Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научная задача разработки технологий и ассортимента хлеба из целого зерна 10
1.1. Основные направления повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий 10
1.2. Перспективы производства изделий из зерновых культур 16
1.1.1. Физиологические основы биоактивации зерна 17
1.1.2. Ферментативный комплекс злаковых культур 22
1.1.3. Изменение микронутриентов в процессе биоактивации.. 28
1.1.4. Безопасность хлеба из биоактивированного зерна 30
1.3. Существующие способы производства изделий из зерновых культур. Применение ультразвука в хлебопечении 34
Глава 2. Объекты и методы исследования 44
2.1. Схема экспериментальных исследований 44
2.2. Сырье и материалы, применяемые в исследованиях 44
2.3. Способ подготовки зерна и методы исследований 46
2.4. Математические методы обработки экспериментальных данных . 52
Глава 3. Разработка ускоренного способа подготовки биоактивированного зерна повышенной безопасности с применением ультразвука 53
3.1. Выбор параметров ультразвуковой обработки для максимального набухания зерна пшеницы и ржи 53
3.2. Разработка математической модели зависимости степени набухания зерен пшеницы и ржи от продолжительности набухания и обработки ультразвуком 58
3.3. Микроструктура зерновых культур, обработанных ультразвуком...66
3.4. Влияние ультразвука на активность ферментативного комплекса пшеницы и ржи и на качество зернового хлеба 68
3.5. Воздействие ультразвука на микробиологическую обсемененность зерна пшеницы и ржи и степень миграции токсичных элементов с их поверхности 71
Глава 4. Совершенствование технологии хлеба из биоактивированного зерна пшеницы 74
4.1. Выбор способа приготовления теста для хлеба из биоактивированного зерна пшеницы 74
4.2. Разработка математических моделей зависимости вязкости теста от его влажности и дозировки сухой пшеничной клейковины 81
4.3. Влияние аскорбиновой кислоты на активность ферментативного комплекса зерна пшеницы и качество хлеба 93
4.4. Оптимизация рецептуры изделия из биоактивированного зерна пшеницы с сухой пшеничной клейковиной и аскорбиновой кислотой и оценка параметров приготовления теста и качества хлеба 97
Глава 5. Корректировка пищевой ценности хлеба из биоактивированного зерна пшеницы 110
5.1. Обоснование выбора обогатителей, их химический состав и свойства 110
5.2. Корректировка пищевой ценности хлеба из биоактивированного зерна пшеницы путем применение гречневой муки 114
5.2.1. Исследование структурно-механических свойств теста и качества хлеба с гречневой мукой 114
5.2.2. Оптимизация рецептуры хлеба с гречневой мукой 120
5.2.3. Изменение пищевой и энергетической ценности хлеба из биоактивированного зерна пшеницы в зависимости от рецептуры 127
5.2.4. Влияние гречневой муки на усвояемость хлеба 128
5.3. Корректировка пищевой ценности хлеба из биоактивированного зерна пшеницы путем применения набухшей ржи и овсяной муки 130
5.3.1. Воздействие овсяной муки на свойства теста и качество хлеба из биоактивированного зерна пшеницы и ржи 130
5.3.2. Оптимизация рецептуры хлеба из смеси пшеницы и ржи с овсяной мукой 135
5.3.3. Изменение пищевой и энергетической ценности хлеба из биоактивированного зерна пшеницы и ржи в зависимости от рецептуры 142
5.3.4. Влияние овсяной муки на усвояемость хлеба 143
Экономический эффект от производства изделий из биоактивированного зерна пшеницы 145
Основные выводы и результаты работы 147
Список использованных источников 149
Приложения 164
- Существующие способы производства изделий из зерновых культур. Применение ультразвука в хлебопечении
- Математические методы обработки экспериментальных данных
- Разработка математической модели зависимости степени набухания зерен пшеницы и ржи от продолжительности набухания и обработки ультразвуком
- Разработка математических моделей зависимости вязкости теста от его влажности и дозировки сухой пшеничной клейковины
Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных направлений государственной политики в области здорового питания является производство продуктов повышенной пищевой ценности, предназначенных для предупреждения различных заболеваний и укрепления защитных функций организма, снижения риска воздействия вредных веществ. В последние годы диетологи и гигиенисты всего мира склонны к применению натурального пищевого сырья. При получении муки все заложенные в зерне энергетические и целебные силы уничтожаются. В первую очередь теряются пищевые волокна, витамины и микроэлементы. В связи с улучшением структуры питания в настоящее время увеличивается доля продуктов массового потребления с высокой пищевой и биологической ценностью, в том числе изделий из целых зерновых культур.
