Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 13
1.1 Технологические свойства зерна пшеницы 13
1.2. Технология производства хлеба из диспергированного зерна пшеницы 21
1.2.1. История развития технологии производства хлеба из диспергированного зерна пшеницы 22
1.2.2. Очистка от примесей и шелушение зерна пшеницы, как этапы подготовки при производстве хлеба из диспергированного зерна 27
1.2.3. Замачивание, как метод управления технологическими свойствами зерна пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна 32
1.2.4. Диспергирование, как процесс измельчения зерна пшеницы при производстве хлеба 3 8
1.3. Пищевая безопасность при производстве хлеба из диспергированного зерна пшеницы 41
1.4. Заключение 44
Глава 2. Материалы и методы исследования 46
2.1. Материалы исследования 46
2.2. Технический и химический анализ зерна 46
2.3. Методика сухого способа шелушения и определения интенсивности шелушения зерна пшеницы 47
2.4. Методика влажного способа шелушения и определения интенсивности шелушения зерна пшеницы 48
2.5. Методика определения влажности замоченного зерна пшеницы 50
2.6. Методика приготовления экстрактов ферментативного комплекса зерна пшеницы 51
2.7. Методика диспергирования зерна пшеницы 51
2.8. Методика оценки реологических свойств диспергированной массы зерна пшеницы 54
2.9. Оценка хлебопекарных свойств диспергированной зерновой массы 56
Глава 3. Экспериментальная часть 58
3.1. Общие положения 58
3.2. Исследование процесса шелушения зерна пшеницы 60
3.2.1. Исследование сухого способа шелушения 61
3.2.1.1. Влияние исходных показателей качества зерна пшеницы на интенсивность его шелушения 61
3.2.1.2. Влияние интенсивности процесса шелушения зерна пшеницы на состав продуктов шелушения 64
3.2.1.3. Влияние интенсивности шелушения зерна пшеницы на его энергию и способность прорастания 67
3.2.1.4. Влияние степени шелушения зерна пшеницы на качество хлеба из диспергированного зерна 69
3.2.2. Исследование влажного способа шелушения 72
3.2.2.1. Влияние продолжительности процесса шелушения зерна пшеницы на его интенсивность 72
3.2.2.2. Сравнительная характеристика методов шелушения зерна пшеницы для производства хлеба из диспергированного зерна 74
3.2.3. Выводы к разделу 75
3.3. Исследование процесса замачивания зерна пшеницы 76
3.3.1. Влияние показателей качества зерна пшеницы на его кинетику замачивания 76
3.3.2. Влияние температуры воды на кинетику замачивания зерна пшеницы и на показатели качества хлеба из диспергированного зерна 80
3.3.3. Изменение активности ферментативного комплекса зерна пшеницы в процессе замачивания 86
3.3.4. Выводы к разделу 91
3.4. Пищевая безопасность при подготовке зерна пшеницы для производства хлеба из диспергированного зерна 93
3.4.1. Содержание тяжёлых металлов в зерне пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна 93
3.4.2. Микробиологическое состояние зерна пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна 98
3.4.3. Выводы к разделу 100
3.5. Исследование процесса диспергирования зерна пшеницы 102
3.5.1. Влияние показателей качества зерна пшеницы на реологические свойства диспергированной зерновой массы 102
3.5.2. Влияние шелушения зерна пшеницы на реологические свойства диспергированной зерновой массы (ДЗМ) 108
3.5.3. Влияние времени замачивания зерна пшеницы на реологические свойства ДЗМ 110
3.5.4. Влияние температуры воды при замачивании зерна пшеницы на реологические свойства ДЗМ 112
3.5.5. Влияние режимов диспергирования зерна пшеницы на реологические свойства ДЗМ 114
3.5.6. Выводы к разделу 120
Глава 4. Производственная проверка результатов исследований 122
Выводы и рекомендации 126
Список литературы 129
Приложения
- История развития технологии производства хлеба из диспергированного зерна пшеницы
- Методика влажного способа шелушения и определения интенсивности шелушения зерна пшеницы
- Влияние исходных показателей качества зерна пшеницы на интенсивность его шелушения
- Содержание тяжёлых металлов в зерне пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна
История развития технологии производства хлеба из диспергированного зерна пшеницы
Впервые, по данным Микини, способ приготовление хлеба путем превращения целых зерен непосредственно в тесто без предварительного их дробления в муку, возник во Франции в 60-х годах XIX века [66].
