Разработка технологии производства хлебобулочных изделий, обогащенных фтором и селеном
На правах рукописи
НОВИКОВА ЖАННА ВИКТОРОВНА
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА
ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ОБОГАЩЕННЫХ ФТОРОМ И СЕЛЕНОМ
Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения
и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва -2007
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств »
Научный руководитель:
Доктор технически наук, профессор Дубцов Георгий Георгиевич
Официальные оппоненты:
Доктор технических наук, профессор Колпакова Валентина Васильевна
ГОУ ВПО «Московский государственный
университет пищевых производств»
Доктор технических наук, профессор Малкина Валентина Даниловна
«Московский Государственный
Университет технологий и управления»
Ведущая организация: Международная промышленная
академия
Защита состоится «_____»__________________2007 г. в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. _____, корп. А.
Просим Вас принять участие в заседании Диссертационного совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП
Автореферат разослан «____»_____________2007 г.
Ученый секретарь
Диссертационного совета, к.т.н. Белявская И.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Роль питания в обеспечении нормальной жизнедеятельности организма является определяющей при любом уровне развития общества, но при этом с изменениями условий жизни и характера труда человека изменяется и его питание, количество и состав пищи.
Нарушение принципов рационального и сбалансированного питания является одним из основных факторов вызывающих расстройство здоровья человека. Рацион питания современного человека, вполне достаточный для восполнения фактических энерготрат, не может обеспечить его необходимым количеством эссенциальных микронутриентов, потребность в которых за последнее время не только не снизилась, но, учитывая их защитную и адапционную функцию, значительно возросла.
К нутриентам, дефицит которых в первую очередь приводит к развитию заболеваний и патологических состояний, относятся витамины и минеральные вещества. В постановлении Главного государственного санитарного врача Российской Федерации Г.Г. Онищенко № 9 от 05.03.04 года отмечается, что регулярные массовые исследования структуры питания различных групп населения «подтверждают широкое распространение дефицита микронутриентов - витаминов, макро- и микроэлементов (железо, йод, селен, кальций, фтор и др.) у большей части детского и взрослого населения».
Основным путем восполнения недостающих организму эссенциальных микронутриентов является регулярное включение в рационы питания всех категорий населения специализированных пищевых продуктов, обогащенных жизненно необходимыми компонентами. В связи с этим возникает необходимость создания продуктов, которые позволят осуществлять алиментарную коррекцию заболеваний и патологических состояний. Эта задача возложена, прежде всего, на пищевые продукты для лечебного питания и так называемые продукты для функционального питания. Функциональным (по определению ГОСТ 52349) «является продукт при систематическом потреблении снижающий риск развития заболеваний, связанных с питанием и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически функциональных ингредиентов», к которым относят пищевые волокна, витамины, минеральные вещества и др.
Концептуальные основы производства функциональных продуктов, заложенные зарубежными и, в частности, японскими исследователями в 70-е годы ХХ века, получили развитие в трудах ведущих отечественных ученых А.П. Нечаева, А.А. Кочетковой, В.А. Тутельяна, В.Б. Спиричева, Б.А. Шендорова и др.
Как показали результаты исследований, наиболее эффективным путем улучшения обеспеченности населения микронутриентами является обогащение ими продуктов массового потребления, доступных для всех групп детского и взрослого населения и регулярно используемых в повседневном питании. К таким продуктам в первую очередь относятся хлебобулочные изделия. Научные основы производства хлебопекарной продукции, обогащенной микронутриентами, рассмотрены в трудах отечественных ученых: В.А. Патта, В.Л. Кретовича, Р.Р. Токаревой, Л.И. Пучковой, Р.Д. Поландовой, Т.Б Цыгановой, В.Д. Малкиной, Л.Н. Шатнюк, Г.Г. Дубцова и др.
