Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 9
1.1 Перспективные направления в области производства хлебобулочных изделий 9
1.1.1 Витаминное и минеральное обогащение хлебобулочных изделий 9
1.1.2 Добавки-улучшители и биологически активные добавки, используемые в производстве хлебобулочных изделий 17
1.2 Метод механохимической активации - перспективный метод регулирования свойств растительного сырья 35
2 Методическая часть 40
2.1 Методы исследования химического состава семян чечевицы 40
2.2 Методы исследования основных показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции хлебопекарного производства 43
2.3 Методика проведения экспериментов 45
3 Экспериментальная часть 50
3.1 Обоснование выбора семян чечевицы для получения белково-витаминно-минеральной добавки к хлебобулочным изделиям 50
3.2 Исследование влияния механохимической активации на технологические свойства семян чечевицы 55
3.3 Влияние БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства муки и реологические свойства теста 61
3.4 Исследование влияния БАД из семян чечевицы на газообразующую способность муки 64
3.5 Исследование влияния БАД из семян чечевицы на качество хлеба 68
3.6 Исследование влияния БАД из семян чечевицы на активацию прессованных дрожжей 73
3.7 Исследование влияния способа приготовления теста и способа внесения БАД из семян чечевицы на качество муки 79
3.8 Разработка рецептуры и исследование пищевой ценности хлебобулочных изделий с внесением БАД из семян чечевицы 90
4 Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений 96
Выводы и рекомендации 99
Список используемой литературы 101
Приложения 120
- Добавки-улучшители и биологически активные добавки, используемые в производстве хлебобулочных изделий
- Методы исследования основных показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции хлебопекарного производства
- Исследование влияния механохимической активации на технологические свойства семян чечевицы
- Разработка рецептуры и исследование пищевой ценности хлебобулочных изделий с внесением БАД из семян чечевицы
Введение к работе
Основные негативные тенденции в современном питании связаны с устойчивым дефицитом поступающих с пищей жизненно важных ингредиентов, что рассматривается сегодня, как первопричина типичных болезней цивилизации.
Создание и активное внедрение в структуру питания продуктов массового потребления, к которым относятся хлебобулочные изделия, полезных для здоровья, благодаря наличию в составе физиологически функциональных ингредиентов (функциональных пищевых продуктов), является приоритетным направлением развития пищевой отрасли.
Ассортимент отечественной продукции функционального назначения сегодня минимален и нуждается в кардинальном расширении. Среди продуктов питания особого внимания заслуживают хлебобулочные изделия.
Основными критериями функциональности хлебобулочных изделий является наличие в их составе незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных элементов, пищевых волокон и других ингредиентов.
В связи с этим создание новых видов хлебобулочных изделий, содержащих в физиологически значимых количествах незаменимые минорные нутриенты, является актуальным в комплексе мероприятий по формированию пищевых рационов, обеспечивающих коррекцию микронутриентного дефицита с целью улучшения состояния здоровья потребителя и профилактики алиментарно-зависимых заболеваний.
Перспективным растительным сырьем для создания биологически активных добавок к хлебобулочным изделиям являются семена бобовых растений, богатые функциональными ингредиентами, такими, как белки,
незаменимые аминокислоты, пищевые волокна, макро- и микроэлементы, а также витамины.
Официальным подтверждением актуальности исследования является выполнение его в 2003-2004 г.г. в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по технологии живых систем», № Госрегистрации 1200004210.
Целью работы являлась разработка и оценка потребительских свойств
(j. хлебобулочных изделий, обогащенных растительной БАД на основе семян
чечевицы.
Основные задачи исследования:
- изучение, анализ и систематизация литературных данных по теме
исследования;
- обоснование целесообразности применения семян чечевицы в
^ качестве сырья для получения БАД к хлебобулочным изделиям;
исследование влияния механохимической активации при обработке семян чечевицы на свойства получаемой из них БАД;
исследование влияния БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства пшеничной муки и определение оптимальных ее дозировок;
исследование влияния БАД из семян чечевицы на структурно-механические свойства теста и качество хлеба;
исследование влияния БАД из семян чечевицы на эффективность предварительной активации прессованных дрожжей;
- определение эффективного способа приготовления теста с
внесением БАД из семян чечевицы;
- разработка рецептуры хлеба, обогащенного БАД из семян чечевицы;
- оценка органолептических и физико-химических показателей, а
> также сохраняемости и пищевой ценности хлеба, обогащенного БАД;
оценка экономической эффективности разработанных технологических и технических решений.