Также большие и в широких масштабах работы проводились русским техническим комитетом интенданства. Проводившиеся им работы на протяжении ряда лет (с 70-х годов XIX до начала XX века) были направлены не только на возможно более полное использование всех ценных, питательных веществ зерна, но и на разработку такого способа измельчения его, который позволил бы избежать сложной схемы современного помола.
В 1875 г. А. Зарин предложил способ приготовления хлеба из целого зерна [41]. Предложенный им способ, затем в 1890 г. его усовершенствовал Кареев, заключался в промывке зерна с последующим замачиванием в течение 24-30-ти часов и раздавливании набухших зерен в особом аппарате. Затем из части полученной массы готовили расчин, к которому, по мере брожения добавлялась остальная масса раздавленного зерна, полученное таким образом тесто выпекалось.
О. Гелинк и Т. Зыков также занимались приготовлением зернового хлеба. По имеющимся данным, наиболее совершенным был способ, разработанный О. Гелинком. По этому способу зерно после промывки подвергалось замочке при 5 0-5 5С до тех пор, пока оно сильно не разбухнет и не размягчится на столько, что легко раздавливается и перетирается между пальцами. Затем набухшее зерно раздавливалось в - изобретенной О. Гелинком машине - панификаторе ("тестоделатель"). Закваска готовилась из той же массы набухшего и раздавленного зерна. После этого полученное тесто формировалось и выпекалось. Хлеб, приготовленный по способу О. Гелинка, был ноздреват, приятного запаха и вкуса, но в мякише попадались отдельные целые зерна.
В 1893 г., Военным советом, в военной хлебопекарне г. Вильно было создано опытное производство "зернового" хлеба, на основе большой машины О. Гелинка. При этом производилось опытное довольствие войск виленского гарнизона, причем рацион питания солдат включал, как "зерновой", так и обыкновенный "мучной" хлеб, приготовленный из муки соответствующего выхода. Испытания показали, что солдаты еди зерновой" хлеб охотно и мало отличали его от "мучного" [66].
Одновременно в гигиенической лаборатории Санкт-Петербургской Военно-медицинской академии доктором Г. Гефтлером изучалась усвояемость зернового хлеба [22]. При исследовании анализировались пять технологических схем изготовления хлеба из целого зерна, предложенных разными изобретателями. Они представляли собой одинаково принципиальную схему: очистка зерна, его замачивание с предварительной мойкой или без нее, превращение замоченного зерна в тесто различными способами. Предварительно зерно лущили на обдирной установке (барабан с внутренне шероховатой поверхностью с пробитыми отверстиями), раздавливали на гладких или рифленых вальцах, или растирали, далее добавляли воду к образовавшейся массе и выбраживали. После этого следовала формовка и выпечка. На основании многочисленных исследований Г. Гефтлер делает вывод о том, что усвояемость сухого вещества и белка обычного хлеба несколько выше, чем зернового, что, прежде всего, было связано с недостаточным измельчением набухшей зерновой массы.
В начале XX века во Франции Дегоф и Жорж экспериментировали с изготовлением хлеба из целого зерна [48;49]. Они пришли к заключению, что производство хлеба из целого зерна без предварительного размола в муку было бесперспективным. Хлеб получался низкого качества, был более плотным по сравнению с обычным, слишком пресным, менее вкусным, а также содержал нераздавленные зерна и крупные фрагменты оболочек.
Таким образом, исследования по производству хлеба из целого зерна, без его размола в муку, показали, что основная трудность заключается в более тонком измельчении набухшей зерновой массы и наиболее полное удаление оболочек при шелушении зерна.