Вместе с этим развитие биологической науки, способствует появлению новых данных о механизме влияния отдельных минеральных веществ на состояние организма человека и, в частности, установлена важная роль в профилактике ряда серьезных заболеваний микроэлементов селена и фтора. Основываясь на этих данных, в ряде стран в профилактических целях осуществляется обогащение селеном и фтором некоторых продуктов повседневного спроса. Однако до настоящего времени теоретические и практические аспекты обогащения хлебобулочных изделий селеном и фтором остаются до конца неисследованными.
С учетом изложенного является актуальным исследование путей и методов обогащения хлебобулочных изделий селеном и фтором в целях создания группы изделий для функционального питания.
Исследования по этому направлению проводились в рамках выполнения задач, поставленных в «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года», одобренной постановлением Правительства Российской Федерации от 10 августа 1998 г № 917 и Государственной программой Минобразования РФ «Научное, научно-техническое и информационное обеспечение системы образования», раздел IV подпрограммы «Научно-методические вопросы социального обеспечения жизнедеятельности учащихся» (2000-2001 г.г.).
Цель и задачи исследований. Целью данной работы является способствование оздоровлению детского и взрослого населения России за счет создания и внедрения в производство функциональных хлебобулочных изделий профилактической направленности, обогащенных фтором и селеном. В соответствии с поставленной целью в работе решали следующие задачи:
- дать теоретическое обоснование технологии производства хлебобулочных изделий, обогащенных препаратами селена и фтора; обосновать выбор вносимых форм селена и фтора, установить количественные изменения фтора и селена в процессе приготовления изделий;
- определить влияние препаратов селена и фтора на свойства пшеничной муки и прессованных дрожжей;
- исследовать влияние препаратов селена и фтора на интенсивность технологических процессов, определить параметры приготовления полуфабрикатов с применением селеносодержащих и фторсодержащих препаратов;
- установить влияние препаратов минеральных веществ на качество хлебобулочных изделий;
- определить состав солевой смеси для обогащения хлебобулочных изделий селеном и фтором;
- исследовать функциональные (профилактические) свойства хлебобулочных изделий, обогащенных фтором и селеном;
- промышленная апробация применения солевой смеси, обогащенной фтором и селеном при производстве хлебобулочных изделий;
- разработать проект технических условий на солевую смесь, обогащенную фтором и селеном;
- разработать проект нормативной документации на хлебобулочные изделия, содержащие добавки селена и фтора.
Научная новизна. Научно обоснованы технические решения, направленные на создание группы функциональных хлебобулочных изделий, обогащенных микроэлементами фтором и селеном, установлен перечень препаратов для обогащения хлебобулочных изделий.
Определены физиологически допустимые дозировки препаратов для обогащения хлебобулочных изделий.
Показано, что селен и фтор, находящиеся в препаратах, являются достаточно активными и легко вовлекаются в биохимические и микробиологические процессы при приготовлении изделий, однако характер воздействия микроэлементов носит не импульсивный, а пролонгированный во времени характер, и, следовательно, применение препаратов при ускоренных способах приготовления хлебопекарных полуфабрикатов не требует существенного изменения технологии.
Показано, что по характеру воздействия на свойства муки, дрожжей, параметры технологического процесса при приготовлении теста, качество и сохраняемость хлебобулочных изделий фторо- и селеносодержащие препараты достаточно близки.
Отмечено, что в физиологически допустимой дозировке препараты селена и фтора не оказывают существенное влияние на показатели качества клейковины и повышают активность гидролитических ферментов (амилаз и протеаз) муки. Внесение препаратов, не оказывает непосредственное влияния на липоксигеназную активность муки, но замедляет окислительные процессы, происходящие при приготовлении полуфабрикатов хлебобулочных изделий.
Введение препаратов усиливает выделение дрожжами восстановленного глютатиона, что является дополнительным фактором, регулирующим окислительные процессы, оказывающие влияние на качество изделий.
Выявлено влияние препаратов минеральных веществ, на степень снижения окислительных изменений липидов в хлебобулочных изделиях при хранении.
Впервые показано, что введение минеральных добавок в физиологически допустимых количествах повышает устойчивость изделий к микробиологическому повреждению.
