотный стол - 18, вакуумметр - 19, панель со смонтированной арматурой управления работой электрооборудования - 20, корпус для изоляции силового и другого оборудования установки - 21, блок отображения символьной информации -22, компьютер IBM PS - 23, принтер - 24, рубильник подачи напряжения на установку - 25, термореле варочного котла для поддержания заданной
Разработка МКС для сахарного и затяжного печенья сбалансированных по витаминному и минеральному составу
Анализ химического состава МКС показал несоответствие их требованиям нутрициологии - все изделия перегружены легкоусвояемыми углеводами, в дефицитном количестве находятся макро- и микроэлементы, витамины, пищевые волокна. С целью снижения энергетической и повышения пищевой ценности мучных продуктов необходима корректировка их состава в сторону приближения к требованиям формулы XXI века, обеспечивающей оптимальное питание, предусматривающая потребление продуктов, в том числе кондитерских изделий, с заданными функциональными свойствами.
В основе концепции функционального (здорового, позитивного) питания лежит создание функциональных продуктов, т.е. продуктов, содержащих ингредиенты, которые приносят пользу здоровью человека, повышают его сопротивляемость заболеваниям, способны улучшить многие физиологические процессы в организме человека, позволяя ему долгое время сохранять активный образ жизни.
Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества, физиологическое воздействие. Традиционные продукты, в отличие от функциональных, характеризуются только первыми двумя составляющими. По сравнению с обычнымим повседневными продуктами, функциональные должны быть полезными для здоровья, безопасными с позиции сбалансированного питания и питательной ценности продуктов. Все продукты позитивного питания содержат ингредиенты, придающие им функциональные свойства. По теории Д.Поттера на сегодняшнем этапе развития рынка эффективно используется основные виды функциональных ингредиентов: пищевые волокна (растворимые и нерастворимые), витамины (А, группа В, Д и т.д.), минеральные вещества (кальций, железо), полиненесыщенные жиры (растительные масла, рыбий жир, со-3- и со-6-жирные кислоты), антиоксиданты: Р-каротин, витамин С (аскорбиновая кислота) и витамин Е (сс-токоферол), пробиотики (препараты живых микроорганизмов), пребиотики (олигосахариды как субстрат для полезных бактерий) [82,83].
Поэтому для создания изделий функциональной направленности необходимо включить в состав МКС витамины, минеральные вещества, пищевые волокна и аминокислоты. Разработка МКС для сахарного и затяжного печенья сбалансиованных по витаминному и минеральному составу
В данной работе рассматривается оптимизация МКС для сахарного печенья, так как сахарное печенье пользуется большим покупательским спросом, благодаря низкой цене и высокому качеству. Рецептура разрабатываемого продукта должна базироваться на основных компонентах: мука пшеничная, сахарная пудра, молоко сухое, соль, химические разрыхлители и дополнительных - порошкообразные полуфабрикаты: порошок шиповника, абрикосово-паточный полуфабрикат, черноплоднорябиново-паточный полуфабрикат, клюквенно-паточный полуфабрикат. По химическому составу они богаты витаминами: С, Е, р-каротином, микро- и макроэлементами: Са, Р, Fe, 12.
Задача оптимизации связана с нахождением решения - оптимума, то есть наилучшего варианта достижения цели с наименьшими затратами времени, сил и средств. Оптимальные решения при проектировании МКС, обогащенных витаминами и макро- и микроэлементами, могут быть достигнуты с помощью их формализованных математических описаний — математических моделей, отражающих в аналитическом виде множество функциональных связей и рядом ограничений, вытекающих из физического смысла задачи. При реализации мате 70 матических планов в качестве выходного параметра использовали суточную потребность в микронутриентах.
Выбор функции, подлежащей оптимизации (целевой функции) производился в соответствии с поставленными задачами и целями. Аргументы функции ограничены по величине. Ограничения и аргументы вытекают из физического смысла задачи и налагаются либо в виде неравенств, либо в виде уравнений. Для оценки возможных вариантов комбинирования МКС применяли методы линейного программирования реализованные в Microsoft Excel 97.
Достижение поставленной цели сводится к решению задачи линейного программирования, поскольку как целевая функция, так и ограничения сформулированы в линейной форме. В общей постановке задачи линейная оптимизация сводится к определению максимума целевой функции [84,85].
При этом для МКС возможны минимум 3 варианта постановки задачи.
1. Необходимо достичь абсолютно строгого соблюдения соотношения между микронутриентами. В этом случае минимизируемой целевой функцией следует считать сумму массовых долей компонентов в смеси xi — min, ограничением - выражение, полученное из соотношения микронутриентов и другие ограничения. Однако, такой вариант в большенстве случаев не имеет решения.
2. Минимизируемой целевой функцией является близость реальной пропорции к идеальной R —» min, ограничения / ki+i zi+i - kjZj / R по каждому микронутриенту, kj и Zj - массовые доли компонента в МКС и микронутриенты в компоненте соответственно.