Вместе с тем снижение интереса к хлебу из целого зерна было также связано с оценкой пищевой ценности и использования отрубей. В конце XIX начале XX вв. сложилось мнение, что отруби не усваиваются человеческим организмом. В них входят недоступные действию желудочного сока вещества: клетчатка, а также часть белковых и минеральных веществ, прочно сросшиеся с оболочками зерна. Считалось, что отруби не только сами по себе непереваримы, но даже вредны, так как раздражают желудочно-кишечный тракт, способствуют слишком быстрому продвижению пищевых веществ по нему и снижают усвояемость остальных частей хлеба, а также других продуктов при смешанном питании. Согласно современной теории адекватного питания, балластные вещества не являются бесполезным грузом в пищевых продуктах и представляют собой обязательные компоненты сложных и важных физиологических процессов организма. Они играют существенную роль в нормализации деятельности желудочно-кишечного тракта. Установлено, что из большого количества пищевых волокон как растительных, так и другой природы, наиболее глубокое положительное воздействие на общее оздоровление человеческого организма оказывают волокна, содержащиеся в зерновых культурах [19;86]. В 90-х годах XX в. красноярский ученый В.М. Антонов разработал и запатентовал машину для удаления с зерна пшеницы плодовой оболочки. Затем ему удалось преодолеть главную трудность при производстве хлеба из зерна, минуя этап превращения его в муку: создать машину, диспергирующую очищенное и подготовленное в результате замачивания и набухания зерно к дальнейшей обработке. Эта машина обеспечила образование тестовой массы, способной к брожению, как при обычном тестоведении. Все остальные технологические приемы соответствуют традиционному промышленному хлебопечению: замес, брожение, формовка, расстойка и выпечка. В результате была запатентована технология для производства нового сорта - зерновой хлеб с торговой маркой "Тонус" [108].
Методика влажного способа шелушения и определения интенсивности шелушения зерна пшеницы
Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов является приоритетным направлением в развитии науки в отраслях АПК, в частности в зерноперерабатывающей и хлебопекарной промышленности.
Пищевые продукты могут быть источником и носителем большого числа потенциально опасных и токсичных веществ химической и биологической природы, так называемых контаминантов или загрязнителей. Основными загрязнителями зерна пшеницы, как основного сырья при производстве хлеба из диспергированного зерна, являются вредные примеси, токсичные элементы (в состав которых входят тяжелые металлы), микотоксины, пестициды, радионуклиды и некоторые микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности [72; 131]. При использовании эффективного зерноочистительного оборудования и применении современных технологий проблема очистки зерна от вредных примесей достаточно хорошо решаема. Более остро стоит вопрос, связанный с ухудшение экологической обстановки, что приводит к загрязнению пищевого сырья и пищевых продуктов. В наибольшей степени это относится к загрязнению сырья и продуктов питания тяжелыми металлами - свинцом, кадмием, цинком и медью. Свинец и кадмий относятся к группе суперэкотоксикантов - веществам, которые в малых дозах оказывают сильное индуцирующее влияние или ингибирующее действие на ферменты, являющиеся потенциальными мутагенами канцерогенами [117]. Так, например токсичность кадмия заключается в том, что он накапливается в органах и имеет длительный период полувыделения (10-30 лет). Следовательно, употребление даже небольших количеств загрязненных пищевых продуктов в течение длительного периода времени может привести к различным формам кадмиевой интоксикации (среди которых болезнь итай-итай, приводящая к нарушениям функций почек и приводит к размягчению костей). Несмотря на то, что медь и цинк относятся к микроэлементам и им принадлежит важная биологическая роль, все же концентрация ионов этих тяжелых металлов в пищевых продуктах выше предельно допустимых уровней нежелательна. Многими исследователями установлено, что тяжелые металлы попадают в зерно в процессе выращивания [1;36;112;127]. При этом основным источником поставлення контаминантов в зерно признается почва, на которой возделывалась культура. Почва, в отличие от других компонентов окружающей среды (воздуха и воды) является мощным аккумулятором тяжелых металлов и обладает очень слабой самоочищающей способностью, т.