Содержание к диссертации
Введение
1 Теоретическое обоснование технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности 12
1.1 Состояние и перспективы рынка хлеба и мучных кондитерских изделий 12
1.2 Технологические подходы к повышению пищевой и биологической ценности хлеба путем использования добавок в виде улучшителей и обогатителей 18
1.3 Использование продуктов переработки семян сои в производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий 44
2 Организация эксперимента и методы исследований. 56
2.1 Методологический подход к организации проведения исследований 56
2.2 Объекты исследований 58
2.3 Методы исследований 59
2.4 Планирование многофакторного эксперимента 68
3 Анализ рынка востребованности хлебобулочных и мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности 75
4 Обоснование и разработка технологии соевой белково-углеводной муки 83
4.1 Результаты исследований по изучению фракционного и биохимического состава вторичного соевого сырья 83
4.2 Обоснование параметров и режимов процесса приготовления белково-углеводной муки на основе вторичного соевого сырья 84
5 Обоснование технологии и рецептур хлеба и мучных кондитерских изделий повышенной пищевой и биологической ценности 99
5.1 Обоснование технологии, параметров и режимов приготовления хлеба с соевой белково-углеводной мукой 99
5.2 Обоснование технологии, параметров и режимов приготовления пряников и печенья овсяного с белково-углеводной мукой 111
6 Товароведная оценка хлеба и мучных кондитерских изделий с использованием белково углеводной муки из вторичного соевого сырья 129
6.1 Оценка качества и безопасности разработанных продуктов 129
6.2 Оценка качества разработанных продуктов по органолептическим показателям 132
6.3 Сравнительная характеристика пищевой и биологической ценности разработанных продуктов 136
6.4 Изменение качества хлеба и мучных кондитерских изделий в процессе хранения 138
Выводы 141
Список используемой литературы 143
- Состояние и перспективы рынка хлеба и мучных кондитерских изделий
- Использование продуктов переработки семян сои в производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий
- Обоснование технологии, параметров и режимов приготовления хлеба с соевой белково-углеводной мукой
- Изменение качества хлеба и мучных кондитерских изделий в процессе хранения
Состояние и перспективы рынка хлеба и мучных кондитерских изделий
Хлеб, хлебобулочные и мучные кондитерские изделия были и остаются базовыми продуктами в потребительской корзине населения Российской Федерации. На сегодняшний день рынок хлеба считается полностью сформированным, а развитие данного сегмента пищевого производства возможно за счет расширения ассортимента хлеба, хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, создания новых видов и сортов, обогащения их состава и повышения пищевой ценности. Основным видом потребляемого хлеба в соответствии с общероссийским классификатором продукции по видам экономической деятельности – это хлеб недлительного хранения, со сроком годности не более 5 суток.
Хлеб и мучные кондитерские изделия производятся как на крупных хлебозаводах, так и в условиях мелких пекарен, кондитерских цехов, большой вклад в развитие производства хлеба и мучных кондитерских изделий вносят собственные производства крупных торговых сетей.
Производимые хлебобулочные и мучные кондитерские изделия условно разделяют на два больших сегмента: традиционные (70% рынка) и нетрадиционные (до 30% рынка). Результаты исследований рынка хлебопродуктов свидетельствуют о снижении потребления традиционных массовых сортов хлеба и мучных кондитерских изделий с одновременным повышением потребления новых, обогащенных видов, что связано с активной пропагандой здорового питания. (Коршенко и др., 2008; Труфанов, 2009; Горлов и др., 2016; Карпов, 2018; Кирюхина и др., 2019).
На сегодняшний день в России производство хлеба и хлебобулочных изделий снижается. Объем производства снижается в среднем на 2% в год. В соответствии с данными Росстата, с 2010 года объем производства хлебобулочных изделий снизился на 18% (рисунок 1.1.1).
Основной причиной снижения производства и потребления хлеба среди россиян вызвано, в том числе, стремлением к ведению здорового образа жизни и переходом на здоровое (правильное) питание. Вместе с тем, большой популярностью пользуется хлеб домашнего приготовления, объемы которого не учитываются в официальной статистике (Шапошников, 2010; Фролова и др., 2012).