Большое количество патентоохранных документов, рост производства и расширение ассортимента зернового хлеба свидетельствует о перспективности этой технологии. Главная ее особенность, в отличие от традиционных способов приготовления, заключается в подготовке зерна, являющейся наиболее продолжительным этапом. При производстве хлеба из биоактивированного зерна возникает проблема обеспечения его микробиологической и экологической безопасности. Активация ферментативного комплекса при проращивании является причиной получения изделия низкого качества по физико-химическим показателям. При этом большое значение имеет сокращение предварительной подготовки и повышение безопасности зерна, улучшение качества хлеба.
Значительный теоретический и практический вклад в разработку и совершенствование технологий хлеба из зерновых культур внесли В. М. Антонов, В. В. Щербатенко, Н. В. Лабутина, Р. Д. Поландова, Л. П. Пащенко, С. Я. Корячкина, Т. В. Санина, В. Я. Черных, Ю. Ф. Росляков, А. С. Романов, Е. И. Шкапов, С. И. Конева, А. Н. Новикова и др.
Однако в литературе недостаточно сведений о способах интенсификации процесса предварительной подготовки злаковых культур, повышения их безопасности, целенаправленного регулирования свойств полуфабрикатов и пищевой ценности хлебобулочных изделий из целого зерна.
В связи с вышеизложенным, актуальными являются исследования, по-священные разработке интенсивных технологий и новых рецептур приготовления хлеба улучшенного качества и повышенной пищевой ценности из биоактивированного зерна.
Объектом исследования являются технологии производства и ассортимент изделий из биоактивированного зерна.
Предметом исследования является разработка технологии и ассортимента изделий повышенной пищевой ценности из биоактивированного зерна пшеницы.
Научная новизна. Установлено влияние ультразвука на физико-химические, биохимические и микробиологические процессы, протекающие при набухании пшеницы и ржи, теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность его применения в производстве зернового хлеба.
Разработаны и научно обоснованы предложения по сокращению продолжительности подготовки зерна пшеницы и ржи, повышению безопасности и снижению активности их ферментативного комплекса.
Получена математическая зависимость степени набухания пшеницы и ржи от продолжительности набухания и обработки ультразвуком.
Установлено воздействие рецептурно-технологических факторов на вязкость теста из биоактивированного зерна пшеницы и получены их математические зависимости.
Определено влияние совместного внесения сухой пшеничной клейковины и аскорбиновой кислоты на свойства теста и качество хлеба, получены их оптимальные дозировки.
Установлена корреляционная зависимость между пищевой ценностью изделий из биоактивированного зерна пшеницы и с применением гречневой, овсяной муки и набухшей ржи.
7 Практическая значимость и реализация результатов работы.
Практическая значимость исследования заключается в создании ускоренной технологии путем применения ультразвуковой обработки и нового ассортимента изделий из биоактивированного зерна пшеницы.
