Теоретическое обоснование и разработка технологий хлеба функционального назначения
На правах рукописи
СОКОЛ Наталья Викторовна
Теоретическое ОБОСНОВАНИЕ и РАЗРАБОТКА
технологиЙ хлеба функционального назначения
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Краснодар – 2010
Работа выполнена в ФГОУ ВПО
«Кубанский государственный аграрный университет»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Донченко Людмила Владимировна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Зайко Галина Михайловна
доктор биологических наук, профессор
Артемьева Надежда Константиновна
доктор технических наук, профессор
Лабутина Наталья Васильевна
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Воронежская
государственная технологическая академия»
Защита состоится «14» апреля 2011г. в 14:00 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар,
ул. Московская, 2, ауд Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.
Автореферат диссертации размещен на сайте КубГТУ http://www.kubstu.ru.
Автореферат разослан «14»марта 2011г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
канд. техн. наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
- Актуальность исследований. Одним из приоритетных направлений Государственной политики России является формирование системы здорового питания населения, что отражено в распоряжении Правительства РФ «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» утвержденного 25 октября 2010года (№ 1873-р). Особое внимание к данной проблеме вызвано ухудшением экологической обстановки и сравнительно низким пищевым статусом населения России.
Решение данной проблемы предполагается достичь путем оптимизации структуры питания населения, а именно за счет введения в рацион питания функциональных пищевых продуктов, которые могли бы удовлетворять физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии.
Анализ структуры питания населения показал, что хлеб и хлебобулочные изделия прочно занимают лидирующее место в питании. Это обусловлено с одной стороны уровнем жизни основных групп населения России и характером питания, а с другой тем, что продукты хлебной группы самые доступные и наиболее распространенные из массовых продуктов питания. Однако, традиционные сорта хлеба характеризуются недостаточной биологической и пищевой ценностью, поэтому необходим поиск путей их обогащения.
Известно, что о качестве хлеба можно судить задолго до его выпечки, так как оно зависит в первую очередь от качества, биологической и пищевой ценности зерна поступающего на хлебный рынок.
Весомый вклад в развитие научных основ качества зерна, как гаранта пищевой полноценности хлеба, внесли работы ученых Н.И. Вавилова, П.Н. Шибаева, А.И. Марушева, А.Я. Пумпянского, А.А Созинова, Н.Д. Тарасенко, Н.С. Беркутовой., Е.Д.Казакова, А.Т. Казарцевой, А.Ю. Шаззо и др.
Исследования, проводимые по повышению пищевой, биологической ценности хлеба, созданию новых технологий производства хлебобулочных изделий лечебно-профилактического назначения связаны с работами Л.Я. Ауэрмана, Л.В. Донченко, Р.К. Еркинбаевой, Н.В. Лабутиной, И.В. Матвеевой,
________________________________________________________________
Автор выражает глубокую благодарность д.с.-х. н. Колесникову Ф.А., д.с.-х. н. Ковтуненко В.Я. за предоставленные образцы зерна пшеницы и тритикале для проведения исследований
Л.П. Пащенко, Р.Д. Поландовой, Л.И. Пучковой, И.М. Ройтера, Т.Б. Цыгановой, Л.Н. Шатнюк и др.
Вместе с тем проблемы производства высококачественного зернового сырья повышенной биологической ценности для хлебопекарной отрасли и ассортимента хлеба функционального назначения остаются актуальными.
Одним из определяющих факторов в разработке технологий хлеба функционального назначения является научно-обоснованный подход к сырью, качество которого обусловлено сортом зерновой культуры.
С внедрением в производство высокоурожайных сортов зерна пшеницы, значительно повысился валовой сбор зерна, но при этом резко сократилось содержание в нем белка. Поэтому особый интерес в решении проблемы растительного белка представляет направленная селекция на повышение белка в зерне пшеницы и тритикале с реализацией потенциальных возможностей сорта по урожаю, их внедрением в производство, а также разработка на их основе нового ассортимента хлеба обладающего повышенной биологической, пищевой ценностью и детоксикационными свойствами.
Повышение пищевой ценности и сорбционной способности хлеба возможно за счет вовлечения в продовольственный оборот дополнительных сырьевых растительных ресурсов, в том числе и плодов дикорастущих культур.
Исходя из этого, рассматриваемая в настоящей диссертационной работе проблема теоретических и практических научных основ производства хлеба функционального назначения, обладающего повышенной биологической, пищевой ценностью и детоксикационными свойствами, с использованием новых селекционных сортов зернового сырья, является актуальной и имеет важное практическое значение в современных условиях.
Актуальность темы научного исследования подтверждена включением её в Доктрину продовольственной безопасности Российской Федерации (2010г), и в виде отдельных научных проектов в государственные научно-технические программы: Минпромнауки и Минсельхоза РФ «Функциональные продукты питания (2001-2003гг). Представляемая к защите работа соответствует приоритетным направлениям науки и техники в рамках Федеральной целевой программы «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» (распоряжение правительства РФ от 6 июля 2006г., №977-р) и является составной частью НИР КубГАУ в рамках инновационной образовательной программы «Производство, переработка и сертификация растениеводческой продукции» (приказ Министерства образования и науки РФ № 118 от 19. 05. 2006 г.).
Официальным подтверждением актуальности данного научного направления является его включение в серию Государственных научно технических проектов РФФИ 2008-2009 гг. (Р - офи - 2008 юг №08-04-99043, №08-04-99044).
1.2 Цель исследований. Целью исследований явилось теоретическое обоснование и разработка технологий хлеба функционального назначения на основе анализа химического состава новых сортов зернового сырья и использования пектиновых веществ в качестве функционального ингредиента.
1.3 Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
– обоснование научной концепции производства хлеба функционального назначения с повышенной биологической, пищевой ценностью на основе использования муки из новых селекционных сортов зерна пшеницы и тритикале с применением пектиновых веществ в качестве функционального ингредиента;
– теоретическое и экспериментальное обоснование роли сорта в формировании качества и биологической ценности хлеба;
разработка оптимальной системы оценки качества зерна при создании новых высококачественных сортов с повышенной биологической ценностью;
– системное изучение технологических и биохимических показателей качества зерна новых высокобелковых сортов пшеницы и тритикале селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко с целью дальнейшего использования в хлебопекарной отрасли для улучшения качества, биологической и пищевой ценности хлеба;
– научно практическое обоснование разработки технологий и рецептур хлеба из муки зерна высокобелковых сортов пшеницы и муки из зерна тритикале для производства хлеба функционального назначения;
– исследование функциональной роли пектиновых веществ в технологии хлеба для управления технологическими свойствами полуфабрикатов и потребительскими свойствами готовых изделий;
– теоретическое и экспериментальное обоснование использования нетрадиционного растительного сырья для получения пектиновых экстрактов (плоды дикорастущих культур) с целью расширения сырьевой базы хлебопекарной промышленности функциональными ингредиентами пребиотического действия и придания хлебу детоксикационных свойств;
– проведение исследований по выявлению оптимальных режимов процесса тестоприготовления на основе результатов изучения газообразующей способности муки, силы муки, кислотности теста и качественных характеристик готового хлеба;
– получение математических моделей, отражающих влияние пектиновых веществ на основные характеристики качества хлеба;
– разработка комплектов технической документации (ТУ, ТИ, РЦ) на новые сорта хлеба из муки новых селекционных сортов зернового сырья и их опытно-промышленная апробация на хлебопекарных предприятиях;
– оценка экономической эффективности внедрения разработанных технологических решений.
1.4 Научная концепция. Научная концепция заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании комплексного подхода к созданию хлеба функционального назначения на основе результатов исследований качественных показателей и биологической ценности зерна в зависимости от его сортовых особенностей; изучения влияния вносимых функциональных ингредиентов на хлебопекарные свойства муки, качество и сорбционную способность хлеба; разработки технологий производства целевого продукта.
1.5 Научная новизна работы. Теоретически установлено и экспериментально доказано, что определяющими факторами при разработке технологий хлеба функционального назначения, являются качественные показатели и биологическая ценность зерна в зависимости от его сорта, функциональные свойства вносимых ингредиентов и технологические параметры готового продукта.