При этом наблюдатели утверждают, что снижение производства и потребления хлеба свидетельствует об улучшении жизни населения в стране и расширении потребительской корзины другими продуктами, разнообразии рациона населения (Матвеева, 2007; Яшин и др., 2009; Акчурина, 2011; Чижикова и др. 2017).
По данным Росстата в Российской Федерации работает около 750 крупных и средних хлебопекарных предприятий (72%) и около 12,5 тыс.(28%) малых предприятий. В связи с ограниченными сроками хранения хлеба, и связанными с этим проблемами транспортировки, его производство рассредоточено по всей территории страны. Производство и потребление хлеба и хлебобулочных изделий неравномерно распределено по субъектам РФ и напрямую зависит от численности населения (рисунок 1.1.2).
Очевидно, что лидером по производству хлеба является Центральный федеральный округ, доля которого составляет 28%. Второе место занимает Приволжский федеральный округ 20%, третье место делят Сибирский и Южный федеральные округа с долей производства по 11%. В Дальневосточном федеральном округе производят минимальное количество хлеба – 4% от общего производства в стране (Белышкина, 2013; Горлов и др., 2016).
По данным мониторинга Минсельхоза России среди субъектов Дальневосточного федерального округа лидером по производству хлеба является Приморский край, в котором в 2020 г. произведено 53,0 тыс. тонн хлебобулочных изделий, на втором месте Амурская область с объемом выпуска 46,9 тыс.тонн, далее следует Хабаровский край и Республика Бурятии с объемами 32,1 и 27,1 тыс.тонн, соответственно.
Противоположная картина наблюдается на рынке мучных кондитерских изделий, который демонстрирует положительную динамику. По данным Росстата, производство продукции в рассматриваемом сегменте с 2010 по 2020 год выросло на 14% (с 1,43 до 1,63 млн.тонн) (рисунок 1.1.3) (Белышкина, 2013; Сапатовски и др., 2014; Горлов и др., 2016).
Использование продуктов переработки семян сои в производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий
По данным литературного обзора в хлебопекарной промышленности применяют соевые продукты, такие как молоко, соевая мука, паста (Федорова, 2016; Сокол и др., 2016; Цугкиев и др., 2016; Резчиков и др., 2017; Кузнецова и др., 2018; Шишницан и др., 2018; Ибрагимов, 2018; Воронова и др., 2019; Стрельченко, 2019; Ferreira, 2013).
В хлебопечении, добавление соевой муки, в хлеб из сортовой пшеничной муки, увеличивает объемный выход изделия на 10-15%, повышается содержание белка – в 1,2-1,5 раза и энергетическая ценность – на 10-20%, улучшаются физико-химические и органолептические показатели, продлевается срок хранения готового изделия (Цыбикова и др., 2010).
Также в хлебопекарной промышленности используются продукты переработки сои, которые улучшают хлебопекарные свойства пшеничной муки и обогащают готовые изделия витаминами и минеральными веществами, полиненасыщенными жирными кислотами, а также содержат значительное количество легкоусвояемых белков (Борисова и др., 2020; Догаева и др., 2020; Natarajan, 2010; Yang, 2012; Natarajan, 2013; Wally-Vallim, 2014).
Большое внимание для хлебопекарной промышленности представляют вторичные продукты переработки сои, которые повышают, например содержание белка в хлебе, но при этом, не оказывают влияния на стоимость готовой продукции. Сообразно этому было провести исследования по использованию в технологии хлеба соевой сыворотки. Отмечено, что небелковые азотистые вещества экстрагируют при получении концентратов белка, а оставшийся в сыворотке небелковый азот, богат такими веществами питательной ценности как свободные аминокислоты и амиды аминокислот, глюкозиды и нуклеотиды (Kadan, 2001; Herman, 2003; Rostagno, 2009; Nizkiy et al., 2020). Также технологический процесс позволяет получить сыворотку с большим содержанием кальция, что в хлебопекарной промышленности является основанием для изучения, а также перспективой к ее применению.