Реализация результатов работы:
разработана и утверждена техническая документация на изделия из биоактивированного зерна (хлеб «Гармония» и «Олимпик», ТУ, ТИ, РЦ 9114-012-02068108-2004, патент РФ № 2266654), проведена промышленная апробация их производства на СПО «Хлебопечение» (Воронежская область, райцентр Петропавловка, акт производственных испытаний от 8.08.2006 г.), освоен промышленный выпуск их (акт внедрения от 15.08.2006 г.);
разработана и утверждена техническая документация на изделия хлебобулочные из биоактивированного зерна (хлеб «Колосок», ТУ, ТИ, РЦ 9114-036-02068108-2005, патент РФ № 2292722), проведена промышленная апробация его производства на СПО «Хлебопечение» (Воронежская область, райцентр Петропавловка, акт производственных испытаний от 8.08.2006 г.) освоен промышленный выпуск его (акт внедрения от 15.08.2006 г.);
разработана ускоренная технология приготовления хлеба повышенной экологической безопасности из биоактивированного зерна с применением ультразвука (патент РФ № 2292721).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
- на научно-технических и международных конференциях: П-й Ме
ждународной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии
и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2004 г.); V-й
Международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и
технология пищевых производств» (г. Могилев, 2006 г.); IV- й международной
научно-практической конференции « Приоритеты и научное обеспечение реа
лизации государственной политики в области здорового питания в России»
(г. Орел, 2006 г);
8 на всероссийских и республиканских научных, научно-практических семинарах и конференциях: Всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (г. Орел, 2003 г.); Ш-й Всероссийской конференции «Теория конфликта и ее приложения» (г. Воронеж, 2004 г.); Российской научно-практической конференции, посвященной 75-летию кафедры «Технология хлебопекарного и макаронного производств» МГУПП и 100-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки и техники РФ, доктора технических наук, профессора Л. Я. Ауэрмана (г. Москва, 2005 г.); Ш-й Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (г. Москва, 2005 г.); Общероссийской конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2005 г.); Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г. Казань, 2006 г.); IV-й Всероссийской конференции «Теория конфликта и ее приложения» (г. Воронеж, 2006 г.); 1-й Всероссийский съезд диетологов и нутрициологов «Диетология: проблемы и горизонты» (г. Москва, 2006 г);
- на межрегиональных и отраслевых конференциях, конференциях преподавательского состава и научных работников ВГТА: Межрегиональной научно-практической конференции «Благополучная среда обитания - залог здоровья населения» (Воронежская область, 2004 г.); Межрегиональной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2004 г.); XLII, XLIII, XLIV Отчетных научных конференциях ВГТА за 2003-2005 годы (г. Воронеж, 2003 г., 2004 г., 2005 г.); 6-ой Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (г. Екатеринбург, 2005 г.).
Разработки экспонировались на научно-технических выставках и награждены дипломами: в рамках 17-ой, 18-ой, 19-ой, 20-ой, 21-ой, 22-ой, 23-й межрегиональных специализированных выставках «ПРОДТОРГ» - за проекты: «Технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий повышенной пище-
9 вой ценности», «Технология хлеба из биоактивированного зерна», «Технологии и ассортимент хлебобулочных изделий профилактического назначения», «Приготовление хлеба из биоактивированного зерна повышенной экологичности», «Ультразвук в технологии приготовления изделий из биоактивированного зерна и нетрадиционных видов муки», «Технологии и ассортимент изделий функционального назначения» и за ассортимент изделий повышенной пищевой ценности, за создание новых функциональных видов продукции, за разработку ускоренной технологии хлеба из биоактивированного зерна улучшенного качества; в рамках II - ой Всероссийской выставки-ярмарки «ИННОВ-2005» - за проект «Разработка хлебобулочных изделий с применением продуктов переработки животноводческого сырья и биоактивированного зерна».
На 19-ой и 23-й межрегиональных специализированных выставках «ПРОДТОРГ» за разработку изделий из биоактивированного зерна «Гармония» и «Колосок» получены соответственно серебряная и золотая медали.
Материалы диссертации используются в учебном процессе в дипломном проектировании и выполнении научно-исследовательских работ.
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 28 работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах, 6 статей в межвузовских сборниках, 13 тезисов, 3 патента РФ и 2 пакета ТД.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части из 4 глав, списка использованных источников, 5 приложений. Список использованных источников включает 164 источников российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 163 страницах основного текста, включает 56 рисунков и 39 таблиц. Приложения содержат техническую документацию на изделия хлебобулочные из биоактивированного зерна, акты производственных испытаний и внедрений, патенты, дипломы.