На основе результатов исследований качественных характеристик зерна мировой коллекции пшеницы и тритикале выделены 69 коллекционных сортообразцов, представленных широким географическим разнообразием (Россия, Украина, Венгрия, Чехия, Словакия, Румыния, Болгария, Польша, Япония, США), характеризующихся высоким содержанием массовой доли белка, клейковины и показателем седиментации, разработана оптимальная система оценки технологических свойств зерновых культур при создании сорта.
На основе установленной взаимосвязи между 32 показателями качества зерна и их информативности с помощью статистических методов факторного и путевого анализов выделены 12 показателей, несущих основные факторные нагрузки при формировании качества и биологической ценности зерна.
Результаты полной технологической оценки качества зерна 8 сортов пшеницы (Безостая 1, Соратница, Победа 50, Дея 9, Обрий, Веда, Виза, Файл) показали перспективность новых сортов Веда, Виза, Файл имеющих массовую долю белка 14,3 – 14,8%, что обуславливает высокие физические свойства теста.
Выявлено, что на газообразующую способность муки из зерна этих сортов пшеницы лимитирующее влияние оказывает активность амилолитических ферментов, что является причиной низкого объема хлеба.
На основании результатов полной сравнительной технологической оценки качества зерна 6 сортов тритикале (Союз. Авангард, Прорыв, Мудрец, Валентин 90, Учитель) установлено, что сорта Авангард и Валентин 90 имеют хорошие хлебопекарные свойства, близкие по качеству сортам пшеницы с ржаной транслокацией 1В/1R - Яшкулянка и Красота.
Впервые установлено, что по фракционному составу белок муки из новых высокобелковых сортов озимой мягкой пшеницы Веда, Виза, Файл отличается от белков муки, полученной из зерна сортов Безостая 1, Соратница, Победа 50. В муке из зерна сортов пшеницы формирующих высокое содержание белка доля водо- и солерастворимой фракций в общем белке выше. Экспериментально доказано и теоретически обосновано на основе результатов математического анализа влияние водорастворимой фракции белка на объемный выход хлеба.
Выявлено повышенное содержание лимитирующих незаменимых аминокислот таких как лизин, треонин, метионин в муке первого сорта из зерна пшеницы Веда в сравнении с аминокислотным составом муки из зерна пшеницы Соратница.
Установлено, что фракционный состав белка муки тритикале отличается от фракционного состава белка муки пшеничной. В белке муки сорта Валентин 90 альбуминовая и глобулиновая фракции составляют 36%, проламиновая - 34%, глютелиновая - 19%, в муке пшеничной сорта Соратница 28%, 22%, 32% соответственно.
Впервые показано положительное влияние пектина на формирование потребительских свойств и физиологической ценности хлеба из муки высокобелкового сорта пшеницы Веда селекции Краснодарского НИИСХ.
Теоретически и экспериментально обоснована технология производства хлеба из муки тритикале на основе целенаправленного изучения белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов шести сортов тритикале Союз, Авангард, Прорыв Мудрец, Валентин 90, Учитель с применением пектиновых веществ для придания хлебу детоксикационных свойств.
Рассчитана комплексная оценка качества новых сортов хлеба «Весенний», «Университетский» из муки тритикале и определена его сорбционная способность.
Экспериментально доказана эффективность применения в рецептурах хлеба сухого пектина, позволяющего регулировать реологические свойства теста в направлении увеличения его стабильности и эластичности.
Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения пектиновых экстрактов из плодов дикорастущих культур с низкой степенью этерификации и установлена эффективность их применения в технологии хлеба как сорбентов.
Получены математические модели, позволяющие определять оптимальные дозировки пектиновых веществ для регулирования объемного выхода хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы и муки тритикале.
Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретения.
1.6 Практическая значимость. Усовершенствована система поэтапной оценки качества зерна с учетом информативности, значимости и стабильности показателей качества, используемая в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко при создании высококачественных сортов, что позволило увеличить объем изучаемых линий и сортов в 2,6 раза.
Разработаны и запатентованы новые технологии и композиции для приготовления теста, позволяющие вырабатывать хлеб функционального назначения высокой биологической и пищевой ценности, одновременно обладающего детоксикационными свойствами (патенты РФ № 2275028, 2267930, 2308194, 2316964, 2316965, 2319382, 2333648, 2341084).
Разработаны комплекты технической документации на хлеб из муки пшеничной первого сорта полученной из зерна сорта Веда, характеризующегося высоким содержанием белка: «Пектиновый» (ТУ 9114-002-45975963-05), «Южный» (ТУ 9114-128-0493202-09); из муки тритикале: «Весенний» (ТУ 9114-044-0493202-02), «Университетский» (ТУ 9114-043-0493202-02); из муки общего назначения М 75-23 «Богатырский» (ТУ 9114-104-0493202-07), «Облепиховый» (ТУ 9114-088-0493202-07), «Ягодка» (ТУ 9114-080-0493202-07) - на основе пектиновых экстрактов из плодов дикорастущих культур.
Выработаны опытные партии разработанных сортов хлеба функционального назначения на хлебопекарных предприятиях г. Краснодара и Краснодарского края (УНИК «Технолог» КубГАУ, ЭНПК КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко, хлебозавод №1 г. Краснодара, ООО «Русь», ПБЮЛ Чепелев, фирма «Anmar Kft» - Венгрия).
Теоретические положения работы вошли составной частью в учебные пособия «Высокие технологии АПК», «Технология функциональных продуктов питания» и использованы в учебном процессе при чтении лекций «Технология хлебобулочных и макаронных изделий», «Технология функциональных продуктов питания», «Высокие технологии АПК», в курсовом и дипломном проектировании по специальности 110305.65.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных конференциях
(Майкоп 2001; Краснодар 2004, 2005, 2006); на всероссийских конференциях (Мироновка 1988; Москва 1989; 1990, 1995; Майкоп, 2001; Санкт-Петербург, 2001; Краснодар, 2004, 2005, 2008; 2009; Магнитогорск, 2007); на международных конференциях (Киев, 2000, 2007; Краснодар, 2000, 2001, 2002, 2003, 2005, 2009; Москва, 2002; Воронеж, 2003; Мичуринск, 2007; Тольятти, 2007; Могилев 2007; Минск 2008, Пятигорск 2010); на ежегодных научно-практических конференциях Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 2000-2010).
Результаты научных разработок экспонировались на международных и всероссийских выставках и награждены: золотой медалью на российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва, 2003 г., 2008 г., 2009); серебряной медалью и дипломом II степени на VII «Международном салоне инноваций и инвестиций» (г. Москва, 2007 г.)
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 86 научных работ, в том числе монография, 2 учебных пособия, 32 статьи, в том числе 23 научных статьи, опубликованных в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 43 материалов докладов, получено 8 патентов РФ на изобретения.
Под руководством диссертанта выполнена и защищена кандидатская диссертация Н.С. Храмовой (2008 г.). Результаты совместных исследований вошли составной частью в кандидатскую диссертацию С.А. Гриценко (2003 г.); которая выполнялась при консультации диссертанта.
1.9 Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения; аналитического обзора информационной и патентной литературы; методической части, включающей материалы и методы исследования; экспериментальной части; заключения и приложения. Основная часть работы изложена на 311 страницах компьютерного текста и содержит 94 таблицы и 48 рисунков.
Список использованной литературы включает 411 наименований, из них 61 иностранных авторов.
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследования использовали: зерно 69 коллекционных сортообразцов пшеницы и тритикале; зерно новых и районированных сортов озимой мягкой пшеницы (Безостая 1, Соратница, Победа 50, Дея 9, Обрий, Веда, Виза, Файл, Яшкулянка, Красота); тритикале (Союз, Авангард, Прорыв, Мудрец, Валентин 90, Учитель); муку пшеничную и тритикалевую из зерна исследуемых сортов, пектин, плоды дикорастущих культур (боярышник, шиповник, облепиха, унаби, хеномелес), пектиновые экстракты выработанные в условиях НИИ «Биотехпереработка» КубГАУ, лабораторные образцы полуфабрикатов хлебопекарного производства, хлеб из муки зерна высокобелковых сортов пшеницы, тритикале с добавлением пектина и пектинового экстракта.
2.2 Методы исследований. Общая схема исследования представлена на рисунке 1. При выполнении работы использованы общепринятые и специальные современные экспериментально-аналитические методы физико-химического анализа.