Практическая значимость. Разработана технология производства хлебобулочных изделий функционального назначения, обогащенных эссенциальными микроэлементами фтором и селеном, путем введения водорастворимых минеральных солей, а также за счет использования селенированных термоинактивированных дрожжей.
Предложен солевой состав на основе поваренной соли, содержащий селенат натрия и фторид натрия, предназначенный для выработки хлебобулочных изделий.
Разработан проект технических условий на солевой состав, обогащенный фтором и селеном.
Разработан проект документации на сухари сдобные «Особые, обогащенные фтором и селеном» для функционального питания.
Результаты исследований подтверждены опытно-промышленной апробацией на ОАО ЭКБК «Звездный».
Подтверждены функциональные (профилактические и лечебные) свойства хлебобулочных изделий опытами на лабораторных животных и путем клинической апробации.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на Всероссийской научно-технической конференции-выставки с международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» (Москва 2002 г), Всероссийской научно-технической конференции-выставки с международным участием «Технологии и продукты здорового питания» (Москва 2004г), IV международной конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва 2006), 1 Всероссийском съезде диетологов и нутрициологов (Москва 2006 г.).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 156 страницах основного текста, содержит 30 таблиц и 12 рисунков. Список используемой литературы включает 168 источников российских и зарубежных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
- Обзор литературы
В обзоре литературы рассмотрена роль микроэлементов в качестве компонентов рациона питания, освещены проблемы, возникающие в связи с дефицитом микроэлементов в рационе, и возможности использования хлебобулочных изделий в качестве источника минеральных веществ. Рассмотрены роль селена и фтора в питании человека, их воздействие на организм, потребность в этих минеральных веществах. Проанализированы основные методы повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий в связи с созданием изделий профилактического назначения. Анализ научно-технической литературы в данной области выявил целесообразность создания хлебобулочных изделий профилактической направленности, которые возможно отнести к функциональным продуктам.
2. Экспериментальная часть
2.1. Объекты и методы исследований
В ходе исследований использовали сырье и материалы, применяемые в хлебопекарном производстве: пшеничную муку высшего сорта, сахар-песок, растительное масло, дрожжи прессованные, соль поваренную пищевую и другое сырье, соответствующее требованиям ГОСТов, ОСТов или технических условий. В качестве добавок использовали препараты фтора и селена (фторид натрия, селенат натрия, селенопиран, диметилдипиразолилселенид, а также термоинактивированные селенированные дрожжи (ТИСД) производство Финляндии).
В работе применяли общепринятые методы исследований хлебопекарного сырья, полуфабрикатов. Тесто для изделий готовили опарным, безопарным (без брожения до разделки) способами.
Содержание селена в изделиях определяли с помощью метода флуоресценции. Содержание фтора определяли путем измерения оптической плотности подготовленных проб при длине волны 580 нм. Содержание восстановленного глютатиона с помощью титрования проб раствором йодита калия (метод М.П. Попова и С.С. Щербакова), активность липоксигеназы спектрофотометрическим по методу М.П. Попова и Г.Г. Дубцова, активность протеаз по методу Ансона, осахаривающую способность амилаз по накоплению редуцирующих сахаров, определяемых колориметрически с помощью феррицианидного метода.
Состав жирных кислот определяли методом газовой капиллярной хроматографии на приборе MEGA 5600 фирмы «Karlo Erba». Количественное определение отдельных кислот проводили методом внутренней нормализации. Кислотное число липидов в готовых изделиях определяли по ГОСТ 5476-80, перекисное число - по ГОСТ 26593 – 85.
Активность воды при определении состава солевой смеси устанавливали расчетным путем при определении ее равновесной влажности.
Для изучения влияния используемых компонентов на качество хлебобулочных изделий проводили лабораторные и производственные выпечки по стандартным методикам, готовые изделия анализировали через 16-18 часов после выпечки по органолептическим и физико-химическим показателям.
Общая схема исследований приведена на рис.1.