е. последствия загрязнения ими почв трудноустранимы. Главными источниками поступления тяжелых металлов в почву являются выхлопные газы автотранспорта, газопылевые выбросы промышленных предприятий и ТЭЦ, их твердые и жидкие отходы, некоторые примеси в минеральных удобрениях и пистицидах, а также применяемые в качестве органических удобрений остатки сточных вод. Данные выводы, подтверждены исследованиями И.Ю. Щегловой [127]. Так, отмечено повышенное содержание свинца в зерне пшеницы, выращенного вблизи автомагистрали (Минское шоссе). Также установлено, что тяжелые металлы неравномерно распределены в зерновке пшеницы. Наибольшая их концентрация находится а зародыше алейроновом слое, т.е. в переферийных анатомических частях зерна [36; 127]. Поэтому, для обеспечения пищевой безопасности хлеба из диспергированного зерна, как конечного продукта, необходимо уделять внимание пищевой безопасности сырья используемого при переработке. Необходимо отметить влияние внутренних факторов производства на безопасность пищевой продукции, которое зависит от технологического процесса производства. В результате этого, процессы могут изменяться в ту или иную сторону, по-разному влияя на безопасность функционирования всей технологической системы. Так, микробиологическое состояние зерновой массы, в отличие от тяжелых металлов, содержание которых в основном зависит от безопасности зерна, может быть сильно подвержено изменению при его очистке и замачивании, при производстве хлеба из диспергированного зерна. По данным Л.А. Трисвятского [119], очистка зерна улучшает его микробиологическое состояние, снижая на 40 % общее количество микроорганизмов на поверхности зерна. В. Эйкстер [146] показал, что при использовании современного зерноочистительного оборудования содержание общего количества микроорганизмов на поверхности зерна пшеницы снижается на 65-75 %. Влияние температуры, влажности и аэрации зерна пшеницы на его состояние микрофлоры исследовалось многими учеными в разное время [53;75;88;89;90]. Однако, необходимы комплексные исследования по изучению влияния температуры, влажности и аэрации на микробиологического состояние зерна пшеницы в процессе его замачивания при производстве хлеба из диспергированного зерна. Так как, по данным В. Эйкстера [146] и др. при увлажнении зерна пшеницы наблюдается активный рост микроорганизмов. При чем их содержание увеличивается практически до величины, соответствующей количеству микроорганизмов на поверхности зерна до его очистке.
Таким образом, хлебобулочные изделия, в том числе хлеб из диспергированного зерна является важнейшим фактором, который определяет здоровье, жизнь и работоспособность человека, поскольку являются основными продуктами питания, т.к. почти 70 % вредных веществ поступает в организм человека с пищей и водой. Поэтому необходимо обеспечивать безопасность технологического процесса, применяемого сырья, оборудования и инвентаря; а также качество готовой продукции на предмет его соответствия санитарным правилам и нормам по безопасности пищевых продуктов.
Влияние исходных показателей качества зерна пшеницы на интенсивность его шелушения
Длительное нахождение зерна в воде и его повышенная влажность при этом, обеспечивает включение пусковых механизмов прорастания, заключающееся в активации биохимических процессов, результат которых отрицательно влияет на качество хлеба. Поэтому были проведены исследования по изучению ферментативной активности зерна пшеницы в процессе его 24-х часового замачивания. В качестве показателей изменений, происходящих в зерне пшеницы, являются: число падения (показатель состояния углеводно-амилазного комплекса), количество и качество клейковины (белково-протеиназного комплекса). Измерения осуществлялись после 3-х; 5-й; 7-й; 17-и; 24-х; 36-и и 48-и часов замачивания (см. табл.3.3.4а), а так же после 7-й; 17-и и 24-х часов замачивания (см. табл.3.3.46). Данные временные интервалы были взяты на основании исследований представленных в главе 3.3.1, что соответствует трём стадиям поглощения воды зерновкой. Подготовка проб осуществлялась по методике описанной в главе 2.5.