По некоторым данным (Тертычная, 2018), в технологии хлебопечения применяли соевую сыворотку, полученную при помощи применения хлоркальциевой коагуляции белка, после получения соевого сыра на предприятии ЗАО «Воронежмолоко». Благодаря тому что, соевая сыворотка – это жидкость желтого цвета, без запаха, имеет слабовыраженный соевый привкус с кислотностью до 40оТ, содержанием 0,05% жира и 1,0% белка сбалансированного по аминокислотному составу.
Отмечено, что ее применение благоприятствует интенсификации жизнедеятельности дрожжей и кислотообразующей микрофлоры. Что приводит к улучшению реологических свойств теста, при этом улучшая аминокислотный и минеральный состав хлебобулочных изделий.
Хлеб, выпекаемый с добавлением соевой сыворотки, меньше подвергается черствению, благодаря тому, что происходит более прочное связывание влаги компонентами используемой добавки.
На основе исследований, соевая сыворотка может быть использована как функциональная добавка, благодаря которой происходит повышение белка и кальция.
Многочисленные исследования авторов (Енютина, 2014; Пахотина и др., 2017; Ольховатов и др., 2017; Лыгденов и др., 2018; Надеева и др., 2019), направлены на создание производства хлебобулочных изделий диетического и лечебно-профилактического назначения.
По результатам исследований установлено, что при добавлении в рецептуру хлеба до 10% сои повышается его пищевая ценность, улучшается вкус и аромат готового изделия, имеет более интенсивную окраску корки. При лучшей водопоглотительной функции соевых белков, тесто получается более сухое и пригодное для машинной обработки, а за счет лучшего связывания влаги черствение хлеба происходит медленнее. Добавление сои позволяет уменьшить количество рецептурных компонентов используемых при приготовление хлебобулочных изделий, таких как яйцо и масло (жир) (Prakoso, 2003; Rietjens, 2005; Klasner, 2017).
Известно, что при добавлении соевой муки, влажность готовых изделий уменьшается, с повышением процента добавки влажность ниже, исследователями ДальГАУ (Скороходова, 2009) установлено, оптимальное количество добавки соевой муки в рецептуру хлеба составляет 10%.
Введение пищевых волокон в рецептурный состав продуктов питания оказывает влияние на функциональные свойства пищевых систем, а внесение пищевых волокон в хлеб способствует сохранению их качества во время хранения (Пащенко и др., 2008; Рюмкина и др., 2009).
В работе (Скороходова, 2009) проводились исследования биологически активной добавки (БАД) из семенной оболочки сои, которая представляет собой волокнистое вещество. В результате анализа установлено, что в составе БАД содержится г/100 г: целлюлозы – 23,78, пектина – 1,11, лигнина – 4,7. Добавление БАД из семенной оболочки сои в рецептуру хлеба продлевает срок хранения готового изделия.
Также, благоприятное воздействие оказывают добавки из соевой муки на физико-химические показатели качества печенья.
Как показывают данные, повышение процента добавки соевой муки снижает влажность изделия, что приводит к повышению намокаемости, но оказывает положительное влияние на щелочность, а при понижение процента добавки соевой муки щелочность не превышает контроль и тем самым обеспечивает безопасность употребления такого продукта (Скороходова, 2009).
Некоторые исследователи (Чижикова и др., 2008) утверждают, что добавление соевой муки в хлеб, в количестве 10% к массе муки, не влияет на органолептические и физико-химические свойства продукта.
Известно, что в зерне пшеницы содержание белка составляет – от 8% до 20%, но во время размола содержание белка в муке снижается на один процент, что приводит к значительному снижению содержания незаменимых аминокислот, в том числе и лизина. Для улучшения пищевой ценности пшеничной муки, ее обогащают незаменимыми аминокислотами такими как лизин, треонин и метионин. В виде обогащенных добавок используют зародыш зерна пшеницы, соевую муку или молоко. Довольно широко исследовано обогащение пшеничной муки белками растительного и животного происхождения. Для этого используются отходы масличного производства, такие как соя, хлопок, кунжутные семена. Большое применение в хлебобулочном производстве нашли соя и продукты ее переработки. Благодаря тому, что соевая мука проходит тепловую обработку, удаляется неприятный соевый запах. При изготовлении хлеба соевую муку вносят в небольших количествах, вследствие ее ухудшающего действия на качественные показатели. Что бы их уменьшить, в тесто добавляют пшеничные гликолипиды или сахароэфиры (Hutchinson, 2002; Gryazina, 2015).
