Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы
1.1. Пищевая ценность хлеба 9
1.2 Характеристика зерна пшеницы 16
1.3. Анализ основных направлений повышения пищевой ценности хлеба путем использования морфологических частей зерна 25
1.4. Заключение по обзору литературы и задачи исследования 47
2. Результаты исследований
2.1. Объекты и методы исследований 50
2.2 Исследование этапа подготовки зерна пшеницы к диспергированию
2.2.1. Разработка способа подготовки зерна пшеницы к диспергированию 58
2.2.2. Изменение показателей качества зерна пшеницы на этапе подготовки к диспергированию 60
2.2.3. Исследование микрофлоры зерна пшеницы 73
2.2.4. Влияние состава среды замачивания на биохимические свойства зерна пшеницы 76
2.2.5. Определение оптимальных значений факторов, влияющих на процесс подготовки зерна пшеницы к диспергированию 89
2.3. Исследование процесса приготовления теста и хлеба из диспергированного зерна пшеницы 95
2.3.1. Влияние качества зерна пшеницы на органолептические и физико-химические показатели хлеба 96
2.3.2. Оценка безопасности зерна пшеницы и хлеба из диспергированного зерна з
2.3.3. Влияние соотношения рецептурных компонентов на свойства теста и качество хлеба из диспергированного зерна 103
2.3.4. Определение оптимальных значений соотношения рецептурных компонентов 125
2.4. Разработка технологии хлеба из диспергированного зерна пшеницы с добавлением закваски 130
2.4.1. Разработка рецептуры и режимов приготовления закваски из диспергированного зерна пшеницы 130
2.4.2. Влияние закваски на свойства теста и качество хлеба 136
2.5. Исследование влияния сухой клейковины на ход процесса брожения теста и качество хлеба 142
2.6 Исследование динамики развития болезней хлеба из диспергированного зерна пшеницы 146
2.7. Определение пищевой и энергетической ценности хлеба из диспергированного зерна пшеницы 149
2.8. Промышленная апробация результатов исследований 151
3. Экономическая эффективность 155
Общие выводы и рекомендации 167
Список использованных источников 169
Приложения
- Анализ основных направлений повышения пищевой ценности хлеба путем использования морфологических частей зерна
- Заключение по обзору литературы и задачи исследования
- Изменение показателей качества зерна пшеницы на этапе подготовки к диспергированию
- Исследование влияния сухой клейковины на ход процесса брожения теста и качество хлеба
Анализ основных направлений повышения пищевой ценности хлеба путем использования морфологических частей зерна
Пшеница - одна из важнейших злаковых культур. Среди ученых нет единого мнения относительно места и времени происхождения пшеницы, так же как и о том, где она была впервые возделана, но одно твердо установлено, что пшеница играла такую важную роль в земледелии Римской империи, что последнняя часто упоминалась как «пшеничная» империя.
Пшеница широко распространилась по всему земному шару, легко приспосабливаясь к различным почвенно-климатическим условиям. Можно наметить несколько крупных центров производства пшеницы. Первый из них расположен в Европейской части России, Западной Сибири и Казахстане. Второй центр производства пшеницы находится в Северной Америке (Соединенные Штаты и Канада). Третий - в Южной Америке (Аргентина). Эти страны и являются важнейшими экспортерами пшеницы на Европейский рынок, так как посевы пшеницы в Западной Европе малы, а качество зерна низкое и не может удовлетворить зерноперерабатывающую и хлебопекарную промышленность [22].
В России пшеницу в основном перерабатывают в муку и крупу. Помимо этого, пшеница является сырьем для производства солода и пива. Пшеница относится к роду Triticum. В пределах рода пшеницы наблюдается большое многообразие по морфологическим и биологическим особенностям. П.М. Жуковским выделено около 20 видов рода Triticum. Производственное значение имеют два вида пшеницы - мягкая (Triticum aestivum vul-gare) и твердая (Triticum durum). Наибольшее распространение в России имеет мягкая пшеница. На ее долю приходится около 90% всех посевов пшеницы. Известно около 4000 сортов этого вида, отличающихся по ботаническим, физиологическим, биохимическим признакам и мукомольным свойствам [22].