Существующие способы производства изделий из зерновых культур. Применение ультразвука в хлебопечении
Первые попытки использовать хлеб, полученный непосредственно из зерна, были предприняты в 1880-1890 гг. с целью продовольственного обеспечения русской армии. Но отсутствие технологических решений в те времена не позволило достичь желаемого результата. Хлеб получался грубый, в нем попадались почти целые зерна, которые практически не переваривались [132].
Интерес к производству хлеба из целого зерна возник в конце 70-х годов, в ГосНИИХПе под руководством В. В. Щербатенко и В. А. Патта проводились работы по диспергированию предварительно замоченного зерна. Такое измельчение зерна было названо «мокрым помолом».
В России в промышленном масштабе зерновой хлеб производится с 1992 года в некоторых городах Сибири. В. М. Антонов из г. Красноярска в 90-х годах разработал технологию, которая легла в основу нового сорта -зернового хлеба с торговой маркой "Тонус" [28, 69, 70].
На сегодняшний день зарегистрировано много патентоохранных документов на производство зернового хлеба. Основные отличия в предлагаемых технологиях - параметры подготовки зерна, способы его измельчения, рецептуры изделий, технологические способы разрыхления теста и условия выпечки [142].
С точки зрения поддержания санитарно-гигиенических показателей производства и технологичности процесса важным этапом является шелушение зерна. В ряде работ [71, 72, 73, 74, 41] предусматривается стадия шелушения зерна без уточнения количества удаляемых оболочек. По мнению В. М. Антонова [75] и А. С. Романова [76], использование шелушенного зерна с удалением 50 -80 % оболочек позволяет сократить стадию отволажива-ния за счет лучшего проникновения влаги.
Однако, шелушение зерна, при котором происходит снятие семенных оболочек, не только облегчает поглощение влаги, но и интенсифицирует протекание коллоидных и биохимических процессов при набухании, что может привести к ухудшению его качества. При этом также теряется назначение зернового хлеба, которое заключается в сохранении как можно большего количества периферийных частиц зерна, содержащих наибольшее количество витаминов и минеральных веществ.
Изучена возможность производства хлеба из целого нешелушеного зерна. Для более эффективного его промывания О. А. Хоперская, М. Е. Богданов, В. Л. Огудин, Н. А. Блинова предлагают использование широкогор-лых сосудов с перфорированным дном с диаметром отверстий не менее 1+1,5 мм, которые помещают в более крупные. При этом легкие сорные частицы всплывают и переливаются через край внешнего сосуда, а песок, раздробленное зерно проваливаются сквозь отверстия внутреннего. Для интенсификации процесса проводят механическое перемешивание [77].
В. Г. Вепренцова и С. С. Вепренцов предложили способ с применением дополнительного промывания зерна водой под давлением 3-5 атм во избежание развития посторонней микрофлоры [78].
Промытое зерно выдерживают в емкостях различных конструкций в течение 6+48 ч [79]. Для более эффективного набухания предлагается его проводить в любых устройствах типа противней слоем не более 15 см. При этом воду необходимо менять 3-6 раз на свежую по следующим причинам: во-первых, при набухании зерна в нем активизируются процессы дыхания, а смена воды обеспечивает необходимый доступ кислорода; во-вторых, из набухшего зерна в воду экстрагируются токсичные белки-рицины, удаляемые при смене воды; в-третьих, смена воды задерживает и предотвращает рост плесневых грибов и накопление микотоксинов [77].