Научная новизна. Научно обоснована целесообразность и эффективность применения семян чечевицы в качестве сырья для получения БАД к хлебобулочным изделиям. Впервые выявлено влияние механохимической активации при обработке семян чечевицы в роторно-валковом дезинтеграторе на активность амилолитических ферментов. Установлено, что в результате обработки семян чечевицы при определенных режимах с применением метода МХА увеличивается активность амилолитических ферментов, что способствует усилению гидролитического распада крахмала с образованием редуцирующих Сахаров.
Впервые определены технологические режимы получения БАД к хлебобулочным изделиям из семян чечевицы с применением метода МХА. Впервые установлено положительное влияние БАД из семян чечевицы на предварительную активацию прессованных дрожжей, что позволяет увеличить подъемную силу дрожжей и сократить продолжительность процесса активации.
Впервые выявлено влияние БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства муки, реологические свойства теста, а также на качество, сохраняемость и пищевую ценность хлеба. Теоретически и экспериментально обоснованы дозировки внесения БАД из семян чечевицы в хлебобулочные изделия в количестве 7% к массе муки, а также способы и режимы приготовления теста с внесением БАД.
Новизна результатов исследования подтверждена 5 решениями о выдаче патентов РФ.
Практическая значимость. Разработаны технологические режимы получения БАД из семян чечевицы, обеспечивающие получение добавки с
7 высокой амилолитической активностью. Определены способы приготовления
теста с внесением разработанной БАД. Разработана рецептура и технология
получения хлебобулочного изделия, обогащенного предлагаемой добавкой.
Разработан комплект технической документации на БАД из семян чечевицы, включающий технические условия ТУ 9146-041-02067862-2004 и технологическую инструкцию ТИ 9146-042-02067862-2004.
Разработан комплект технической документации на новый вид хлебобулочного изделия - хлеб «Чечевичка», включающий технические условия ТУ 9294-043-02067862-2004, а также технологическую инструкцию ТИ 9294-044-02067862-2004.
На защиту выносятся следующие основные положения работы:
обоснование целесообразности и эффективности применения семян чечевицы в качестве сырья для получения биологически активной добавки к хлебобулочным изделиям;
выявление зависимости влияния механохимической активации на активность амилолитических ферментов;
- выявленные технологические режимы получения биологически
активной добавки из семян чечевицы с применением метода
механохимической активации;
- установленное влияние биологически активной добавки из семян
чечевицы на эффективность предварительной активации прессованных
дрожжей;
обоснование оптимальных дозировок биологически активной добавки для внесения в тесто и способ приготовления теста;
выявленные зависимости влияния БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства пшеничной муки, реологические свойства теста, качество хлеба, сохраняемость и пищевую ценность хлеба;
- разработанные технологические режимы приготовления теста с
внесением БАД;
разработанная рецептура хлебобулочного изделия;
разработанный комплект технической документации и результаты внедрения;
- расчет экономической эффективности от внедрения результатов
работы.
Добавки-улучшители и биологически активные добавки, используемые в производстве хлебобулочных изделий
Достоинствами добавок первой группы являются их комплексный состав, сбалансированность отдельных компонентов, присутствие соединений в наиболее физиологически усвояемой форме.