Определение массовой доли белка в объектах исследования проводили по методу Кьельдаля на приборе «Кьельтек», методом седиментации по Зелени ГОСТ 30043-93 (ИСО5529-78) и на ИК – анализаторе «Инфраматик 8100».
Фракционирование белков муки проводили последовательным экстрагированием соответствующих групп белков из исследуемого материала растворителями. Аминокислотный состав белка определяли инструментальным методом на приборе «Капель».
Количество и качество клейковины определяли по ГОСТ 27839-88.
Газообразующую способность пшеничной и тритикалевой муки в контрольных образцах и с применением пектиновых веществ определяли на приборе Яго-Островского.
Активность амилолитических ферментов определяли по показателю «Число падения» – по ГОСТ 27676-88 на приборе Амилотест АТ-97.
Оценку качества физических свойств теста проводили на приборах
экстенсограф и фаринограф фирмы «Брабендер», альвеограф фирмы «Шопен», реологические свойства клейковины и теста проводили на автоматическом пинетрометре АР-4/2.
Содержание пектиновых веществ в объектах исследований определяли – Са-пектатным методом, комплексообразующую (сорбционную) способность – трилонометрически; содержание сухих веществ – рефрактометрически.
Рисунок 1 – Структурная схема исследования
Содержание витаминов в готовых изделиях определены методами, рекомендованными ГУ НИИ питания РАМН. Массовую долю металлов
определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре «ААS -1».
При проведении пробных лабораторных и производственных выпечек хлеба использовали общепринятые и специальные методы оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, применяемые в хлебопекарной промышленности.
Для объективной и достоверной оценки количественных показателей экспериментов использовали математические методы анализа. Оценку результатов экспериментальных исследований проводили с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Office Excel 2003 и Statistica 6.0 Windows.
В диссертационной работе обобщены результаты исследований, выполненные автором лично, в качестве научного руководителя, научного консультанта или ответственного исполнителя в период с 1985 по 2010 г.г.
Диссертационная работа выполнялась в лабораториях технологии зерна КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко, НИИ «Биотехпереработка» КубГАУ, лабораториях кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции Кубанского государственного аграрного университета.
3 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1 Научное обоснование формирования высококачественного зерна повышенной биологической ценности. Информационный поиск показал отсутствие комплексного системного подхода в обосновании теоретических и практических основ производства хлеба функционального назначения.
В решении обозначенной проблемы одним из определяющих факторов является селекция новых высокопродуктивных качественных сортов пшеницы и тритикале повышенной биологической и пищевой ценности и привлечение их в хлебопекарную отрасль.
В связи с выше изложенным, нами была разработана концептуальная модель производства хлеба функционального назначения (рисунок 2).
Концепция предусматривает наличие управляющей системы, исполнительного механизма, факторов формирующих функциональность хлеба и критерии оценки. Разработанная модель легла в основу исследований представленных в диссертационной работе.
.
Рисунок 2 – Концептуальная модель производства хлеба функционального назначения
Для создания качественных сортов пшеницы используемых в производстве муки хлебопекарной необходимо создание оптимальной системы оценки технологических качеств зерна и совершенствование применяемых методов.
Решение поставленных задач в данной части диссертационной работы базировалось на исследовании в течение трех лет (1984-1986г.г.) технологических свойств зерна 69 коллекционных сортообразцов пшеницы и тритикале селекции России, Украины, Венгрии, Чехии, Словакии, Румынии, Болгарии, Польши, Японии, США.
При оценке качества зерна, как селекционного материала, так и товарных партий используется порой более тридцати показателей. Многие методы их определения отличаются высокой сложностью и трудоемкостью. В условиях постоянно возрастающего объема работ по изучению качества зерна выражение множества показателей через меньшее их число приобретает особую актуальность. С этой целью был использован статистический метод факторного анализа, который позволил выделить взаимозависимые, взаимозаменяемые показатели качества зерна и отобрать наиболее информативные из них. Весомый вклад (64%) в суммарную дисперсию параметров вносят пять факторов (рисунок 3).
Рисунок 3 – Взаимосвязь переменных (отдельных показателей) с наиболее информативными факторами, определяющими качество зерна (1 – натура; 2 – масса 1000 зерен; 3 – общая стекловидность; 4 – полная стекловидность; 5 – массовая доля клейковины в зерне; 6 – качество клейковины в зерне; 7 – массовая доля белка в зерне; 8 – выход муки; 9 – массовая доля клейковины в муке; 10 – качество клейковины в муке; 11 – содержание сухой клейковины в зерне; 12 – число седиментации; 13 – сила муки; 14 – упругость теста; 15 – отношение Р/L альвеографа; 16 – В.П.С.; 17 – сопротивляемость теста; 18 – разжижение теста; 19 – валориметрическая оценка; 20 – энергия теста; 21 – Р экстенсографа, 50 мм; 22 – Рmax экстенсографа; 23 - Р/L экстенсографа; 24 – вязкость теста; 25 – газообразующая способность; 26 – объемный выход хлеба; 27 – формоустойчивость хлеба; 28 – форма хлеба; 29 – цвет мякиша;30– эластичность мякиша; 31 – пористость хлеба; 32 – общая хлебопекарная оценка)
Факторизация 32 показателей качества зерна озимой мягкой пшеницы позволила выявить скрытые закономерности их связей.
По нашему мнению в первом факторе сгруппировались показатели, характеризующиеся белково-протеиназным комплексом, во втором – связанные с количественным накоплением белка, третий фактор характеризует показатели, связанные с газоудерживающей способностью, четвертый – структурой эндосперма, пятый – углеводно- амилазным комплексом. Факторная структура в зависимости от условий года не была одинаковой.
Структура первого и второго факторов почти не изменялась. По некоторым признакам выявлена высокая стабильность информации и высокие факторные нагрузки, независимо от условий формирования качества зерна.
Из 32 показателей выделились 12, вносящих наиболее существенный вклад в информацию о качестве зерна (таблица 1).
Таблица 1 – Значения факторных нагрузок наиболее информативных показателей качества зерна
| № признака в факторной системе | Показатель | Факторные нагрузки (1984-1986гг.) |
| 1 | Натура, г/л | 0,54 |
| 2 | Стекловидность, % | 0,64 |
| 3 | Массовая доля клейковины в зерне, % | 0,78 |
| 9 | Массовая доля клейковины в муке, % | 0,86 |
| 7 | Массовая доля белка в зерне, % | 0,79 |
| 6 | Качество клейковины в зерне, ед. пр. ИДК | - 0,76 |
| 10 | Качество клейковины в муке, ед. пр. ИДК | - 0,82 |
| 12 | Число седиментации,мл | 0,53 |
| 14 | Упругость теста, мм | 0,84 |
| 17 | Сопротивляемость теста, мин | 0,64 |
| 18 | Разжижение теста, е.ф. | - 0,90 |
| 19 | Валориметрическая оценка, е.в. | 0,82 |
Эти показатели были взяты за основу при оценке и браковке селекционного материала по качеству зерна.
Известно, что прямой метод оценки хлебопекарных свойств отличается трудоемкостью, требует большого объема исследуемого материала, что затрудняет отбор по таким показателям как объемный выход и общая хлебопекарная оценка на ранних этапах селекции. В поисках метода возможного прогнозирования хлебопекарных свойств нами был апробирован математический метод путевого анализа.
Экспериментальные данные, полученные при оценке зерна по показателям качества, позволили получить уравнения регрессии, которые свидетельствуют о возможности прогнозирования объемного выхода хлеба и общей хлебопекарной оценки, что подтверждается коэффициентами детерминации R2 = 0, 82 и R2 = 0,99 соответственно (таблица 2).
Установлено, что наибольший вклад в объемный выход хлеба вносят показатели: массовая доля клейковины и ее качество в зерне, реологические свойства теста и показатель седиментации.
Для общей хлебопекарной оценки наибольший вклад также вносят показатели массовой доли клейковины и ее качество, газообразующая способность, выход муки, число седиментации, валориметрическая оценка теста и вязкость.
Полученные расчетные данные были подтверждены фактическими результатами пробной выпечки хлеба.