Хлеб с высоким содержанием белка должен быть не дорогим, при его производстве не требуется специального оборудования и сложной рецептуры. Он должен обладать хорошими вкусовыми свойствами, дольше сохранять свою свежесть.
В исследованиях применяли муку 73%-ного выхода, полученную из твердой пшеницы с содержание белка в ней 12,3%. Использовали четыре образца соевой муки различной обработки: 1) химически обработанную, 2) соевый молочный порошок, 3) после высокотемпературной обработки и 4) муку, полученную из проросшей сои (Чижикова, 2017). В рецептуру добавляли частично гидрированный растительный шортенинг с температурой плавления 41оС, стеароиллактат натрия, пальмитат сахарозы с содержанием моноэфира 70%.
В образцах соевой муки содержание белка составило 28,3-52%, количество растворимого азота 7,9-48%. Соевое белковое «молоко» содержит белка меньше, чем другие соевые продукты, однако в нем наибольшее содержание растворимого азота (как и в муке из проросшей сои). Меньше всего растворимого азота в муке, полученной методом высокотемпературной обработки. В хлебопекарной пшеничной муке оптимальное содержание растворимого азота составило 15-45%.
В муке из проросшей сои и после термической обработки содержание минеральных веществ и золы меньше, чем после химической обработки и в соевом белковом «молоке». В муке химической обработки много кальция, а в муке из проросшей сои – много железа (Evaluation of tempeh…, 1985; Mathers, 2000; Jacson, 2001; Murray-Kolb, 2003; Gonzalez, 2006; Klasner, 2017).
Обоснование технологии, параметров и режимов приготовления хлеба с соевой белково-углеводной мукой
Учитывая наличие в соевой белково-углеводной муке значительного количества белковых веществ, которые снижают структурно-механические и реологические характеристики изделий из теста с её добавлением, а также темный цвет муки, который ухудшает цвет готовых изделий, возникает необходимость внесения дополнительного ингредиента, нивелирующего недостатки от введения в состав продуктов соевой белково-углеводной муки.
Для улучшения потребительских свойств нами предлагается использовать в составе рецептурной смеси аскорбиновую кислоту.
В хлебопечении аскорбиновую кислоту широко используют с разрешения соответствующих органов медицинского надзора, так как эта пищевая добавка безукоризненна с точки зрения физиологии и гигиены питания.
Аскорбиновая кислота – восстановитель, которая в тесте превращается в дегидро – L – аскорбиновую кислоту, при этом улучшаются структурно-механические свойства теста, его газо- и формоудерживающая способность, в результате чего увеличивается объем хлеба и уменьшается расплываемость его подовых сортов.
Оптимальные дозировки аскорбиновой кислоты зависят от сорта (выхода) пшеничной муки, ее силы, способа приготовления теста и интенсивности механической обработки теста.
При непрерывно-поточном приготовлении теста с интенсивной механической его обработкой при замесе оптимум дозировки аскорбиновой кислоты составляет 0,010-0,015% к массе пшеничной муки.
В связи с чем, на данном этапе исследований посредством анализа и проведенных поисковых опытов установлено, что на качество хлеба с соевой белково-углеводной мукой, в процессе его приготовления, значительное влияние оказывают такие факторы, как:
- массовая доля белково-углеводной муки - Хі (Мбу\ %;
- продолжительность брожения теста - Х2 (Тб), ч;
- массовая доля аскорбиновой кислоты в пшеничной муке - Х3 (Мс), %. Следовательно, на данном этапе исследований необходимо было установить зависимость такого показателя как скорость подъема теста п от соответствующих факторов n=f(xi; х2; x3) opt{mm).
В результате проведенных исследований получены зависимости, которые аппроксимированы эмпирическими уравнениями следующего вида
Анализом полученной модели (5.1.4) установлено, что оптимальные значения составляют: М =16,4%; Гб=1,5 ч; Мс=0,01%, при JV5=88,2 балла.