Ассортимент применяемых в хлебопечении добавок растительного происхождения весьма широк /17-29, 34, 38-40/. Немецкими учеными предложен способ производства хлеба из обойной муки, лекарственных трав и различных плодов, а также порошка высушенных зеленых водорослей /17/. Как следует из патентов, в ГДР был разработан ряд специальных сортов пшеничного и ржано-пшеничного хлеба с высоким содержанием балластных веществ за счет внесения отрубей, шрота масличных культур, муки из зерна других злаковых культур (Бернский, Цвиккауэрский, Крестьянский хлеб), а также порошка из высушенных яблок (Дрезденский и Эрцгебирский хлеб). Отмечено, что добавки яблочного порошка замедляют черствение хлеба и придают ему приятный фруктовый привкус /18/. Известен способ приготовления булочных изделий с добавлением в рецептуру абрикосовых выжимок с высоким содержанием витамина А и железа/19/. Важным направлением в создании продукции повышенной пищевой ценности является широкое использование местного растительного сырья. В Латинской Америке таким сырьем является мука сушенных бананов, на Филиппинах - сушенный кокос, в Индии - мука из плодов кассавы и картофеля. В США известно применение измельченной выжимки из плодов цитрусовых /20/. В России применение в хлебопечении находят нетрадиционное сырье и побочные продукты пищевой промышленности. Установлена возможность использования при производстве хлеба свежих листьев сельдерея, зеленого лука, подорожника и крапивы, добавляемых в количестве до 0,5 % к массе муки /21/. Это позволяет улучшить вкусовые свойства хлеба, повысить выход изделия, увеличить пористость мякиша и замедлить черствение, при этом хлеб приобретает специфический аромат.
Наибольшее распространение в хлебопекарной промышленности в качестве пищевых добавок получили продукты переработки овощей, фруктов и отходы сокового производства - различные соки, пюре, подварки, овощные и фруктовые порошки из целых плодов или их выжимок /21, 22/.
В составе этих продуктов отмечено значительное содержание Сахаров- сахарозы, глюкозы и фруктозы, а также пектиновых веществ. Так, овощные и фруктовые порошки содержат 40-60 % сахара, что позволяет применять их взамен сахара при производстве хлебных и мучных кондитерских изделий /23, 24/, а также 7-15 % пектина, 2-4 % азотистых веществ.
Исследованиями Санкт-Петербургского отделения ВНИИХП показана целесообразность и экономическая эффективность применения фруктовых порошков в производстве ржаных и ржано-пшеничных сортов хлеба. Работами Воронежской государственной технологической академии также показана целесообразность применения в качестве добавки при производстве ржано-пшеничного хлеба многокомпонентного порошкообразного полуфабриката, получаемого распылительной сушкой смеси яблочного пюре с патокой при соотношении компонентов от 8:1 до 10:1. Полученный хлеб имел приятный вкус и аромат, кислотность и пористость в пределах, характерных для данной группы, при этом повысилась и пищевая ценность хлеба /25/. Известно также применение фруктовых и овощных добавок при производстве различных сортов хлебобулочных изделий лечебно-профилактического назначения, в частности, для больных сахарных диабетом /26/.
Работами, ранее проведенными в Московском институте народного хозяйства, показана возможность использования в качестве добавок при выработке хлеба морковного, свекольного и капустного пюре из варенных до готовности овощей. Было установлено, что добавление овощей в количестве 10 % к массе муки приводит к увеличению вязкости теста на 17-37 %, снижению его адгезии на 13,6-27,7 % и повышению податливости теста механической обработке /27/.
В работах /41, 42/ показано, что введение в рецептуру хлеба порошков из моркови, крапивы, топинамбура позволяет получать диетические хлебобулочные изделия со сбалансированным минеральным составом.
Овощные добавки к муке также улучшают удельный объем, пористость, формоустойчивость хлеба/21/.
В работе /43/ показано, что применение арбузного пектина в количестве 1% к массе муки позволяет получать хлебобулочные изделия высокого качества /44/.
Известен способ обогащения хлеба биологически активными веществами чеснока путем ввода в тесто получаемых из чеснока препаратов -порошков, гомогенатов, паст, экстрактов, химически очищенных компонентов. Добавки из чеснока перед внесением в тесто подвергают предварительной термической обработке при температуре выше 100С отдельно или в смеси с водой, молоком и добавками из отрубей, овощей и фруктов /28/.