Выявлено несколько способов набухания зерна: в яблочном соке в течение 13+19 ч при температуре 25+35 С; сначала в анолитной фракции электроактивированого водного раствора с рН 2,0+2,5 и ОВП +1140 + +1000 мВ в течение 1,0 +1,5 ч, а после в като-литной фракции с рН 11,0 +11,5 и ОВП 820+870 мВ в течение 10,0 +12,0 ч [80]; в отваре черноплодной рябины или в воде с добавлением пюре рябины обыкновенной (или калины или облепихи, или пасты чеснока) в количестве 5 % от массы зерна в присутствии 0,05 % лимонной кислоты и ферментных препаратов цитолитического действия: Pentopan 500BG в количестве 0,004 % или Fungamil Super АХ в количестве 0,01 % к массе сухих веществ о в зерне в течение 3 +16 ч при температуре 30+50 С [42]; в воде с последующим выдерживанием зерна с целью обеззара о живания в трехпроцентном растворе перекиси водорода при 16+20 С с экспозицией 40+50 мин [81,157]; в растворе улучшителей (тиосульфат натрия, цистеин, глютатион, УКХ-2, УКХ-4), ферментных препаратах грибкового (Амилоризин ПЮх) и бактериального происхождения (Амилосубтилин ПОх). Установлено, что количество улучшителей в растворе должно составлять 0,00005-1,0 % к массе СВ зерна [82]; в растворе, содержащем цитолитические ферментные препараты и их комплекс с а - амилазой в количестве 0,003-0,001 % к массе сухих веществ зерна; в растворе, содержащем ферментные препараты Целловиридин ПОх и Фитазу в количествах 0,09 -0,25 % от массы сухих веществ зерна; в присутствии ферментных препаратов цитолитического действия в количестве 0,003 0,01 % к массе сухих веществ зерна в водном растворе шишек хмеля [43, 44]; в воде, содержащей источник йода [83]; в дистиллированной, родниковой или минерализованной воде в течение 7-І- 10 ч [84]; в воде с ионами серебра с концентрацией 0,15 -0,35 мг/л, обладающей высоким антимикробным эффектом [85].
Математические методы обработки экспериментальных данных
Наиболее важным и продолжительным этапом подготовки зерна является набухание, влияющее на качество зерна и готового хлеба. Представляет большой интерес получение математической модели, описывающей закономерность поведения процесса набухания. Наиболее информационно-емкой и объективной величиной для биоактивированного зерна является степень набухания. Она зависит от многочисленных факторов, таких как строение зерна, его химический состав, продолжительность набухания, физическое воздействие и др. Отклонения от принятых норм скажутся на качестве зерна и хлеба на его основе, в связи с чем возникает необходимость в определении изменения степени набухания в зависимости от влияния тех или иных факторов.
Нами поставлена задача разработки математической модели степени набухания пшеницы и ржи в зависимости от продолжительности набухания и обработки ультразвуком.
Зерна после предварительного выдерживания в питьевой воде в течение 2,0 ч (гидромодуль 1:3) подвергали УЗ обработке на лабораторной установке УЗК - 4.003 при частоте 21 кГц и плотности звуковой энергии 15 кДж/м3 в течение 5- -20 мин. Ранее проведенными исследованиями было доказано: 1) продолжительность набухания в питьевой воде до влажности 44 % ерна пшеницы составляет 20 + 24 ч, ржи - 40 + 42 ч; 2) обработка УЗ более 20 мин может привести к ухудшению качества зерен вследствие тепловой денатурации белка, клейстеризации крахмала. Степень набухания определяли по формуле (1).
Кривые набухания пшеницы и ржи, полученные при различной продолжительности обработки ультразвуком, представлены на рис. 11 и 12 соответственно. Наиболее интенсивное набухание пшеницы наблюдалось в течение 8 -г- 10 ч, ржи - 18 - 20 ч. Экспериментальные кривые асимптотически приближались к некоторым предельным значениям (предельная степень набухания). С увеличением продолжительности обработки УЗ степень набухания зерен возрастала. Так, при озвучивании в течение 20 мин через 12 ч выдержки степень набухания для пшеницы была на 54 %, а для ржи - на 34 % выше, чем в контроле (набухшие зерна без обработки).
Кривые набухания имеют экспоненциальный вид, для их математического описания предложено уравнение вида где М- степень набухания в произвольный момент времени; Мпр - предельная степень набухания в момент времени г - оо; К - коэффициент набухания, ч 1; х- продолжительность набухания, ч. Об интенсивности процесса можно судить по кривым скорости набухания (рис. 13, 14), которые были построены по экспериментальным кривым набухания методом графического дифференцирования. В начале процесса скорость набухания принимала максимальное значение. С увеличением степени набухания она уменьшалась. При достижении предельной степени набухания скорость становилась равной нулю.