Таблица 2 – Доли влияния и коэффициенты множественного регрессионного уравнения хлебопекарных свойств
| а0 | Общая стекловидность а1 | Массовая доля клейковины а2 | Качество клейковины а3 | Выход муки а4 | Седиментация а5 | Валориметрическая оценка а6 | Энергия теста а7 | Газообразующая способность а8 | Вязко сть а9 | R2 |
| Объемный выход хлеба | ||||||||||
| 457,2 | 0 0 | 54% +14,9 | 12% -1,87 | 2% -0,71 | 3% -0,75 | 1% -0,36 | 7% +0,26 | 2% -0,03 | 1% -0,001 | 0,82 |
| Общая хлебопекарная оценка | ||||||||||
| 3,8 | 0 0 | 25% +0,05 | 37% -0,02 | 7% +0,02 | 7% -0,01 | 7% +0,004 | 0 0 | 10% -0,001 | 6% +0,0001 | 0,99 |
Примечание: в верхней части дроби – доля влияния, в нижней – коэффициент уравнения регрессии
Достоверность полученных результатов оценивали по величине критерия Фишера (F– критерий) расчетное значение которого меньше теоретического при уровне значимости 0,95.
Сравнение расчетных и экспериментальных данных позволило сделать
заключение о том, что с помощью путевого анализа можно прогнозировать хлебопекарные свойства (объемный выход хлеба, общую хлебопекарную оценку) уже в контрольном питомнике используя полученные уравнения.
На основании исследований, проведенных ранее в лаборатории технологии зерна ГНУ КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко по наследуемости и изменчивости признаков качества зерна, и представленных в диссертационной работе с использованием современных методов с учетом их взаимосвязи, информативности и селекционной значимости, была усовершенствована и оптимизирована система оценки качества зерна, используемая при создании новых сортов пшеницы и тритикале (таблица 3).
Использование оптимальной системы оценки качества зерна позволило создать новые высокобелковые сорта пшеницы и тритикале, снизить на 58% затраты труда на исследование одного образца, увеличить объем исследуемых образцов в год в 2,6 раза.
3.2 Технологическая и биохимическая оценка качества зерна высокобелковых сортов пшеницы. Целенаправленный отбор по качеству
Таблица 3 – Оптимальная система оценки качества зерна пшеницы и тритикале при создании сорта
| Питомник | Масса зерна | Вид анализа |
| Гибрид F1 | 5 г | Седиментация |
| Гибридные популяции F2, F3 | 5 г | Седиментация |
| Селекционный, F3, F4 | 5–40 г | Седиментация, количество и качество клейковины в муке |
| Контрольный F4, F5 | 500 г | Стекловидность(твердозерность), содержание белка, количество качество клейковины в муке, упругость теста (Р), отношение упругости к растяжимости (Р/L), сила муки (W), сопротивляемость, разжижение, валориметрическая оценка, выпечка хлеба стандартным методом |
| Контрольный F4, F5 | 250 г | Стекловидность(твердозерность), содержание белка, количество качество клейковины в муке, упругость теста (Р), отношение упругости к растяжимости (Р/L), сила муки (W), сопротивляемость, разжижение, валориметрическая оценка, выпечка хлеба из 50 г муки методом, модифицированным в лаборатории |
| Конкурсное сортоиспытание | 1 кг | Натура, стекловидность (твердозерность), содержание белка, количество качество клейковины в муке, упругость теста (Р), отношение упругости к растяжимости (Р/L), сила муки (W), сопротивляемость, разжижение, валориметрическая оценка, выпечка хлеба стандартным методом |
| Зональное экологическое испытание | 1 кг | Натура, стекловидность (твердозерность), содержание белка, количество качество клейковины в муке, упругость теста (Р), отношение упругости к растяжимости (Р/L), сила муки (W), сопротивляемость, разжижение, валориметрическая оценка, выпечка хлеба стандартным методом |
| Государственное сортоиспытание | 1кг | Натура, стекловидность (твердозерность), содержание и качество клейковины в зерне, упругость теста (Р), отношение упругости к растяжимости (Р/L), сила муки (W), выпечка хлеба стандартным методом |
зерна в Краснодарском НИИСХ им. П.П. Лукьяненко позволил создать сорта пшеницы сочетающие в себе высокую продуктивность с повышенным содержанием белка в зерне (70-100ц/га и 14-16% белка соответственно).
Исследования технологических качеств зерна высокобелковых сортов Веда, Виза, Файл, показали, что они по многим показателям качества превосходят высокобелковый сорт Обрий украинской селекции, сорта Соратница и Победа 50, средние данные за 2000-2003гг, представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Качество зерна высокобелковых сортов пшеницы( конкурсное сортоиспытание КНИИСХ ср. 2000-2003гг)
| Сорт | Содер жание белка, а.с.м.% | Массовая доля клейко вины,% | Качество клейко вины ИДК-3М ед.пр. | Сила муки, е.а. | Валори метрическая оценка, е.в. | Объем ный выход хлеба, мл | Общая х/п оценка, балл |
| Веда | 14,8 | 29,4 | 57 | 583 | 88 | 611 | 4,5 |
| Виза | 14,4 | 29,6 | 63 | 534 | 84 | 602 | 4,4 |
| Файл | 13,6 | 27,5 | 57 | 690 | 90 | 609 | 4,2 |
| Обрий | 14,1 | 29,0 | 64 | 295 | 84 | 661 | 4,7 |
| Соратница(к) | 12,0 | 25,3 | 70 | 314 | 74 | 640 | 4,9 |
| Победа 50(к) | 12,6 | 28,1 | 63 | 430 | 84 | 620 | 4,6 |
Содержание белка в зерне пшеницы новых сортов Веда, Виза, Файл во все годы исследований было выше, чем у сортов Соратница и Победа 50. Сравнение с сортом Обрий украинской селекции, показало, что лишь сорт Файл уступал ему по содержанию белка на 0,5%.
На основании полученных данных можно сделать заключение, что сорта Веда, Виза, Файл наряду с высоким урожаем, формируют зерно с высоким содержанием белка, клейковины и имеют показатели качества характерные для «сильных пшениц», вопреки существующему мнению об отрицательном влиянии урожая на содержание белка в зерне.
Следует отметить что, несмотря на высокие показатели, характеризующие физические свойства теста, по объемному выходу и общей хлебопекарной оценке высокобелковые сорта уступали контролю.
Так как у сортов Веда, Виза, Файл сочетается высокая продуктивность с повышенным содержанием белка, представляло интерес изучение фракционного состава белка в муке из зерна исследуемых сортов. Нами был изучен фракционный состав белка пшеничной муки 8 образцов в 2004 - 2005гг. Муку получали в лабораторных условиях на мельнице Бюллер, выход 70% (таблица 5).
В годы исследований фракционный состав белка несколько изменялся в зависимости от условий выращивания.
Таблица 5 – Фракционный состав белка пшеничной муки высокобелковых сортов пшеницы (выход 70%)
| Сорт | Содержание белка, %. | |||||
| Водорастворимая фракция | Солерастворимая фракция | Спирторастворимая фракция | Щелоче-растворимая фракция | Небелковый азот | Общий белок | |
| Веда 2004г 2005г | 2,65 2,31 | 1,55 1,72 | 2,97 3,21 | 4,68 4,57 | 2,85 2,69 | 14,7 14,5 |
| Виза 2004г 2005г | 2,78 2,38 | 1,69 1,52 | 3,39 3,04 | 4,23 4,56 | 2,71 3,20 | 14,8 14,7 |
| Файл 2004г 2005г | 2,49 2,36 | 1,73 1,59 | 3,27 2,89 | 4,48 4,60 | 2,83 2,96 | 14,8 14,4 |
| Обрий 2004г 2005г | 2,27 2,11 | 1,74 1,45 | 3,24 2,91 | 4,59 4,46 | 2,56 3,47 | 14,4 14,4 |
| Соратница 2004г 2005г | 2,03 1,87 | 1,67 1,41 | 2,41 2,58 | 3,67 3,74 | 2,32 2,40 | 12,1 12,0 |
| Победа 50 2004г 2005г | 2,13 2,01 | 1,44 1,44 | 2,95 2,46 | 3,60 4,00 | 2,38 2,92 | 12,5 13,0 |
| Дея-9 2004г 2005г | 2,20 2,18 | 1,71 1,43 | 2,18 2,61 | 4,30 4,02 | 2,81 2,76 | 13,2 13,0 |
| Безостая 1 2004г 2005г | 2,04 2,09 | 1,56 1,52 | 2,38 2,39 | 4,97 4,46 | 2,05 3,24 | 13,0 13,7 |
За исключением щелочерастворимой глютелиновой фракции, которая в пределах сорта сильно не изменялась, вероятно, эта составная часть белка обусловлена генотипическими свойствами сорта. Водо- и солерастворимая фракции белка у исследуемых сортов в 2004 году составляла 28,5-30,5%, в 2005 году 26,5-27,9 %.