Методы исследования основных показателей качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции хлебопекарного производства
Оценку качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий осуществляли общепринятыми и специальными методами /137-141/. Упруго-эластичные свойства клейковины оценивали по показаниям прибора ИДК-1 и АП 4/2, а также по растяжимости и расплываемости шарика клейковины.
Исследования структурно-механических свойств теста проводили на пенетрометре АП 4/2 по показателю Кбо и на фаринографе Брабендера /139-141/. Полученные фаринограммы характеризуют консистенцию, время образования, эластичность, стабильность и разжижение в процессе замеса теста, а также водопоглотительную способность муки. Расшифровку фаринограмм проводили согласно рекомендациям /137-141/.
Выпечку хлеба проводили в лабораторных и производственных условиях. В лабораторных условиях тесто готовили безопарным и ускоренным способами, а также на обычной и большой густой опарах /142-145/. В производственных условиях хлеб выпекали по технологии, принятой на предприятии. Исследуемую БАД из семян чечевицы вносили в тесто в нативном состоянии, в виде водной суспензии, обработанной с применением метода механохимической активации. Качество хлеба оценивали через 16 часов после его выпечки по физико-химическим и органолептическим показателям общепринятыми методами/137,139/. Влияние БАД на сохранение свежести хлебобулочных изделий определяли через 24, 48 и 72 часов после их выпечки по структурно-механическим свойствам мякиша на автоматизированном пенетрометре АП-4/2. Массовую долю белка в хлебе определяли методом Кьельдаля /101/, а его аминокислотный состав - хроматографическим методом на автоматическом анализаторе аминокислот КЛА-ЗБ японской фирмы "Хитачи" /101/. Для проведения аминокислотного анализа образцы подвергали полному гидролизу 6н раствором НС1. Перевариваемость белков мякиша исследуемых образцов хлеба определяли методом А.А. Покровского и И.Д. Ертанова /146/. Для этого пробу хлеба, содержащую 125 мг белка, помещали в кювету прибора, куда последовательно вносили кристаллические препараты пепсина и трипсина. Процесс переваривания каждым из указанных ферментов вели 3 часа, при этом пробы отбирали каждый час. Накопление низкомолекулярных продуктов гидролиза белка определяли по цветной реакции Лоури и выражали в условных единицах. По показаниям ФЭК и по калибровочной кривой определяли концентрацию тирозина в мг. Определение содержания витаминов В і и Вг в исследуемых образцах хлеба проводили колориметрическим методом, определение содержания рибофлавина - флуорометрическим методом /146/, а определение содержания витамина РР - химическим методом /146/. Выявление оптимальных технологических режимов и дозировок БАД из семян чечевицы осуществляли методом математического планирования эксперимента /151/. Массовую долю металлов в образцах хлеба определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии /116/. Определение ионов железа проводили по модифицированной методике, применительно к хлебобулочным изделиям, приведенной в работе /148/. Определение ионов Са, Mg, Fe и К проводили по методике /148/. Измерения проводили на спектрофотометре "OSS-1" (ГДР). Содержание пестицидов определяли по методам, утвержденным органами санитарно-эпидемиологического надзора России /147/. На первом этапе исследования изучали особенности химического состава семян чечевицы с целью обоснования возможности ее применения для создания БАД к хлебобулочным изделиям. На следующем этапе исследования были выявлены оптимальные режимы переработки семян чечевицы с применением метода МХА с целью получения улучшителя и биологически активной добавки к хлебобулочным изделиям. На следующем этапе исследовали влияние разработанной БАД на эффективность активации прессованных дрожжей, определяли дозировку БАД и продолжительность процесса активации. Целью следующего этапа было выявление оптимальной дозировки БАД для внесения в тесто, определение способа внесения указанной добавки в тесто и способа его приготовления. На следующем этапе разрабатывали рецептуры хлебобулочных изделий, обогащенных БАД из семян чечевицы, вырабатывали опытные партии хлебобулочных изделий и проводили оценку их потребительских свойств. Заключительным этапом работы являлась разработка технической документации, внедрение в производство и оценка экономической эффективности. Исследования проводили на механохимических активаторах (МХА) специальной конструкции, разработанных на кафедре технологии жиров, товароведения и экспертизы товаров КубГТУ. На стадии получения БАД из семян чечевицы применяли МХА также роторно-валкового типа (вертикальный) производительностью 60 кг/ч (рисунок 2.2).