Предельную степень набухания Мпр и коэффициент набухания К определяли следующим образом. Процесс набухания является массообменным процессом, в связи с чем можно провести определенные аналогии между процессом набухания и сушки, который достаточно полно изучен как теоретически, так и практически.
Рассматривая дифференциальное уравнение влагопереноса для конвективной сушки пластины, при соответствующих граничных и начальных условиях, А. В. Лыковым получено уравнение для средней скорости сушки пластины для периода падающей скорости сушки [1]. Применительно к процессу набухания это уравнение можно записать следующим образом
Из формулы (9) видно, что скорость набухания находится в прямой зависимости от степени набухания (с увеличением степени набухания от 0 до предельной степени набухания Мпр скорость набухания уменьшается от некоторого максимального значения до 0), что согласуется с результатами эксперимента (рис. 13, 14). Формулу (9) представим как где - скорость набухания в начальный момент времени (степень на бухания равна нулю), Коэффициент набухания К (ч"1), входящий в последнее выражение, может быть определен по кривой скорости набухания (рис. 13, 14) как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс
М Коэффициент набухания характеризует способность материала поглощать влагу и определяется строением зерна пшеницы и ржи и их химическим составом. Его значения представлены в табл. 2.
Разработка математической модели зависимости степени набухания зерен пшеницы и ржи от продолжительности набухания и обработки ультразвуком
Наибольший интерес для практики хлебопечения представляют ферменты амилазного и протеиназного комплекса зерна. Амилолитические ферменты расщепляют крахмал с образованием декстринов и мальтозы, протео-литические - дезагрегируют белковые вещества клейковины до аминокислот, в результате - получается хлеб с липким, заминающимся мякишем, низкого объема, плоской верхней коркой и расплывающийся на поду. Биоактивация зерна сопровождается увеличением активности ферментов.
В современной литературе нет данных о влиянии ультразвука на ферментативный комплекс биоактивированного зерна. Задачей данного исследования явилось определение влияния ультразвуковой обработки на активность амило-литических и протеолитических ферментов пшеницы, ржи и качество хлеба.
Амилолитическую и протеолитическую активность оценивали по методике, приведенной в 2.3. Зерновые культуры предварительно обрабатывали ультразвуком 15 мин при частоте 21 кГц и плотности звуковой энергии 15 кДж/м . Контролем служило зерно, набухавшее в питьевой воде.
Влияние ультразвука на амилолитическую активность ферментативного комплекса зерна показано на рис. 18. В пшенице и ржи, предварительно озвученных, она снижалась на 8,0 % и 5,0 % соответственно по отношению к контрольным образцам пшеницы и ржи.
Параллельно определяли автолитическую активность биоактивированного зерна по числу падения по методике, представленной в подразделе 2.3. Подготовку проб осуществляли следующим образом: после стадии биоактивации зерновые культуры подсушивали в сушильном шкафу при температуре не более 40 С, измельчали на мельнице УЦДМ, просеивали через сито с диаметром отверстий 0,8 мм.
Установлено, что для образцов, предварительно озвученных, число падения было выше на 9,0 % у зерна пшеницы (220 с) и на 4,0 % у зерна ржи (136 с) по сравнению с контролем (для пшеницы - 202 с, для ржи - 131 с) (рис. 19).