Зерно пшеницы представляет собой организм с анатомически различающимися частями, химические вещества в которых распределены неравномерно, Многочисленными работами установлено, что химический состав зерна пшеницы не постоянен, зависит от условий культивирования и от сорта [22, 65, 79, 88].
Зерновка пшеницы состоит из плодовой и семенной оболочек, алейронового слоя, эндосперма и зародыша. По данным Роменского Н.В. [22], в зерне пшеницы содержание эндосперма колеблется в пределах 78,73-84,3%, зародыша со щитком 2,5-4,22 %, алейронового слоя 5,21-7,56 %, оболочек 7,51-11,17%.
Все сорта мягкой пшеницы по хлебопекарному достоинству подразделяются на три группы - сильную, слабую и среднюю. Главным фактором, от которого зависит сила пшеницы и ее хлебопекарное качество является бел-ково-протеиназный комплекс [12, 65, 71, 72, 81, 86, 87 ]. В связи с этим, особое внимание уделяется составу и свойствам белка пшеницы. Содержание белка в пшенице колеблется от 9,2 до 25,8 % [22, 23, 72, 156] и зависит главным образом от условий внешней среды в период созревания, типа и разновидности пшеницы. По анатомическим частям зерновки фракции белковых веществ распределены неравномерно. Наиболее богат белками алейроновый слой и зародыш.
Пшеничный зародыш и щиток вместе составляют около 2 - 4,22% веса зерна и содержат 17-27% белка [22, 72]. Альбумины и глобулины составляют главную часть белков зародыша и алейронового слоя. По данным Казакова Е.Д. и Кретовича В.Л. [72] альбуминовой фракции в белке пшеницы содержится 20-22%, глобулиновой 5-6%. По другим данным на долю альбуминов приходится 5,7-11,55%, глобулинов 5,7-10,8% от общего количества белка. Сумма глобулинов и альбуминов составляет 22% от общего количества белка [12],
Глиадин и глютенин мучнистого эндосперма называются клейковин-ными белками, поскольку именно они являются основными компонентами отмываемой клейковины из пшеничного теста. Содержание глиадина и глю-тенина составляет 74% от всей массы белковых веществ. Глиадин и глюте-нин сосредоточены главным образом в белке эндосперма зерна. Достоверно установлено, что содержание глиадиновой фракции (43,02%) несколько выше, чем глютениновой (39,1%) [72]. По данным Княгиничева М.И. содержание глиадина в алейроновом слое 5,85% , а в зародыше 13,6-15,64% (от общего азота) [22]. Khan К. и Buschuk W. установили, что чем больше глютениновой фракции в белке, а в ней глютенина II, тем сильнее может быть мука [72].
Качество и биологическая активность белка в значительной степени определяется количеством и соотношением входящих в него аминокислот [40]. По данным Hepburn F.N., Calhoun W.K., Bradley W.B. и других исследователей в составе белков зерна пшеницы определены 18 аминокислот, среди которых отмечены незаменимые аминокислоты, в том числе высоким содержанием выделяются лейцин, валин, фенилаланин (соответственно 6,52 r/16N; 4,69 r/16N; 4,43 r/16N). В тоже время можно отметить невысокое содержание лизина, треонина, триптофана и метионина (соответственно 2,67r/16N; 2,76r/16N; 1,13 r/16N и 1,74 r/16N). Дефицит указанных аминокислот возрастает со снижением выхода муки [214].
Данные, опубликованные рядом исследователей, указывают на общее единообразие в содержании аминокислот в белках пшеницы разных сортов. Однако количество некоторых аминокислот может варьировать в зависимости от содержания белка. Price S.A., Лоуренс и др. показали, что лизин и аргинин имеют тенденцию увеличиваться по мере снижения содержания белка и установили существование обратной связи между лизином и содержанием белка, причем эта связь была статистически достоверной, если содержание белка было ниже 13,5% [156]. Стойкие различия в содержании аминокислот в зависимости от содержания белка также были доказаны для глю-таминовой кислоты, пролина и фенилаланина, количество которых снижается при снижении содержания белка [15, 72].