Исследованиями установлено, что повышение белка в зерне пшеницы приводит к увеличению доли водо- и солерастворимой фракций белка, которые наиболее полноценны по аминокислотному составу лизином, триптофаном, треонином и метионином.
Это означает, что путем селекции за счет повышения общего белка в зерне пшеницы, можно увеличить количество лимитирующих незаменимых аминокислот в хлебе и повысить его биологическую ценность.
Наряду с белковым комплексом в формировании качества хлеба большое значение имеет и углеводный комплекс, от которого зависит газообразующая способность. Выделение газообразной фазы обеспечивает разрыхление теста.
Известно, что брожение теста зависит от собственных сахаров муки, действия, содержащихся в ней амилолитических ферментов и податливости крахмала их действию. Активность амилолитических ферментов характеризует показатель число падения. В связи с этим в 2004-2005гг в исследуемых образцах муки определяли показатель «число падения» (рисунок 4).
Рисунок 4 - Показатель «число падения» в исследуемых сортообразцах муки
Следует отметить низкую активность амилолитических ферментов у новых высокобелковых сортов Виза и Файл число падения у них было 898 с и 941 с соответственно, у сорта Веда этот показатель был несколько ниже 752 с, но выше чем у сортов Соратница, Победа 50, Безостая 1. У сорта Обрий украинской селекции, который на протяжении многих лет является донором белка, также отмечена низкая активность амилолитических ферментов число падения 777 с. Низкая активность амилолитических ферментов не могла не сказаться на газообразующей способности муки новых сортов. Газообразующая способность муки за 5 часов брожения теста представлена на рисунке 5.
Показатель газообразующей способности муки у высокобелковых сортов был лучшим у Веды - 1200 см3 СО2 и занимал промежуточное положение между показателями сортов Безостая 1 – 1300 см3 СО2 и Соратница -1250 см3 СО2. У сортов Виза, Файл и Обрий показатель ГОС был значительно ниже 716, 816, 796 см3 СО2 соответственно.
Наблюдение за динамикой газообразования через каждый час в течение 5 часов брожения показало, что газообразование в тесте из муки высокобелковых
Рисунок 5 - Газообразующая способность муки из зерна исследуемых образцов пшеницы
сортов пшеницы идет активнее в первые часы брожения, затем наступает резкое его снижение. Это объясняется низкой активностью амилолитических ферментов и как следствие, недостатком сахаров в процессе брожения теста, кроме того повышенной активностью дрожжевых клеток, которая зависит от количества растворимых форм белка и аминокислот в тесте.
Таким образом, проведенные исследования показали, что углеводно-амилазный комплекс влияет на технологический процесс приготовления хлеба и зависит от активности амилолитических ферментов, которые обуславливают процесс газообразования в конце брожения теста, в процессе расстойки и в начальной фазе выпечки.
В результате комплексного изучения хлебопекарных свойств новых высокобелковых сортов пшеницы выявлено, что наилучшими показателями качества обладает мука, полученная из сорта Веда, формирующая показатели на уровне или лучше стандартов Безостая 1, Соратница, Победа 50, Дея 9.
В промышленных условиях на мельнице АВМ - 7, перерабатывающего комплекса КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко из зерна пшеницы Соратница и Веда были получены партии муки пшеничной 1 сорта, которые были использованы в дальнейших исследованиях.
В образцах теста, из муки зерна пшеницы Соратница и Веда, было определено количество дрожжевых клеток через один и два часа после начала брожения. Микроскопирование образцов проводили при помощи микроскопа проходящего света для медико-биологических исследований серии «Axio Imeger» (рисунок 6).
а) 1 час после начала брожения 2 часа после начала брожения
б) 1 час после начала брожения 2 часа после начала брожения
Рисунок 6 – Динамика размножения дрожжевых клеток при брожении теста из муки сорта
а) Соратница б) Веда
Из рисунка 6 видно, что в контрольном образце теста из муки сорта Соратница, через час после начала брожения наблюдается меньшее количество дрожжевых клеток по сравнению с образцом из муки сорта Веда.
Через 2 часа после начала брожения также отмечено большее количество дрожжевых клеток в образце теста из муки сорта Веда.
Данные о динамике роста дрожжевых клеток в тесте из муки образцов пшеницы сортов Соратница и Веда представлены в таблице 7.
Таблица 7 – Активность размножения дрожжевых клеток в процессе брожения теста
| Сорт | Количество дрожжевых клеток, кл/мл | |
| 1час от начала брожения | 2 часа от начала брожения | |
| Соратница (контроль) | 1,9*108 | 3,8*108 |
| Веда | 3,3*108 | 4,5*108 |
Следует отметить, что количество дрожжевых клеток в образце теста из муки сорта Веда было в 1,7 раза выше по сравнению с сортом Соратница через 1 час брожения и в 1,2 раза после подсчета количества клеток через 2 часа брожения. Полученные данные позволяют сделать вывод о значительной роли растворимой фракции белков в технологическом процессе на стадии брожения теста и накоплении продуктов метаболизма дрожжей - спирта, углекислого газа, органических кислот в первые часы брожения.
Наряду с изучением хлебопекарных свойств высокобелковых сортов пшеницы проводились работы в области изучения биохимических показателей и выявлении специфичности аминокислотного состава белков пшеничной муки из зерна сортов пшеницы Соратница и Веда. Анализ показал, что сумма аминокислот в муке сорта Веда составляет 119913,7 мг/кг, это на 12206 мг/кг больше, чем в муке сорта Соратница. Выявлено преимущество сорта Веда по содержанию незаменимых критических аминокислот, таких как лизин, треонин, метионин, лейцин (рисунок 7).
г/100
Рисунок 7– Накопление критических незаменимых аминокислот в муке пшеничной 1 сорта из зерна пшеницы Соратница и Веда
В муке, полученной из зерна пшеницы Веда отмечено превышение и по заменимым аминокислотам, таким как гистидин, аспарагиновая кислота, глютаминовая кислота, глицин, аланин, цистин.
Исходя из полученных данных, можно сделать заключение, что мука из зерна сорта Веда превосходит по биологической ценности муку из зерна сорта Соратница, что обусловлено большим накоплением растворимых форм белка, являющихся наиболее полноценными по аминокислотному составу.
Для выявления влияния отдельных (определенных) показателей качества
зерна и муки на основные характеристики качества готового хлеба применяли корреляционный анализ. Выявлена высокая отрицательная корреляционная зависимость R = – 0,67 между урожайностью зерна и числом падения, характеризующим ферментативную активность - и -амилазы. Получена положительная достоверная связь между показателем массовой доли белка с объемным выходом хлеба R = 0,81. Это говорит о том, что формирование высокого содержания белка в зерне способствует получению хлеба с хорошим объемом. Получены данные, подтверждающие мнение исследователей о том, что объемный выход хлеба находится в прямой зависимости от газообразующей способности муки (ГОС) – коэффициент корреляции R = 0,84.
Полученные результаты дают нам основание утверждать, что независимо от условий выращивания объемный выход хлеба зависит от газообразующей способности муки и массовой доли белка в муке.
Следовательно, при создании сорта для хлебопекарных целей и производства качественного хлеба необходимо контролировать как белково-протеиназный, так и углеводно-амилазный комплекс.
В связи с тем, что нами установлена высокая значимость показателя общего белка, а так же его отдельных фракций на качество и биологическую ценность будущего хлеба мы использовали регрессивный анализ по данным экспериментов для выявления доли влияния фракций на объемный выход хлеба.
Математический анализ экспериментальных данных в совокупности за 2004-2005 г.г. позволил получить уравнения регрессии, описывающие влияние водорастворимой, спирторастворимой и щелочерастворимой фракций на объемный выход хлеба, которые имеют вид:
для водорастворимой фракции:
ОВХ = - 67046,4 + 88532,6 x1 – 38172,4 x12 + 5446,4 x13
;
для спирторастворимой фракции:
ОВХ = - 37359,7 + 39337,8 x3 – 13341,0 x32 + 1492,4 x33
;
для щелочерастворимой фракции:
ОВХ = 513248 – 344765 x4 + 77160 x42 – 5743 x43
.