На стадии подготовки суспензии БАД в воде применяли МХА роторно-валкового типа (горизонтальный) производительностью 200 кг/ч с регулировкой давления на раздавливающие-истирающие валки, при этом тела качения были выполнены из фторопласта (рисунок 2.3).
Эксперименты осуществляли в пяти повторностях, обеспечивающих получение достоверных результатов, и проводили математическую обработку результатов экспериментов в соответствии с рекомендациями /150/.
Исследование влияния механохимической активации на технологические свойства семян чечевицы
Таким образом, можно сделать вывод о том, что добавка, полученная из семян чечевицы с применением метода механохимической активации, является полноценной биологически активной добавкой.
Для разработки комплекта технической документации необходимо было определить оптимальные условия и сроки хранения разработанной БАД.
Специальными экспериментами установлено, что при расфасовке биологически активной добавки из семян чечевицы в мешки из полимерного материала массой нетто 20 кг и хранинии при температуре 18±3С и относительной влажности воздуха не более 75% гарантированные сроки хранения биологически активной добавки без изменения ее качества составляют 6 месяцев.
На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации на «Биологически активную добавку из семян чечевицы», включающий технические условия и технологическую инструкцию (Приложения 1,2). На следующем этапе исследования определяли влияние БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства муки и реологические свойства теста. Для изучения влияния БАД из семян чечевицы на хлебопекарные свойства муки и качество хлеба использовали две пробы пшеничной муки первого сорта с низкой газообразующей способностью. Данные таблицы 3.7 показывают, что первый образец можно отнести к муке слабой, а второй образец - к муке очень слабой. Одним из наиболее важных показателей, обусловливающих хлебопекарные свойства муки, является ее «сила», которая определяет количество воды, необходимое для получения теста нормальной консистенции, обусловливает величину его газо- и формоудерживающей способности, а также реологические свойства теста и качество хлеба. Учитывая, что клейковина является одним из основных структурных компонентов, определяющих реологические свойства теста и качество хлеба, изучали влияние различных дозировок БАД из семян чечевицы на качество и количество клейковины. Дозировку БАД из семян чечевицы варьировали в интервале от 3 до 10% к массе муки. Контролем служило тесто без внесения БАД. В таблице 3.8 приведены данные по влиянию БАД из семян чечевицы на качество клейковины. Из приведенных данных видно, что внесение в пшеничную муку БАД из семян чечевицы приводит к укреплению клейковины муки, при этом с увеличением дозировки БАД до 7% к массе муки повышаются ее прочностные характеристики, о чем говорит снижение показателя деформации сжатия и растяжимости по сравнению с контролем. Следует отметить, что увеличение дозировки БАД из семян чечевицы более 7% к массе муки не приводит к дальнейшему укреплению клейковины. Укрепление клейковины при введении БАД из семян чечевицы, по-видимому, можно объяснить образованием комплексных соединений белков муки с углеводами БАД из семян чечевицы (гликопротеинов). Последнее, по-видимому, приводит к возникновению в третичной и четвертичной структурах белковых молекул еще одного вида дополнительных связей, а именно, углеводных мостиков, упрочняющих структуру белковой молекулы. Кроме этого, укреплению клейковины способствует содержащийся в БАД из семян чечевицы пектин.
Положительное влияние БАД из семян чечевицы на клейковину было подтверждено данными о положительном ее влиянии на структурно-механические свойства теста.
В таблице 3.9 приведены данные по влиянию биологически активной добавки из семян чечевицы на реологические свойства теста, а на рисунках 3.3 и 3.4 приведены диаграммы изменения водопоглотительнои способности теста с введением БАД из семян чечевицы по сравнению с контрольным образцом теста.
Исследование структурно-механических свойств теста на фаринографе показало, что внесение в тесто БАД из семян чечевицы приводит к снижению разжижения теста, увеличению его водопоглотительнои способности, при этом указанные эффекты наиболее выражены для теста из очень слабой муки.