Заключение по обзору литературы и задачи исследования
Параметрами, определяющими режим подготовки зерна, являются температура, продолжительность увлажнения и состав среды замачивания. Для выявления параметров процесса подготовки зерна пшеницы к диспергированию и установления его общих закономерностей было исследовано влияние длительности подготовки зерна пщеницы, температуры и состава замочной воды на влажность, кислотность, содержание клейковины и ее качество, содержание белка, автолитическую активность, содержание Сахаров и крахмала.
Предварительными экспериментами было установлено, что область варьирования для температуры замочной воды может быть принята от 15 до 30 С. При температуре замочной воды ниже 15 С значительно возрастает продолжительность подготовки зерна, так как поглощение воды и развитие биохимических процессов в зерне идет медленно. При температуре свыше 30 С скорость биохимических процессов, происходящих при подготовке зерна, возрастает, что приводит к прорастанию зерна и ухудшению его хлебопекарных свойств даже при невысокой влажности, а также происходит обильное развитие посторонней микрофлоры.
Длительность подготовки зерна составляла от 15 до 27 часов. При длительности подготовки зерна менее 15 часов степень набухания зерна была недостаточной, зерно плохо подвергалось диспергированию. При длительности подготовки зерна более 27 часов влажность зерна практически больше не изменялась, но происходило значительное ухудшение хлебопекарных свойств. Изменение влажности зерна пшеницы в процессе подготовки Зерно - живой организм и все процессы, происходящие в живых организмах, присущи и зерну - дыхание, обмен с окружающей средой, распад одних и синтез других веществ. Сухое зерно находится в состоянии анабио 61 за. Повышение влагосодержания и температуры в зерне ведет к проявлению физиологической активности. По мнению Кретовича В.Л., повышение влажности зерна свыше 15% приводит к изменению структурно-механических и биохимических свойств зерна. Степень поглощения и ассимиляции тканями зерна воды зависит от количества добавляемой воды, сорбционной способности тканей зерна, температуры процесса и длительности обработки [30, 41, 42, 59, 60, 68, 225]]
В работе проведены исследования кинетики изменения влажности зерна пшеницы (W/x). Зерно увлажняли при температуре замочной воды 15, 20, 25 и 30 С. Продолжительность подготовки зерна изменяли от 15 до 27 часов. Пробы отбирали каждые 3 часа подготовки зерна.
Результаты влияния длительности подготовки зерна и температуры воды на скорость изменения влажности зерна представлены на рисунке 2.3.
Известно, что нешелушеное биологически активное зерно пшеницы поглощает воду в основном через ткани зародыша и в меньшей степени через остальную поверхность зерна. В результате вода диффундирует в тело зерновки. С повышением температуры замочной воды нарастание влажности происходит интенсивнее. Это объясняется интенсификацией процесса проникновения влаги в зерно, так как ускоряется процесс набухания органических коллоидов, протеинов, крахмала, гемицеллюлоз [59,60].
Анализ экспериментальных данных позволяет выделить три периода изменения влажности зерна.
В первые часы подготовки при всех температурных режимах происходит резкое увеличение влажности сухого зерна, что связано с интенсивной гидратацией в первую очередь, зародыша, а также тканей плодовой и семенной оболочек и алейронового слоя. Этот период соответствует продолжительности подготовки 0-3 часов и характеризуется скачкообразным возрастанием влажности зерна при всех температурных режимах, при этом повышение температуры замочной воды ускоряет скорость поглощения влаги зерном.
Так, влажность зерна, замоченного при температуре 20 С, через 3 часа увеличивается на 16,4%, а при температуре 30 С - на 21,3%. В этом периоде неравномерное распределение влаги по сечению зерна приводит к возникновению в зерновке напряжений.