Таким образом, математический анализ подтвердил значимость фракционного состава белка и его влияние на объемный выход хлеба.
Проведенные исследования показали, что высокое содержание белка в зерне пшеницы приводит к уменьшению объема и ухудшению пористости хлеба за счет недостаточной газообразующей способности муки, что вызвано как показали исследования низкой активностью амилолитических ферментов, и сильным процессом газообразования в первые часы брожения за счет большого количества растворимых форм белков и аминокислот. Поэтому необходим особый подход к технологии хлеба из такой муки, что обуславливает необходимость разработки особой технологии по производству хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы.
3.3 Разработка технологии хлеба из муки высокобелкового сорта пшеницы Веда. Отработку технологии хлеба проводили на муке пшеничной первого сорта полученной на мельнице АВМ-7 в перерабатывающем комплексе КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко. Для повышения газообразующей способности теста было принято решение о введении пектина в рецептуру хлеба, как дополнительного компонента, являющегося полисахаридом и как функционального ингредиента - пребиотика, способного образовывать комплексы с солями тяжелых металлов и радионуклидов.
В связи с этим был спланирован эксперимент по способу внесения пектина в тесто. Варианты: 1 – контроль; 2 - сухой пектин 0,2 % к массе муки, замачивался в воде в соотношении 1:25 с температурой 30 - 40 в течении 30 мин.; 3 – сухой пектин вносили 0,2 % к массе муки в сухом виде; 4 – сухой пектин 0,2 % к массе муки, замачивался в 1 % солевом растворе в течении 30 минут; 5 – сухой пектин перетирали с солью в соотношении 1:3, а затем растворяли с водой; 6 – сухой пектин 0,2 % к массе муки, вносили при активации дрожжей.
В вариантах 5 и 6 была отмечена высокая газообразующая способность, по сравнению с остальными вариантами эксперимента. Наибольшее значение ГОС 1750 см3 СО2 отмечено при перетирании пектина с солью и последующим растворением в воде. Вариант с предварительной активацией пектина в 5% сахарном растворе также дал высокий результат - ГОС муки 1700 см3 СО2.
По всем вариантам опыта проводили пробную лабораторную выпечку безопарным способом по общепринятой методике. Через 16 – 18 ч после выпечки оценивали качество хлеба (таблица 8).
Таблица 8 – Влияние способов внесения пектина на качество хлеба пшеничного из муки первого сорта
| Показатели | Варианты опытов | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Удельный объем, см3/100г | 265 | 286 | 283 | 276 | 289 | 284 | ||
| Формоустойчивость, Н/Д | 0,41 | 0,49 | 0,46 | 0,43 | 0,5 | 0,47 | ||
| Влажность,% | 43,6 | 43,9 | 43,8 | 43,7 | 43,9 | 43,8 | ||
| Пористость, % | 67 | 72 | 70 | 68 | 73 | 71 | ||
| Кислотность, град | 2,3 | 2,8 | 2,7 | 2,6 | 2,9 | 2,8 | ||
| Структурно-механические свойства мякиша, ед.пр. | ||||||||
| Нобщ | 48 | 66 | 56 | 52 | 64 | 67 | ||
| Нпласт | 29 | 40 | 31 | 30 | 37 | 43 | ||
| Нупр | 19 | 26 | 25 | 22 | 27 | 24 | ||
Из данных таблицы 8 видно, что внесение пектина при замесе теста приводит к улучшению показателей качества хлеба. Наилучшие результаты следует отметить у хлеба с внесением сухого пектина в смеси
с солью и при активации дрожжей в пектино-сахарном растворе, что и учитывалось в дальнейших исследованиях по отработке технологии для производства хлеба из муки высокобелкового сорта.
С целью выявления влияния вида пектина на ход технологического процесса и качество хлеба из высокобелковой пшеничной муки сорта Веда и определения его оптимальной дозировки, осуществляли выпечку хлеба по различным технологиям.
Были использованы способы - безопарный, на опаре, по интенсивной «холодной» технологии и на охлажденном дрожжевом полуфабрикате (ОДП) с внесением 0,1; 0,2 и 0,3 % сухого яблочного, цитрусового и свекловичного пектина. При использовании безопарной технологии приготовления теста лучшие результаты были получены в случаях использования яблочного и цитрусового пектинов с дозировкой 0,2%. При этом удельный объем увеличивался на 17% с яблочным пектином и на 16% с цитрусовым по сравнению с контролем. Введение в тесто свекловичного пектина также показало увеличение объема в сравнении с контролем, но не так явно, как в первых двух случаях.
Опарный способ приготовления теста показал результаты немного ниже в сравнении с безопарным, по всей вероятности это можно объяснить, низкой активностью брожения дрожжевых клеток, т.к. сорт Веда имеет высокое содержание белка и низкое содержание углеводов, что и приводит к уменьшению объема хлеба и снижению кислотности.
При использовании интенсивной «холодной» технологии улучшитель «Амилокс-3» был заменен на пектин. По интенсивной «холодной» технологии хлеб получился во всех трех вариантах с хорошими показателями удельного объема. При этом он увеличивался с ростом дозировки пектина во всех трех случаях.
При приготовлении теста на охлажденном дрожжевом полуфабрикате (ОДП) с использованием трех видов пектина: яблочный, цитрусовый и свекловичный были получены наилучшие результаты (таблица 9).
Таблица 9 Влияние вида пектина на качество хлеба из муки сорта Веда на охлажденном дрожжевом полуфабрикате
| Показатели | Контроль | Вид пектина | ||
| яблочный | цитрусовый | свекловичный | ||
| Удельный объём, см3/100г. | 373 | 384 | 386 | 384 |
| Формо-устойчивость, Н/D | 0,61 | 0,7 | 0,67 | 0,71 |
| Влажность, % | 42,7 | 42,9 | 42,9 | 43,1 |
| Пористость, % | 77 | 81 | 82 | 81 |
| Кислотность, град. | 2,2 | 2,3 | 2,3 | 2,2 |
| Структурно-механические св-ва, ед. пенетрометра: Н общ Н пл Н упр | 73 47 26 | 73 43 30 | 79 48 31 | 77 48 29 |
| Через 36 часов хранения: Нобщ Нпл Нупр | 53 31 22 | 54 26 28 | 59 30 29 | 59 30 29 |
Результаты пробной лабораторной выпечки показали, что технология на ОДП возможна при производстве хлеба из муки, полученной из высокобелкового зерна пшеницы с введением пектина в рецептуру.
Пористость при использовании данной технологии была наилучшей в сравнении с другими технологиями приготовления теста, что положительно сказалось на структурно-механических свойствах мякиша.
Установлено, что введение ПВ оказывает интенсифицирующее воздействие на процесс брожения – наблюдается нарастание кислотности теста и увеличение газообразования в тесте в связи с увеличением в питательной среде легкосбраживаемых углеводов, являющихся дополнительным питанием для микроорганизмов.
Кроме этого использование ПВ замедляет процесс черствения. За время хранения до 36 ч значение Нобщ. контрольного образца уменьшается на 15,5%,тогда как в хлебе с пектином величина общей сжимаемости мякиша снижается на 7,2-12,8% в зависимости от вида пектина.
Проведенные исследования позволяют сделать заключение о положительном влиянии пектина различных видов на ход технологического процесса и качество хлеба.
Математические модели зависимости объемного выхода хлеба и газообразующей способности от пектина – свекловичный и цитрусовый представлены на рисунке 6.
1 – свекловичный пектин 2 цитрусовый пектин
Рисунок 6 – Математическая модель зависимости объемного выхода хлеба и газообразующей способности от содержания пектина
Исследования позволили выявить наиболее оптимальные способы производства хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы и разработать технологии различных сортов хлеба. Это – ускоренный по интенсивной «холодной» технологии с внесением пектина при активации дрожжей хлеб «Пектиновый» и на ОДП пектин вносится в виде водносолепектинового раствора хлеб «Южный». Качественные характеристики разработанных сортов хлеба из муки высокобелковых сортов пшеницы представлены в таблице 10.