Улучшение реологических свойств теста, как и укрепление клейковины, можно объяснить высокой водопоглотительнои способностью белков и пищевых волокон (клетчатка, гемицеллюлоза и пектин), содержащихся в БАД из семян чечевицы. Таким образом, внесение в тесто БАД из семян чечевицы улучшает его реологические свойства.
Разработка рецептуры и исследование пищевой ценности хлебобулочных изделий с внесением БАД из семян чечевицы
На основании полученных данных разработан комплект технической документации на хлеб «Чечевичка», включающий технические условия, технологическую инструкцию и рецептуру.
Известно, что пищевая ценность хлеба, как и любого продукта питания, определяется, в первую очередь, его калорийностью, усвояемостью и содержанием в нем витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и незаменимых аминокислот.
В таблице 3.19 приведен химический состав и пищевая ценность хлеба «Чечевичка». Данные таблицы 3.19 подтверждают возможность улучшения состава разработанного хлеба по содержанию минеральных веществ, пищевых волокон и витаминов в результате внесения в рецептуру хлеба БАД из семян чечевицы. Учитывая, что пищевая ценность хлеба определяется также усвояемостью, изучено влияние БАД из семян чечевицы на его усвояемость. Таким образом, полученные данные позволяют сделать вывод, что внесение БАД позволяет не только улучшить качество хлеба, но и повысить его пищевую и физиологическую ценность за счет увеличения содержания витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и незаменимых аминокислот. Для подтверждения эффективности разработанных технологических и технических решений в условиях учебно-научно-производственного комплекса факультета инжененрии и экспертизы продуктов питания, а также в условиях Псекупского комбината хлебопродуктов были выработаны опытные и опытно-промышленные партии хлеба с внесением БАД из семян чечевицы. Опытно-производственные испытания подтвердили целесообразность и эффективность применения разработанной БАД в качестве улучшителя и биологически активной добавки к хлебобулочным изделиям. Эффективность от выработки и реализации разработанного хлеба на Псекупском комбинате хлебопродуктов составит более 200 тыс. руб. в год. На основании результатов комплекса исследований определена принципиальная возможность использовать БАД из семян чечевицы, полученной с применением метода механохимическои активации, в качестве высокоэффективной пищевой добавки, позволяющей повысить качество и пищевую ценность хлебобулочного изделия, а также расширить их ассортимент. Экономический эффект от производства и реализации хлеба пшеничного с добавлением БАД из семян чечевицы при выпуске 240 тонн в год составляет более 200 тыс. руб. Таким образом, производство и реализация нового вида хлебобулочного изделия с использованием в качестве высокоэффективной биологически активной добавки из семян чечевицы рентабельно и в целом приводит к повышению эффективности производства. Кроме этого, как показывают проведенные исследования, заметно повышается пищевая ценность хлеба, вследствие обогащения его физиологически ценными витаминами, минеральными веществами и незаменимыми аминокислотами. 1. Научно и экспериментально обоснована целесообразность и эффективность применения семян чечевицы в качестве сырья для получения биологически активной добавки к хлебобулочным изделиям. Впервые выявлено влияние механохимической активации при обработке семян чечевицы на активность амилолитических ферментов. 2. Установлено, что в результате обработки семян чечевицы при определенных режимах с применением метода механохимической активации увеличивается активность амилолитических ферментов, что способствует гидролитическому распаду крахмала и образованию редуцирующих Сахаров. 3. Впервые определены технологические режимы получения биологически активной добавки к хлебобулочным изделиям из семян чечевицы с применением метода механохимической активации. Впервые установлено влияние биологически активной добавки из семян чечевицы на предварительную активацию прессованных дрожжей, что позволяет увеличить подъемную силу дрожжей и сократить продолжительность процесса активации. 4. Теоретически и экспериментально обоснованы дозировки внесения биологически активной добавки из семян чечевицы в хлебобулочные изделия в количестве 7% к массе муки, а также способы и режимы приготовления теста с внесением БАД.