Во втором периоде в интервале 3-15 часов скорость поглощения влаги зерном несколько снижается. Очевидно, связано это с тем, что поглощение влаги эндоспермом сдерживается набухшими оболочками и периферийными слоями зерна. Как известно, компоненты алейронового слоя обладают значительной влагопоглощающей способностью и в набухшем состоянии заклинивают микрокапилляры эндосперма, что затрудняет поглощение им воды. Во BTором, периоде возникшие в теле зерновки напряжения достигают закритичных значений, эндосперм раскалывается микротрещинами. Влага быстро перемещается по микротрещинам внутрь эндосперма. Большое количество влаги в зерне приводит к интенсивному развитию биохимических процессов [60, 68, 225].
В третьем периоде происходит постепенное распределение влаги по анатомическим частям зерна в равновесном соотношении в соответствии с их структурными особенностями и термодинамическими характеристиками влагопереноса. Макромолекулы белков и углеводов постепенно принимают равновесную конформацию, в связи с чем напряжения в зерновке постепенно релаксируются. Нарастание влажности замедляется [68, 60].
Характер изменения влажности при всех температурных режимах одинаков, то есть с увеличением длительности подготовки скорость изменения влажности снижается.
Таким образом, при подготовке зерна в течение 27 часов влажность зерна при разных температурных режимах достигает 35,1 - 42,3%.
При длительности подготовки менее 18 часов происходит недостаточное набухание периферийных и внутренних частей зерна, особенно при температуре 15 С - влажность зерна достигает лишь 34,2%. При длительности подготовки зерна более 24 часов увеличение влажности идет незначительно, что очевидно связано с достижением насыщения. Более длительная подготовка нецелесообразна, так как вода активно включается в обмен веществ клеток тканей зерновки, и это ведет к значительному прорастанию зерна. Кроме того, в результате проведенных исследований установлено, что изменение продолжительности увлажнения зерна может варьировать на величину 2-3 часа. При этом общая экспозиция подготовки должна составлять 18-24 часа. Изменение кислотности зерна пшеницы в процессе подготовки Кислотность зерна является важным показателем качества. Кислотность зависит от: количества белков, содержащих карбоксильные группы, связывающие щелочь; от наличия жирных кислот, освобождающихся в результате расщепления жиров; от содержания фосфорной кислоты и ее соединений; от наличия уксусной, молочной, яблочной и других органических кислот [79,80].
Изменение показателей качества зерна пшеницы на этапе подготовки к диспергированию
Очевидно, интенсифицирующийся процесс ферментативного распада крахмала опережает потерю Сахаров, используемых при дыхании зерна и формировании ростка.
Тем не менее, за весь период подготовки количество восстанавливающих Сахаров так и не достигает первоначального значения и снижается при замачивании в воде на 8,5%, в растворе уксусной кислоты - 12,5%.
Полученные данные согласуются с исследованиями, проведенными Е,Д.Казаковым, В.Л.Кретовичем, К.Тойфелем и рядом авторов [20, 71, 72, 156, 171].
Таким образом, в результате проведенных исследований, было установлено, что процесс накопления Сахаров активизируется только после 18 часов подготовки зерна. При менее длительном периоде подготовки зерна (12-15 часов) содержание как сахарозы, так и восстанавливающих Сахаров самое низкое и не обеспечит требуемую интенсивность газообразования при брожении теста.
Многочисленными исследованиями установлено, что в нормальном зерне пшеницы находится только один амнлолитический фермент - р-амилаза. При увлажнении зерна происходит активизация ферментного комплекса зерна, при этом активность приобретает ос-амилаза. Действие обеих амилаз лимитировано состоянием крахмала - на нативный крахмал амилазы действует с трудом. С повышением влажности зерна структура эндосперма изменяется соответственно изменяется структура крахмальных зерен они набухают и увеличиваются в размерах в результате атакуемость крахмала амилазами возрастает [71 72 80 174, 186,194,200,209].
Для изучения степени изменения содержания крахмала при увлажнении исследования проводили при замачивании зерна пшеницы в воде и в воде с добавлением 0,2% уксусной кислоты в течение 0-24 часов, при температуре 20 С.