Анализируя данные таблиц 3.3.4а и 3.3.46 можно сделать вывод о том, что изменения, определенные стандартными методами, в белково-протеиназном и углеводно-амилазном комплексах, можно зафиксировать только после 24-х часового замачивания. Однако, данные результаты могут говорить о том, что применяемые методы исследований не позволяют установить значимых изменений этих показателей биохимических свойств зерна на ранних этапах процесса замачивания, что может быть объяснено недостаточной разрешающей способностью данных макрометодов. В связи с чем, для выявления биохимических изменений в зерне пшеницы при замачивании были использованы методы определения содержания белка по Лоури и активности амилаз по йодной пробе на растворимом крахмале, которые являются более чувствительными.
Определение активности амилаз осуществляли по изменению количества расщепленного крахмала (фотоколориметрический метод с использованием фотометра КФ-77) в зерне. На рис.3.3.7 показано влияние 17-ти часового замачивания на активность амилаз в зерне пшеницы. Из которого видно, что начальная скорость расщепления крахмала, которая фиксировалась по изменению его концентрации (АСкр), оцениваемая тангенсом угла наклона (Ау/Ат), при этом видно, что активность амилаз в замоченной пробе больше в 1,7 раза по сравнению с активностью в исходном зерне.
Действие ферментов продолжается и при приготовлении хлеба [55;57]. Поэтому определяли содержание водорастворимой фракции крахмала в мякише колобка по йодной пробе. При этом ко л обковую выпечку проводили с предварительным термостатированием (+tC) при температуре 35С в течении Ічаса (расстойка) и без него. Результаты представлены на рисунке 3.3.8. Анализируя рис. 3.3.8 видно, что в мякише колобка, приготовленного из замоченного зерна без термостатирования на 3 % увеличивается содержание водорастворимой фракции крахмала по сравнению с её содержанием в мякише колобка из исходного зерна без термостатирования. Сравнивая содержание водорастворимой фракции крахмала в мякише колобков приготовленных при термостатировании из исходного и замоченного зерна пшеницы, видно увеличение на 18 % этой фракции в замоченном зерне. При этом содержание водорастворимой фракции крахмала в мякише колобка приготовленного из термостатированого исходного зерна в сравнении с её содержанием в мякише колобка, приготовленного из замоченного зерна без термостатирования практически одинаковое.
Процесс замачивания зерна пшеницы характеризуется приростом влагосодержания (Y) во времени (X) и может быть описан степенной функцией вида: Y=a-Xb. При этом, можно отметить три стадии интенсивности поглощения воды: 1 стадия - до 7-ми часов замачивания - имеет криволинейный характер; 2 стадия - от 7-ми до 17-ти часов - характеризуется относительно стабильной скоростью изменения влажности во времени; 3 стадия - от 17-ти до 24-х часов -характеризуется несущественным изменением влажности в этом интервале. Исходные показатели качества зерна пшеницы оказывают менее существенное влияние на характер кривой кинетики замачивания, чем параметры процесса -степень шелушения и температура воды при замачивании; 2. Установлена обратная зависимость водопоглотительной способности зерна пшеницы при замачивании от его количественного содержания сырой клейковины, влажности, общей стекловидности и натуры; 3. Шелушение зерна в исследуемом диапазоне (до 6-ти % снятых оболочек) приводит к увеличению интенсивности водопоглощения, при чём интенсивность прямопропорциональна степени шелушения.
Содержание тяжёлых металлов в зерне пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна
Наборы ножей и матриц при указанных вариантах диспергирования соответствуют параметрам рабочего органа диспергатора, которые приведены в таблице 3.5.8. Данные по производительности диспергатора и затратам электроэнергии при диспергировании зерна пшеницы представлены в таблице 4.3.