Таблица 10 – Показатели качества разработанных сортов хлеба
| Показатели качества хлеба | «Пектиновый» | «Южный» |
| Удельный объем, см3/100г | 390 | 384 |
| Формоустойчивость, Н/D | 0,53 | 0,72 |
| Пористость,% | 78 | 81 |
| Кислотность, град | 2,3 | 2,3 |
| Сорбционная способность хлеба, мг Pв2+/г | 95,3 | 102,9 |
Сорбционная способность разработанных сортов хлеба дает основание рекомендовать эти изделия для введения в рацион питания людей, проживающих в регионах с неблагоприятной экологической обстановкой.
С целью выявления влияния пектина на ход технологического процесса и качество хлеба из высокобелковой пшеничной муки сорта Веда и определения его оптимальной дозировки, осуществляли выпечку хлеба по различным технологиям.
3.4 Исследование биологической ценности хлеба из муки сорта Веда. Для выяснения биологической ценности хлеба из муки высокобелкового сорта пшеницы проведена его сравнительная оценка с хлебом из муки сорта Соратница. Сумма незаменимых аминокислот в хлебе из муки нового сорта Веда составила 2506 мг%, что на 73 мг% больше в сравнении с контролем.
Изделия из муки сорта Веда превосходят контроль по содержанию незаменимых аминокислот: изолейцин на 20 мг%, метионин + цистин на 30 мг%, треонин на 26 мг%, лизин на 15 мг%, лейцин на 77 мг%. Количество заменимых аминокислот в хлебе из муки сорта Веда больше, чем в хлебе контрольного образца по всем позициям, за исключением аргинина.
Биологическую ценность белков в хлебе определяли путем сравнения их аминокислотного состава с составом «идеального белка».
Расчет АС аминокислотного скора (АС) белков хлеба «Южный» показал, что скоры изолейцина, лейцина, треонина и лизина выше по сравнению с контролем на 11,0; 10,5; 7,0; 4,0% соответственно. Лимитирующей кислотой в обоих образцах является лизин, что характерно для хлебобулочных изделий, при этом в хлебе «Южный» содержание его выше на 4%.
На основании полученных результатов, можно сделать вывод, что использование муки из зерна нового сорта Веда приводит к повышению биологической ценности белков хлеба.
Для установления суточной потребности человека в основных питательных веществах произведен расчет этой потребности за счет введения в рацион хлеба «Южный (таблица 11).
Таблица 11 – Степень покрытия за счет хлеба «Южный» суточной потребности человека в пищевых веществах
| Показатель | Суточная потреб-ность взрослого человека | Контроль | Хлеб «Южный» | ||
| Содер-жание в 300г изделия | Покрытие потребности,% | Содер-жание в 300г изделия | Покрытие потребности,% | ||
| Незаменимые аминокислоты, мг | |||||
| изолейцин | 3500 | 1227 | 35,0 | 1287 | 36,5 |
| метионин+ цистин | 4500 | 1020 | 22,7 | 1137 | 25,3 |
| треонин | 2500 | 912 | 36,5 | 990 | 39,6 |
| лизин | 4000 | 597 | 14,9 | 642 | 16,1 |
| лейцин | 5000 | 1470 | 29,4 | 1701 | 34,0 |
| Витамины, мг | |||||
| тиамин (В1) | 1,5 | 0,75 | 48,0 | 1,14 | 76,0 |
| рибофлавин (В2) | 2,0 | 0,24 | 12,0 | 0,30 | 15,0 |
| ниацин (РР) | 17,0 | 3,9 | 22,9 | 8,04 | 47,3 |
Суточная потребность в незаменимых аминокислотах, таких как лизин, лейцин, изолейцин, метионин+цистин, треонин покрывается в большей степени по сравнению с контрольным образцом.
Приведенные данные позволяют отметить, что при употреблении опытных изделий потребность в витаминах тиамин (В1), рибофлавин (В2), ниацин (РР) покрывается по сравнению с контролем в большей степени при употреблении 300г хлеба «Южный».
Итоговым результатом работы на данном этапе стала разработка технической документации на новые сорта хлебобулочных изделий: хлеб «Пектиновый» (ТУ9114-002-45975963-05), хлеб «Южный» (ТУ 9114-128-0493202-09).
4.5 Изучение хлебопекарных и биохимических показателей качества зерна тритикале селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко. В решении проблемы растительного белка особый интерес представляет культура тритикале, способная в равных с пшеницей условиях накапливать в зерне 14-18% белка.
Решение поставленных задач в данном разделе диссертационной работы базировалось на исследовании технологических и хлебопекарных свойств зерна тритикале, с целью расширения сырьевой базы и ассортимента выпускаемой продукции, повышения ее пищевой и биологической ценности.
Была проведена технологическая оценка качества зерна сортов тритикале Союз, Авангард, Прорыв, Мудрец, Валентин 90, Учитель и сортов пшеницы Красота и Яшкулянка, имеющих ржаную транслокацию 1В/1R при создании которых, использовали тритикале как проводник генома R («тритикальный мостик») (таблица12).
Таблица 12 – Технологическая характеристика зерна тритикале селекции КНИИСХ (2000 -2003гг)
| Сорт | Массовая доля белка,% | Массовая доля клейковины,% | Качество, ед пр. ИДК | Сила муки,е.а. | ГОС, см3 СО2 | Число падения,с |
| Союз | 13,4 | 19,9 | 100 | 53 | 1100 | 165 |
| Авангард | 14,7 | 24,2 | 85 | 102 | 1270 | 244 |
| Прорыв | 13,5 | 20,6 | 95 | 38 | 1080 | 176 |
| Мудрец | 13,9 | 19,5 | 80 | 100 | 1400 | 240 |
| Валентин 90 | 14,6 | 24,4 | 70 | 144 | 1440 | 243 |
| Учитель | 14,5 | 23,3 | 97 | 65 | 1200 | 175 |
| Красота | 12,8 | 26,4 | 85 | 102 | 1400 | 270 |
| Яшкулянка | 12,6 | 27,4 | 80 | 171 | 1450 | 295 |
При изучении основных показателей качества тритикалевой муки было отмечено варьирование по всем показателям. Массовая доля белка в зерне тритикале изменялась от 13,4% у сорта Союз до 14,7% у сорта Авангард и была выше по сравнению с сортами пшеницы Яшкулянка и Красота. По массовой доле клейковины в зерне следует отметить сорта тритикале Авангард и Валентин 90, которые имели 24,2% и 24,4% соответственно, что на 2% ниже в сравнении с сортами пшеницы Красота и на 3% Яшкулянка. Сила муки у сорта Авангард была на уровне сорта пшеницы Красота 102 е.а. У сорта Валентин 90 этот показатель был выше, чем у Красоты на 42 е.а, но ниже чем у сорта пшеницы Яшкулянка. Таким образом, анализ данных показывает, что зерно тритикале Авангард и Валентин 90 по показателям качества можно отнести к ценным по силе.
В ходе исследований выявлена высокая активность амилолитических ферментов в зерне тритикале Союз, Прорыв и Учитель, что оказывает отрицательное влияние на качество хлеба. У сортов Авангард, Мудрец и Валентин 90 активность амилолитических ферментов была близка к показателю пшеницы Красота и уступала сорту Яшкулянка. Газообразующая способность муки у тритикале Авангард, Мудрец и Валентин 90 была на уровне пшениц Яшкулянка и Красота, что объясняется хорошей газоудерживающей способностью теста. Таким образом, наиболее перспективными для хлебопечения являются сорта тритикале Авангард, и Валентин 90. Но так как по комплексу показателей наилучшим был сорт тритикале Валентин 90, дальнейшие исследования проводились с мукой смолотой из зерна этого сорта.
В муке тритикале лабораторного помола (выход 67%) из зерна сорта Валентин 90 был изучен фракционный состав белка (таблица 13).
Таблица 13 – Фракционный состав белка озимой тритикале селекции КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко 2005г
| Культура | Количество белка,% | Фракции белка,% | ||||
| альбумины | глобулины | проламины | глютелины | Небелковый азот | ||
| Соратница (пшеница) | 12,0 | 1,87 | 1,41 | 2,58 | 3,74 | 2,40 |
| Веда (пшеница) | 14,5 | 2,31 | 1,72 | 3,21 | 4,57 | 2,69 |
| Валентин 90 (тритикале) | 14,6 | 2,77 | 2,48 | 4,96 | 2,77 | 2,22 |
Альбуминовая и глобулиновая фракции в белке тритикале сорта Валентин 90 составляют 36%. Следует отметить повышенное содержание этих фракций у высокобелкового сорта пшеницы Веда, которое было на уровне 32%. У сорта Соратница эти фракции в сумме составляли 28%.