По результатам исследований, представленных в таблице 2.8, установили, что с увеличением длительности подготовки и влажности замоченного зерна, наблюдалось снижение содержания крахмала как при замачивании в воде, так и при замачивании в уксусной кислоте.
Основными причинами снижения количественного содержания крахмала является гидролиз крахмала под действием ферментов до Сахаров и декстринов [203]. Некоторое запаздывание уменьшения содержания крахмала при замачивании в уксусной кислоте, вероятно, объясняется частичной инактивацией ферментов под действием уксусной кислоты.
Б.Л.Дронзек, П. Хванг, В.Бушук при помощи светового и сканирующего электронного микроскопа изучали изменение гранул крахмала при прорастании твердозерной пшеницы сорта Маниту. На второй день прорастания были обнаружены разрушенные крупные чечевицеобразные гранулы крахмала вблизи алейронового слоя. Через восемь дней прорастания не только крупные, но и мелкие сферические гранулы были повреждены, причем степень повреждения крупных гранул была выше, чем мелких, что объясняется различиями в структуре крахмальных гранул [207].
Таким образом, содержание крахмала по сравнению с исходным зерном при замачивании в воде снизилось на 4,74%, а при замачивании в воде с добавлением уксусной кислоты - на 3,78%,
Сбраживаемые сахара, содержащиеся в зерне, несомненно, обусловливают интенсивность спиртового брожения. Однако количества именно этих Сахаров недостаточно для длительного брожения. Как известно, расход сахароз на брожение теста составляет 1,5-3,0% к массе муки, поэтому сахара, перешедшие в тесто с зерновой массой, сбраживаются в первый час брожения. Кроме того, присутствие сахара необходимо для нормального протекания в процессе выпечки реакции меланоидинообразования, в результате которой формируется приятный вкус, запах и окраска корки. Для нормального протекания процессов, обусловливающих получение хлеба хорошего качества, необходимо наличие в тесте 5-5,5% сахара [12, 51, 80, 102, 186]. Поэтому сахарообразующая способность зерна, обеспечивающая необходимое количество Сахаров для процесса приготовления хлеба, является важным фактором.
Нами исследовано изменение сахарообразующей способности зерна пшеницы при его увлажнении в течение 0-24 часов в водопроводной воде и в воде с добавлением 0,2% уксусной кислоты.
По результатам, представленным в таблице 2.9, видно, что с первых же часов подготовки сахарообразующая способность, характеризующаяся количеством мг мальтозы, возрастала как при замачивании зерна в воде, так и при замачивании его в воде с добавлением уксусной кислоты и продолжала увеличиваться в течение всего исследуемого периода. Очевидно, при поглощении зерном влаги, начинается гидролиз крахмала. Под действием ос-амилазы молекула крахмала расщепляется на крупные осколки, происходит образование низкомолекулярных декстринов и сбраживаемых Сахаров, в основном мальтозы, р-амилаза, действуя на крахмал и родственные полисахариды, образует путем инверсии мальтозу.
Исследование влияния сухой клейковины на ход процесса брожения теста и качество хлеба
Анализ кривых показывает, что процесс брожения всех проб теста в исследуемый период времени состоит из одной стадии и кривая скорости газообразования характеризуется одним максимальным значением.
Общая направленность скорости газообразования у всех проб одинакова: сначала она возрастает до максимума, затем снижается и необратимо падает. Причины замедления, а потом и прекращения спиртового брожения в тесте связаны с исчерпанием основной массы сбраживаемых Сахаров и с накоплением продуктов брожения, отрицательно влияющих на жизнедеятельность дрожжей.
Увеличение доли пшеничной муки в тесте на 10% приводило к возрастанию экстремума скорости газообразования теста (с1159 см /(ч-кг) у контрольного образца до 1303 см3/(ч-кг) у пробы с добавлением 10% пшеничной муки). Внесение 15% пшеничной муки в зерновое тесто повышало экстремум скорости газообразования до 1400 см3/(ч-кг),что на 241 см /(ч кг) выше, чем у контроля,
Еще больше возрастал экстремум скорости газообразования при внесении 20 и 25% пшеничной муки взамен зерновой массы. При этом характер кривой изменялся и явно был выражен пик скорости газообразования, составляющий соответственно 1489 см3/(ч-кг) и 1526 см3/(ч-кг).