Рис.1. Общая схема исследования
2.2. Результаты исследований и их анализ
2.2.1. Обоснование выбора добавок для обогащения хлебобулочных изделий фтором и селеном
Фтор и селен являются эссенциальными микроэлементами, присутствие которых в определенном количестве в рационе питания человека является жизненно необходимым. Данные минеральные вещества, обладая высокой биологической активностью, входят в ряд важнейших ферментов, характерных не только для человека, но и представленных в биологически активном сырье, к которому относятся основные виды хлебопекарного сырья - мука и дрожжи. Дефицит фтора и селена в рационе приводит к нарушению здоровья (табл. 1). Вместе с этим, использование селеносодержащих и фторсодержащих препаратов в качестве биологически активных добавок при выработке хлебопекарной продукции может оказать влияние на протекание технологических процессов и качественные характеристики изделий, поскольку эти микроэлементы воздействуют на ферменты муки (гидролазы, липазу и липоксегиназу), глютатион дрожжей и др. компоненты.
Таблица 1 – Функциональные характеристики микроэлементов селена и фтора в качестве компонентов рациона питания и пищевых систем
| Функциональные характеристики | Селен | Фтор | ||
| Профилактическая направленность | Профилактика сердечно сосудистых заболеваний и инфаркта миокарда | Стимулирование роста и развития организма. Формирование костной ткани и эмали зубов | ||
| Замедление старения организма | ||||
| Профилактика онкологических заболеваний | ||||
| Повышение неспецифической резистентности к тяжелым инфекциям | ||||
| Профилактика радиационных поражений | ||||
| Зона желудочно-кишечного тракта, в которой происходит всасывание | Двенадцатиперстная кишка | Ротовая полость, желудок | ||
| Степень усвоения в организме, % | 70-74 | 80 – 96 | ||
| Норма суточного потребления, мг | 0,1 | 2,0 | ||
| Разовая токсичная доза, мг | 3,0 | 600 | ||
| Биохимические характеристики | Антиокислительная способность, синергизм по отношению к витамину Е. Участие в синтезе глютатионпероксидазы. Ингибирование эстераз | Связывание ионов кальция | ||
Имеющиеся данные показывают, что селен и фтор в качестве эссенциальных микроэлементов всасываются на различных этапах пищеварения. Следовательно, при их совместном использовании не следует ожидать взаимное усиление их воздействия на организм, что создает предпосылки для создания комплексной добавки, применяемой для функциональных продуктов.
Основным фактором, лимитирующим количество вводимых добавок, является суточная потребность организма человека в определенном нутриенте, которая должна покрываться за счет отдельного вида продукта не более чем на 40-50%.
Количество препаратов, вводимых в рецептуру хлебобулочных изделий, рассчитывали исходя из содержания в 300 г хлебобулочных изделий не более 1,0 мг и 50 мкг фтора и селена соответственно (40-50% суточной нормы). При замесе безопарного теста, препараты вводили в виде водных растворов, термоинактивированные селенированные дрожжи смешивали с мукой. В готовых изделиях определяли содержание микроэлементов (табл. 2).
Таблица 2-Содержание фтора и селена в обогащенных хлебобулочных изделиях с учетом их содержания в муке
| Наименование препарата | Содержание соответствующего микроэлемента, мг | Удовлетворение суточной потребности, % | ||
| в 100 г хлеба | в 300 г хлеба | |||
| Расчетное | Фактическое* | |||
| Селенат натрия | 0,012 | 0,014 | 0,042 | 42,0 |
| Селенопиран | 0,014 | 0,016 | 0,048 | 48,0 |
| Диметилдипиразолилселенид | 0,013 | 0,015 | 0,045 | 45,0 |
| ТИСД, селен | 0,011 | 0,013 | 0,039 | 39,0 |
| Фторид натрия | 0,25 | 0,28 | 0,84 | 42,3 |
* содержание селена в муке – 0,002 мг
Полученные данные свидетельствуют о том, что потери микроэлементов в ходе приготовления изделий не происходили. В дальнейших исследованиях использовали препараты в дозировках приведенных в таблице 3, удовлетворяющие потребность организма в микроэлементах в соответствии с физиологической нормой.