Отличительной особенностью фракционного состава белка тритикале
является высокое содержание проламиновой фракции в общем белке - она составила 34%, против 22% в белке пшеницы. В белке пшеницы преобладала глютелиновая фракция - 32%, в то время как у тритикале эта фракция была на уровне 19%. Полученные результаты по двум зерновым культурам, позволяют объяснить более низкое качество клейковинных белков тритикале более высоким содержанием растворимых форм белка и глиадиновой фракции которая, как известно, представляет собой легко текучую массу.
Как известно, биологическая ценность водо- и солерастворимых фракций белка составляет 60-75%, поэтому нами была проанализирована мука тритикале (лабораторный помол) по аминокислотному составу.
Отмечено, что по содержанию лизина, аспарагиновой кислоты, валина, лейцина, серина, глицина, треонина, тирозина мука тритикале превосходит муку сортов пшеницы Соратница и Веда.
Содержание пролина в белке у тритикале сорта Валентин 90 было 14,2%, что больше в сравнении с Соратницей, где его содержание составило 13,6%, но меньше в сравнении с Ведой 14,8%.
Содержание глютаминовой кислоты в белке тритикале было ниже, чем у пшеницы.
Таким образом, исследования аминокислотного состава белка тритикалевой муки дают основание говорить о его высокой биологической ценности, и позволяют рекомендовать муку из зерна тритикале для внедрения в хлебопекарное производство с целью обогащения хлебобулочных изделий полноценным растительным белком.
Учитывая специфические особенности культуры, требуется создание
индивидуальной технологии для производства хлеба из муки тритикале, основанного на подавлении активности амилолитических ферментов и повышении начальной кислотности теста.
3.6 Разработка технологии хлеба функционального назначения на основе муки тритикале. Ранее проведенные исследования показали, что пектиновых веществ (ПВ) изначально присутствующих в муке тритикале недостаточно для создания продуктов питания, обладающих детоксикационными свойствами. Кроме того, технология хлеба из муки
тритикале, должна быть направлена на повышение начальной кислотности
теста, с целью инактивации амилолитических ферментов муки тритикале.
С этой целью проводили внесение пектиновых веществ при замесе теста в виде сухого пектина и пектинового экстракта, обладающих комплексообразующей способностью. Нами проводились исследования по изучению влияния дозировки пектиновых веществ на реологические свойства клейковины обдирной муки полученной из зерна тритикале.
В результате эксперимента выявлено, что ПВ укрепляют клейковину, повышая упругость и эластичность. Наилучший эффект на структурно- механические свойства клейковины оказывало влияние 1,0% сухого пектина и 2,5% пектинового экстракта. Увеличение дозировки приводило к затруднению отмывания клейковины, к снижению эластичности и увеличению ее крошковатости.
Повышение упругих свойств клейковины, является результатом образования белково-полисахаридных комплексов при взаимодействии белков муки с пектинами, что приводит к уплотнению структуры белкового вещества за счет дополнительного образования новых связей (ионных, водородных, гидрофобного взаимодействия).
Учитывая полученные результаты, был произведен сортовой помол муки из зерна тритикале сорта Валентин 90 промышленным способом, в перерабатывающем комплексе КНИИСХ им. П.П. Лукьяненко.
Для выяснения механизма влияния пектиновых веществ на амилолитическую активность муки сеянной из зерна Валентин 90 были взяты сухой цитрусовый пектин и яблочный пектиновый экстракт (ЯПЭ). Пектин сухой вносили в количестве 1 %, а пектиновый экстракт – 2,5 % к массе муки (рисунок 9).
Проведенные исследования показали, что как сухой пектин, так и пектиновый экстракт оказывают ингибирующее действие на активность амилолитических ферментов муки тритикале, что объясняется наличием полигалактуроновой кислоты в составе пектиновой молекулы.
Рисунок 9 - Влияние пектиновых веществ на показатель «число падения» в муке тритикале сорта Валентин 90
Результаты исследования показали, что характер изменения параметров альвеограммы и фаринограммы зависит от вносимой добавки.
Для изучения влияния пектиновых веществ на структурно-механические свойства теста из тритикалевой муки проводили определение его физических свойств на приборах «Альвеограф» и «Фаринограф» (таблица 17,18).
Таблица 17– Стpуктуpно-мeхaничecкие свoйcтвa тecтa из муки тритикaлe получeнные на прибope «Альвеограф»
| Варианты опытов | Упругость, Р мм | Растяжимость, L мм | Удельная деформация теста, е.а |
| Контроль | 148 | 28 | 148 |
| Цитрусовый пектин | 173 | 48 | 290 |
| Яблочный пектиновый экстракт | 158 | 42 | 260 |
.
Таблица 18 – Физичecкиe свoйcтвa тecтa тритикaлeвoй муки на приборе Фаринограф
| Вид пектина | Показатели | |||
| В.П.С. с конс. теста 500е.ф, % | сопротивляемость теста, мин | paзжижeниe, ед.ф. | вaлopиметpи чeскaя оцeнка, е.в. | |
| Кoнтpoль (бeз пeктина) | 48,0 | 6,0 | 150,0 | 60,0 |
| Пeктинoвый экстpaкт - яблочный | 58,0 | 10,0 | 100,0 | 71,0 |
| Пектин - цитpусoвый (сухой) | 58,1 | 11,0 | 98,0 | 72,0 |
Показатель силы муки в случае использования пектина составил 290 е.а., а упругости - 173 мм, что соответствует сильной муке.
Введение ПВ приводит к увеличению водопоглотительной способности муки (ВПС), снижению разжижения теста, способствует укреплению его консистенции и повышению упругости по сравнению с контролем.
Увеличение ВПС при внесении ПВ связано со способностью пектина удерживать воду благодаря способности метоксилированных карбоксильных групп в водной среде сближаться, с образованием полимерных цепей молекул пектина, составляющих его гелеобразную структуру. Улучшение структурно-механических свойств теста обусловлено упрочнением его клейковинного каркаса за счет взаимодействия свободных карбоксильных и гидроксильных групп с аминогруппами белка клейковины, вызывая конформационные изменения в белковой молекуле, приводящие к более «плотной упаковке».
Для определения влияния пектина на качество хлеба и выбора оптимальных дозировок проводилась серия лабораторных выпечек. Тесто готовилось безопарным способом, с внесением ПВ непосредственно в тесто. Перед внесением пектина его замачивали, предварительно смешав с пятью частями сахара, в течение 30 мин., непрерывно помешивая. Экстракты добавляли непосредственно в тесто без предварительной подготовки.
Установлено, что наиболее высокие показатели качества имел хлеб с внесением сухого пектина в количестве 1,0% и экстракта – 2,5% к массе муки. Внесение пектиновых веществ в установленной оптимальной дозировке позволило устранить липкость и заминаемость мякиша, благодаря активизации процесса брожения и более быстрому процессу кислотонакопления. Свойства мякиша хлеба изменялись в процессе хранения медленнее, чем в контроле, что свидетельствует о замедлении процесса черствения.
Исследования показали, что в технологии хлеба из муки тритикале целесообразным является применение яблочного пектинового экстракта, а не пектина, как наиболее доступного и дешевого сырья. Замена пектина на экстракт позволяет упростить технологический процесс. Хлеб из муки тритикале является более полноценным продуктом с точки зрения биологической ценности, но с внесением пектина его функциональное назначение определяется еще и сорбционной способностью. У хлеба с внесением сухого пектина в количестве 1,0% она составила 225,9 мгРв2+/г, с яблочным пектиновым экстрактом – (2,5% к массе муки) она была 112,2 мгРв2+/г.
Приведенные экспериментальные данные подтверждают, что хлеб из муки тритикале с внесением установленной оптимальной дозировки пектиновых веществ можно рекомендовать как функциональный продукт питания.
Статистическая обработка и корреляционно-регрессионный анализ результатов исследований позволили установить аналитические зависимости объемного выхода хлеба от наиболее существенных показателей качества муки тритикале, таких как число падения и качество клейковины, лимитируюших технологический процесс производства хлеба из муки тритикале и его качество (рисунок 10).
Контроль Образец с пектином