Данная модель исследована на экстремум посредством её трёхмерной графической интерпретации (рисунки 5.1.1-5.1.3). Это дает наглядное представление о влиянии совокупности трех факторов на органолептические показатели хлеба -N3 предложенного состава.
С учетом полученных значений параметров разработана рецептура хлеба с использованием соевой белково-углеводной муки, установлен его химический состав и определены требования к данному виду продукции (таблицы 5.1.6-5.1.10).
При разработке технологии и рецептуры хлеба с использованием соевой белково-углеводной муки были проведены специальные исследования по определению физико-химических показателей качества в сравнении с образцами хлеба, выпускаемыми по традиционной технологии (таблица 5.1.8).
Анализ таблицы 5.1.8 позволяет сделать выводы о том, что хлеб с добавлением соевой белково-углеводной муки по всем показателям превосходит контрольный образец хлеба, изготовленный без внесения соевой белково-углеводной муки. Так, удельный объем разработанного хлеба больше на 17,0%, пористость выше на 2,9%, незначительно лучше формоустойчивость на 0,04%.
При этом такие показатели как влажность и кислотность разработанного хлеба немного хуже, чем контрольного образца (влажность мякиша на 2%, кислотность на 0,2 град.).
Для разработанного хлеба, на основании проведенных исследований, установлены нормы физико-химических и органолептических показателей (таблицы 5.1.9; 5.1.10).
На основе проведенных исследований разработана обобщенная технологическая схема производства хлеба с добавлением соевой белково-углеводной муки из вторичного соевого сырья (рисунок 5.1.5).
Технологический процесс приготовления хлеба осуществляется следующим образом. В начале дозируются компоненты рецептуры (мука пшеничная+ аскорбиновая кислота, соевая белково-углеводная мука, вода (t=28-30оС), дрожжи, соль, сахар и масло растительное), а затем производится замес теста до получения хорошо промешанной однородной массы. Подготовленное тесто подвергается брожению (Тб=1,5 ч). В процессе брожения осуществляется обминка теста. Тестовые заготовки формуют и отправляют на окончательную расстойку, которая проводится в расстойных шкафах при температуре 35-40С и относительной влажности 70-80%. Тестовые заготовки выпекаются при температуре 220-240С, в течение 20-35 минут. Готовый хлеб охлаждается и направляется на хранение с последующей реализацией.
Изменение качества хлеба и мучных кондитерских изделий в процессе хранения
Согласно требованиям ГОСТ Р 58233-2018 хлеб из пшеничной муки рекомендуется хранить при температуре 15-25оС не более 24 часов. При хранении хлеба в обычных температурных условиях (15-25С) примерно через 10-12 ч появляются признаки черствения, усиливающиеся по мере дальнейшего увеличения длительности хранения хлеба. Мучные кондитерские изделия не относятся к категории скоропортящихся продуктов, но, имеют свои сроки хранения и годности. Согласно требованиям ГОСТ 24901-2014, ГОСТ 15810-2014 следует хранить в чистых, сухих, хорошо вентилируемых складах, не зараженных вредителями рекомендуемая температура хранения 18±5 С и относительной влажности воздуха – не более 75%. С течением времени мучные кондитерские изделия утрачивают свежий аромат, появляется лежалый запах, затем признаки порчи и прогорания жиров. В конце срока хранения у анализируемых образцов наблюдалось снижение массы и повышение крошковатости, что свидетельствует о потере свежести за счет процесса черствения.
Для установления сроков годности разработанных продуктов готовые изделия хранили в течение срока, обозначенного в стандартах с учетом коэффициента резерва. Хлеб хранили без упаковки, мучные кондитерские изделия в упаковке из полиэтилена. В процессе хранения контролировали изменения органолептических и физико-химических показателей, результаты исследований представлены в таблицах 6.4.1-6.4.4.
Таким образом, по результатам исследований установлены сроки хранения для хлеба с соевой белково-углеводной мукой не более 36 ч; овсяного печенья и пряников с соевой белково-углеводной мукой не более 20 дней при температуре 18±5оС и относительной влажности не более 75%.