Таким образом, внесение пшеничной муки 1 сорта в количестве от 10 до 25% влияло на характер кривой скорости газообразования в процессе брожения теста, не изменяя ее общей направленности, повышая одновременно значение этого показателя.
В отличие от общей направленности, динамика скорости газообразования, то есть ход ее развития под воздействием внутренних и внешних факторов, у разных проб теста неодинакова.
Так, у контрольной пробы максимальная скорость газообразования приходилась на период, соответствующий 100 минутам брожения теста.
Добавление 5% пшеничной муки приводило к ускорению наступления максимального значения скорости газообразования до 70 минут у пробы с 10% пшеничной муки. Стадия брожения теста сокращалась на 20-30 минут. Внесение 15% пшеничной муки в зерновое тесто сокращало наступление максимума по сравнению с контролем на 30-40 минут. Еще больше сокращалась время наступления максимума скорости газообразования при внесении 20 и 25% пшеничной муки взамен зерновой массы и составляло 60 минут.
При проведении исследований по окончании брожения теста проводили обминку, соответствующую разделке теста, и далее определяли динамику скорости газообразования теста в процессе расстойки (рисунок 2.10.),
Следует отметить, что после обминки, во всех пробах значения скорости газообразования были выше, чем за такой же промежуток времени в начале брожения теста. Так, через 15 минут брожения теста после обминки, скорость газообразования у контроля составила 1188 см /(ч-кг), а у пробы 2 с добавлением 15% пшеничной муки - 1418 см3 / (ч-кг), у пробы 5 с добавлением 25% МУКИ -1530 см3УТч-кг") Вероятно это обусловлено Характер кривой скорости газообразования у всех проб был одинаков и процесс расстойки характеризовался достижением одного экстремума. Затем кривая скорости газообразования необратимо снижалась, очевидно, из-за исчерпания всей массы сбраживаемых Сахаров. Так же как и на этапе брожения, увеличение доли пшеничной муки в тесте приводило к повышению значений скорости газообразования,
У контрольного образца максимум скорости газообразования, равный 1242 см /(ч-кг) приходился на 45 минут расстойки теста, а у образца с добавлением 15% муки - на 60 минут расстойки теста со скоростью газообразования 1495 см3/(ч-кг). С увеличением доли пшеничной муки в тесте время наступления максимального значения скорости газообразования увеличивалось и у образца с 25% пшеничной муки составило 70 минут при скорости газообразования 1630 см3/(ч-кг).
Вероятно, добавление пшеничной муки в зерновое тесто, делало его более эластичным, легче растягивающимся и удерживающим пузырьки образующегося углекислого газа, что и приводило к удлиннению расстойки.
Таким образом, окончание расстойки, соответствующее максимуму скорости газообразования, по мере увеличения доли вносимой муки, отодвигалось во времени.
Влияние продолжительности брожения теста на качество хлеба анализировали по схеме, предложенной в работе [16].
Через каждые 30 минут брожения теста отбирали куски теста массой 350 грамм, проводили расстойку. Окончание расстойки определяли органолептически. После окончания расстойки выпекали хлеб в лабораторной печи при температуре 230 С в течение 40 минут. Через 4 часа после выпечки проводили анализ хлеба.
Полученные результаты для контрольной пробы и пробы с добавлением 15% муки показаны на рисунках 2.11 и 2.12.
Анализ качества готового хлеба (контрольная проба) показал, что удельный объем хлеба хорошо коррелировал со скоростью газообразования. Так, при брожении контрольной пробы теста в течение 80 минут со скоростью газообразования 1152 см3/(ч-кг), удельный объем составил 1,60 см3/г, при брожении в течение 60 минут со скоростью газообразования 1124 см3/(ч-кг) удельный объем уменьшался и составил 1,55 см3/г, а при брожении этого же теста в течение 20 минут со скоростью газообразования 1050 см3/(ч-кг)-всего 1,36 см3/г.