Полученные результаты по числу падения подтвердили результаты исследований влияния ультразвука на амилолитическую активность ферментов злаковых культур. В пробах, обработанных ультразвуком, протеолитическая активность составила 0,104 ед/г - для пшеницы и 0,138 ед/г - для ржи, что на 26,0 % и 10,0 % соответственно ниже чем у контрольных образцов (рис. 20). При обработке воды ультразвуком образуются гидроксильные ионы и перекись водорода, а также повышается валентность присутствующих в ней ионов металла, например, кальция и железа. Перекись водорода в растворе с ионами металлов является мощным окислителем для органических соединений, не образующим токсичных продуктов [152]. Окисление активных функциональных групп снижает ферментативную активность зерна. Для изучения влияния озвучивания на показатели качества хлеба из биоактивированного зерна пшеницы тесто готовили влажностью 47,5 % безопарным способом по рецептуре, кг: пшеница (зерно продовольственное) - 100,0 (154,0 - масса биоактивированного зерна пшеницы); дрожжи хлебопекарные прессованные - 2,0; соль поваренная пищевая - 1,5; масло подсолнечное - 2,0. Анализ качества изделий полученных из биоактивированного зерна пшеницы без обработки (контроль) и с обработкой ультразвуком в течение 15 мин, показал, что большую пористость и удельный объем имел хлеб, приготовленный из предварительно озвученного зерна. Эти показатели были на В связи с развитием промышленности, транспорта, широким применением минеральных удобрений возрастает загрязненность окружающей среды и, следовательно, продуктов из злаковых культур. При использовании цельного зерна в хлебопекарном производстве необходима дополнительная очистка его от минеральных примесей, вредителей, микроорганизмов и микоток-синов, в изобилии содержащихся на зерновой оболочке. Кроме того, набухание и прорастание стимулируют активное развитие микроорганизмов.
Разработка математических моделей зависимости вязкости теста от его влажности и дозировки сухой пшеничной клейковины
Производство хлебобулочных изделий сопровождается сложными биохимическими, микробиологическими, коллоидными, структурно-механическими процессами, знание которых позволит организовать эффективный, рациональный технологический цикл. От реологических свойств теста во многом зависит качество продукции. Существенные отклонения от принятых норм скажутся на проведении процесса приготовления полуфабриката, а также на готовом изделии [125]. Тесто, замешанное из биоактивированного зерна пшеницы и других рецептурных компонентов, представляет собой маловязкую, липкую массу, что отражается на качестве готового изделия. Для его повышения можно рекомендовать использование сухой пшеничной клейковины, применение которой требует оценки ее влияния на реологические характеристики полуфабриката. Выявленные закономерности помогут установить предельно допустимые дозировки, которые могут быть расширены благодаря корректировке технологических параметров и приемов. В настоящее время единичны работы, посвященные регулированию реологических свойств зернового теста с улучшителями. Отсутствуют математические модели зависимости структурно-механических свойств полуфабриката из биоактивированного зерна пшеницы от вида, дозировки улучшителя, воздействия технологических факторов, с помощью которых можно спрогнозировать поведение теста и качество хлеба.
Целью исследования явилась разработка математических моделей вязкости теста в зависимости от его влажности и дозировки сухой пшеничной клейковины. Данный подход использован ранее при моделировании структурно-механических свойств полуфабриката из пшеничной муки [126]. Нами предпринята попытка в моделировании свойств зернового теста.
Для достижения поставленной цели были проведены исследования по определению эффективной вязкости полуфабриката из биоактивированного зерна пшеницы после 90 мин его брожения: опыт 1 - при влажности теста от 46 до 49 % (дискретность 1 %); опыт 2 - при дозировке сухой пшеничной клейковины (СПК) от 3 до 6 % (дискретность 1 %).
Исследования проводили на приборе «Реотест-2» при следующих параметрах: температура полуфабриката 28 С, продолжительность брожения 90 мин, скорость сдвига 0,333-3,0 с 1. Тесто готовили ускоренным способом на молочной сыворотке по рецептурам, приведенным в табл. 11. Результаты обрабатывали по формулам (2) и (3) подраздела 2.3.
Первоначально исследовали вязкость теста от его влажности при дозировке сухой пшеничной клейковины 4,5 % (опыт 1).
Полученные зависимости эффективной вязкости т]эф теста от скорости сдвига у при постоянной влажности теста W имеют нелинейный вид (рис. 22), что характерно для большинства видов мучного теста.