3. Минимизируется сумма расхождений реальной пропорции от идеальной по каждому микронутриенту R-І — rnin. В диссертационной работе принят третий вариант оптимизации. Обозначим через xi....x5 - количество (массу) в граммах каждого (і-го) компонента, приходящееся на 100 г МКС, тогда можно выразить реальную массу каждого микронутриента в 100 г МКС.
Анализ структурообразования теста на основе МКС
Существо качественной оценки сравниваемых беков с помощью формализованных показателей заключается в том, что чем выше значение U или меньше значение стс (в идеале U=l; ас =0), тем лучше сбалансированы незаменимые аминокислоты и тем рациональнее они могут быть использованы организмом.
Формализация, учитывающая соотношение между незаменимыми и заменимыми аминокислотами. С ее помощью можно количественно оценить долю незаменимых аминокислот в белке конкретного продукта, которые в силу несбалансированности между собой, недостатка или избытка по отношению к заменимым аминокислотам могут быть использованы как предшественники биосинтеза заменимых аминокислот или как энергогенный материал. Всего можно выделить шесть взаимоисключающих ситуаций, отражающих соотношения между незаменимыми и заменимыми аминокислотами в оцениваемом белке. В символьной форме условия. Соответствующие этим ситуациям, описываются следующими неравенствами: U = \; НАК ЦЭ Cj=Cm-m= const \; (15) где YJHAK- суммарная массовая доля незаменимых аминокислот в оцениваемом белке; U HAK- массовая доля взаимосбалансированных незаменимых аминокислот; ]ГЭ- суммарная массовая доля незаменимых аминокислот в оцениваемом белке-эталоне.
Второй этап создания теоретических и практических основ проектирования пищевых продуктов - разработка методов моделирования влияния набора и соотношения рецептурных ингредиентов на изменение массовых долей макро- и микропитательных веществ. Массовая доля Sf (%) конкретного макро- или микропитательного вещества в рецептурной смеси (материальный баланс): tf = E-wE ,, (20) где Хг массовая доля, %, і-го компонента рецептурной смеси; Sr массовая доля, %, конкретного макро- или микропитательного вещества в і-том компоненте.
В случае, когда необходима информация, например, о массовых долях в рецептурной смеси таких веществ, как входящие в состав белка аминокислоты или входящие в состав жира жирные кислоты, может быть предложена несколько иная форма записи уравнения материального баланса: А/?=хадл/,/і; А, (21) где М - массовая доля, %, j-той составляющей сложного макропитательного вещества в многокомпонентной рецептуре; Мц - массовая доля, %, j-той составляющей в конкретном сложном макропитательном веществе і-того компонента рецептуры.
Задача состоит в моделировании аминокислотного состава белка проектируемого пищевого продукта и выборе значений массовых долей компонентов смеси Xj, наиболее удовлетворяющих условию: Rc - max, БСНАК _ min, ЭГНАК - min, (22) где Rc - коэффициент рациональности аминокислотного состава; Е НАК - массовая доля аминокислот, предшественниц биосинтеза заменимых; ЭГНАК - массовая доля аминокислот, являющихся энергогенным материалом. Исходными данными алгоритма являются: - набор компонентов смеси и массовая доля первого компонента; - набор аминокислот, содержащихся в смеси, и массовые доли j-й незаменимой аминокислоты в белке-эталоне; - массовые доли белка в каждом компоненте; - массовые доли в белке і-го компонента j-й аминокислоты; - интервалы изменения значений; - величина дискретизации N.
Получаем множество решений D={RC; 2г НАК; Zr НАК}, из которых необходимо выбрать одно, удовлетворяющее условиям (18). Это постановка задачи векторной оптимизации
Органолептические свойства мучных смесей характеризуются внешним видом, вкусом, запахом и цветом вносимых полуфабрикатов. В зависимости от состава рецептурной смеси изменяется содержание влаги, сахара, жира, витаминов, белков, минеральных веществ, титруемой кислотности, редуцирующих веществ. Так например, наибольшее значение титруемой кислотности у мучных смесей с добавлением крапивного полуфабриката (РЦ 2), что объясняется содержанием в нем органических кислот. Наибольшее содержание жира у смесей с белковым продуктом «Союшка» (РЦ 3,5), ПЭК гречихи. Содержание влаги для всех полуфабрикатов находится в пределах от 9 до 10 % (таблица 16).
Изучение минерального состава мучных композитных смесей показало высокое содержание железа, которое играет большую биологическую роль в жизнедеятельности организма человека, у МКС с экструдатом из гречихи его в 2 раза больше по сравнению с контролем (РЦ 5). Кальцием богата МКС с крапивным полуфабрикатом, в 16 раз больше чем в контроле. Основная функция магния, фосфора, калия, вносимых с продуктом «Союшка» - участие в обмене белков, жиров, углеводов.
Витаминный состав МКС представлен аскорбиновой кислотой, витамином Е и (3-каротином. Увеличение витамина Е на 60 % по сравнению с контролем, наблюдается у мучной смеси с белковым обогатителем «Союшка».