Параметры замеса, созревания теста, разделки, окончательной расстойки тестовых заготовок и выпечки хлеба были одинаковы при приготовлениии всех проб хлеба. Качество хлеба из диспергированного зерна пшеницы оценивалось через 16-18 ч после выпечки по физико-химическим показателям, предусмотренным ГОСТ, а также проводили органолептическую оценку. Результаты выпечек представлены в таблице 4.4. Сравнительный анализ приготовленного хлеба при разных вариантах диспергирования показал, что физико-химические и органолептические показатели качества исследуемых образцов были близки. Однако, хлеб, приготовленный при первом варианте диспергирования по внешему виду, вкусовым качествам, состоянию мякиша, а также по показателям пористости, удельного объёма и формоустойчивости был лучше, чем другие пробы хлеба. 125 В результате производственной выработки хлеба из диспергированного зерна пшеницы было отмечено, что: - хлеб, массой 0,3 кг, приготовленный из диспергированного зерна пшеницы, соответствовал требованиям к показателям качества хлебобулочных изделий, регламентированным в ТУ 9115-029-02068631-96 "Хлеб и булки "Древнерусские""; - при первом варианте диспергирования расход электроэнергиии на измельчение зерна пшеницы в 1,3-1,6 раза ниже, чем при других вариантах, при увеличении производительности диспергатора до 30 %. - по физико-химическим и органолептическим показателям образцы хлеба приготовленные из диспергированного зерна пшеницы при разных вариантах измельчения имели близкие значения. Однако, по внешнему виду, а также по показателям пористости, удельного объёма и формоуетойчивости хлеб, приготовленный при первом варианте диспергирования, были лучше, чем при других вариантах. - производство хлеба из диспергированного зерна пшеницы, особенно с применением рекомендуемых режимов измельчения, позволяет уменьшить трудозатраты на выработку хлеба путем снижения его себестоимости за счет в отсутствии необходимости производства муки, тем самым эффективнее использовать производственные площади. Расчеты и основные технико-экономические показатели работы пекарни приведены в приложении 3. Себестоимость хлеба из диспергированного зерна пшеницы составила 9 686 руб. за тонну (в ценах 2002 г). 1. Шелушение, как этап подготовки зерна пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна положительно влияет на качество хлеба. При этом сухой способ шелушения является наиболее предпочтительным, так как влажный способ является менее энергоемким и экономичным Масса снятых оболочек при шелушении зерна пшеницы не должно превышать 5-6 %. 2. Достижение технологической (т.е. при которой возможно измельчение) величины влажности зерна пшеницы происходит во времени, которое зависит от свойств зерна, степени шелушения и температуры воды при замачивании и составляет не менее 12-ти часов при 20С температуре воды при замачивании. 3. Исследованием установлено, что замачивание зерна пшеницы в течениии 24-х часов характеризуется включением пусковых механизмов прорастания. При этом наблюдается постепенное увеличение активности ферментативного комплекса зерна пшеницы. Наиболее резкие и существенные изменения в зерне происходят после 24-х часов замачивания. Ферментативная активность зерна пшеницы прошедшего замачивание существенно проявляется в процессе тестоведения диспергированной зерновой массы; 4. При фиксировании изменения активности амилолитических и протеолитических ферментов зерна пшеницы на ранних стадиях замачивания необходимо применять более чувствительные методы, чем определение числа падения, количества и качества клейковины. Такими методами могут быть определение содержания белка по Лоури и активности амилаз по йодной пробе на растворимом крахмале; 5. Технология подготовки зерна пшеницы при производстве хлеба из диспергированного зерна не приводит к ухудшению микробиологического состояния зерна. Однако установлено, что шелушение зерна приводит к снижению общей обсеменнёности (КМАФАнМ). При этом после 12-ти часового замачивания при температуре воды 40С наблюдается рост молочнокислых бактерий при снижении КМАФАнМ. Использование неочищенного зерна и увеличение продолжительности замачивания до 48-ми часов приводит к увеличению колоний образующих единиц плесневых грибов больше ПДУ в 8 раз. Анализ общего санитарного состояния (бактерии группы кишечных палочек-БГКП (колиформы)) процессов подготовки при производстве хлеба из диспергированного зерна пшеницы показал, что колиформы не обнаруживались при соблюдении норм санитарии и гигиены. При этом, процессы связанные с очисткой и шелушением зерна необходимо проводить в отдельном помещении от процессов тестоведения и выпечки.
Похожие диссертации на Совершенствование технологии диспергирования зерна для производства хлебобулочных изделий