Установлено падение вязкости с возрастанием скорости сдвига, причем при повышении скорости сдвига более резкое снижение эффективной вязкости происходит при изменении малых скоростей сдвига. При дальнейшем увеличении скорости сдвига темп уменьшения эффективной вязкости снижается и отмечается плавный переход в область разрушенной структуры (скорость сдвига 3 с 1 и более). Кривые течения теста г = f{f) (рис. 23) имеют вид, характерный для вязко-пластичных твердообразных систем, которые проявляют аномалию вязкости. В логарифмических координатах \щэф-\пу и Inт-In/эти зависимости линеаризуются и экспериментальные данные удовлетворительно ложатся на прямые линии (рис. 24, 25). Это позволяет для математического описания зависимости т]эф = f(y) воспользоваться известным степенным законом Оствальда-де-Виля [147] где В - коэффициент, численно равный эффективной вязкости при скорости сдвига у = \ с"1; f\ - единичная скорость сдвига, с 1; п - индекс течения; m -темп разрушения структуры (m - п -1). Логарифмируя последнее выражение, получим В логарифмических координатах эта зависимость представляет собой прямую линию (рис. 24), не выходящую из начала координат, где коэффициент т численно равен тангенсу угла наклона прямой линии к оси абсцисс в координатах \пг]эф -In/, а коэффициент In В численно равен величине отрезка, который отсекает прямая на оси ординат \пт]эф при значении 1п/ = 0, т. е. при скорости сдвига, равной единице. Совпадение экспериментальных значений с теоретическими (рис. 24, 25) подтверждает предположение о том, что реологические свойства теста для изучаемого диапазона скорости сдвига можно описать степенным уравнением. Анализируя экспериментальные данные (рис. 22) и результаты табл. 12 видно, что при увеличении влажности W эффективная вязкость В при скорости сдвига у = \ с"1 и темп разрушения структуры не остаются постоянными и уменьшаются. Однако эти изменения различны: при увеличении влажности от 46 % до 49 % эффективная вязкость при единичной скорости сдвига В снижается примерно в 1,7 раза, в то время как темп разрушения структуры т изменяется незначительно (примерно в 1,17 раза). Для количественной оценки тесноты связи В = f(w) и т = f(w) были рассчитаны коэффициенты парной корреляции R . Оказалось, что для связи Л =f(w) коэффициент R =-0,988, что говорит о достаточно тесной связи между В и W, т. е. эффективная вязкость В при скорости сдвига у = 1 с"1 зависит от влажности теста. Для связи т = f(w) аналогичный коэффициент равен Rn =-0,150, что говорит о несущественной зависимости темпа разру 87 шения структуры т от влажности теста W, т. е. степень отклонения от ньютоновского течения в выбранном интервале влажности теста не меняется. Это дает основания в дальнейшем использовать среднеарифметическое значение темпа разрушения структуры т = -0,437 (среднеарифметическое значение индекса течения соответственно п = т + \ = 0,563). Зависимость В = f(w) может быть адекватно аппроксимирована линейным уравнением где ао, а.\ - эмпирические коэффициенты, полученные с использованием метода наименьших квадратов, которые соответственно равны а0 = 10700 и ах = -200. Таким образом, уравнение (22), устанавливающее зависимость эффективной вязкости теста от скорости сдвига и влажности теста с учетом выражения (24), запишем в виде которое справедливо для диапазонов 0,33 / 3 с"1 и 46 W 49 % при температуре теста - 28 С, продолжительности брожения - 90 мин, дозировке сухой пшеничной клейковины - 4,5 %. Проверка адекватности выражения (25) проводилась по критерию Фишера. Установлено, что при уровне значимости р = 0,05 уравнение адекватно. Исследовали влияние дозировки сухой пшеничной клейковины на реологические свойства теста влажностью 47,5 % (опыт 2). Зависимость эффективной вязкости г/эф теста от скорости сдвига у (рис. 26), а также кривые течения теста г = f(y) (рис. 27) при постоянной дозировке D сухой пшеничной клейковины имеют также нелинейных характер. В логарифмических координатах экспериментальные данные удовлетворительно ложатся на прямые линии (рис. 28, 29), что позволяет также воспользоваться степенным законом (22).