Таблица 3- Количество препаратов селена и фтора, вносимых в изделие
| Наименование добавки | Содержание микроэлемента в препарате, % | Количество препарата, в г на 100 кг муки |
| 0,05 24 30 70 45 | 35,45 0,90 0,68 0,27 0,85 |
2.2.2. Влияние препаратов селена и фтора на свойства пшеничной муки
Фтор и селен входят в активные центры ряда ферментов, оказывая влияние на их активность, что в свою очередь сказывается на процессах при приготовлении теста. Исследовали влияние препаратов фтора и селена на выход и качество клейковины (табл. 4), газо- и сахарообразующую способность муки, автолитическую активность и активность липоксигеназы муки.
Таблица 4- Влияние препаратов на характеристику клейковины муки
| Вариант | Количество клейковины, % | Гидратационная способность, % | ИДК-1, ед. прибора | Растяжи- мость, см | |
| сырой | сухой | ||||
| Контроль | 30,0 | 8,4 | 257 | 81,0 | 17,0 |
| С добавлением препаратов | |||||
| Селенопиран | 30,0 | 8,4 | 260 | 80,0 | 18,0 |
| Селенирован-ные дрожжи | 30,0 | 8,4 | 257 | 78,0 | 17,0 |
| Диметилдипи-разолилселенид | 30,0 | 8,4 | 262 | 76,0 | 18,0 |
| Селенат натрия | 30,0 | 8,4 | 263 | 78,0 | 18,0 |
| Фторид натрия | 30,0 | 8,4 | 255 | 78,0 | 17,0 |
Препараты оказывают незначительное влияние на показатели качества клейковины. Это позволяет при определении технологических параметров и рецептуры изделий руководствоваться исключительно физиологически целесообразными концентрациями добавок, вне зависимости от качественных характеристик пшеничной муки.
При исследовании влияние препаратов селена и фтора на сахаробразующую способность пшеничной муки, установили, что внесение препаратов селена и фтора способствует умеренному ее увеличению на 10-15 % (рис. 2).
Рис. 2. Влияние препаратов селена и фтора на сахарообразующую способность пшеничной муки
Возрастание сахарообразующей способности муки является причиной увеличения интенсивности газообразования в тесте (рис. 3)
Рис. 3. Влияние препаратов на газообразующую способность пшеничной муки
Анализ результатов, представленных на рисунке 3 показал, что внесение препаратов минеральных веществ в тесто влияло на интенсивность газообразования. Отмечено увеличение образования диоксида углерода с введением препаратов на 25-30% по сравнению с контролем.
Исследовали влияние препаратов селена и фтора на протеолитические ферменты муки. Полученные данные свидетельствуют о том, что препараты минеральных веществ не оказывают влияние на протеолитическую деструкцию белков на начальном этапе приготовления изделий, однако в дальнейшем способствуют незначительному усилению этих процессов.
Основываясь на полученных данных, установили, что изделия с использованием минеральных добавок следует вырабатывать по ускоренной технологии.
Качество хлебобулочных изделий во многом зависит от интенсивности окислительных процессов. Усиление окислительных процессов способствует повышению качества хлебобулочных изделий. Существенную роль в окислительных процессах в пшеничной муке и тесте играет липоксигеназная окислительная система. Исследовали влияние препаратов селена и фтора на активность липоксигеназы пшеничной муки (рис. 4).
Рис. 4. Влияние препаратов селена и фтора на активность липоксигеназы пшеничной муки
Установлена следующая закономерность: при введении добавок в водный экстракт из пшеничной муки (получение «ферментативной вытяжки») степень снижения активности липоксигеназы ниже, по сравнению с тем вариантом, когда препараты вводили непосредственно в реакционную смесь, т.е. внесение препаратов, не оказывая непосредственное влияния на ферментативную активность, несколько замедляло окислительные процессы. Снижение интенсивности окислительных процессов оказывало влияние на качество хлебобулочных изделий.
2.2.3. Влияние препаратов селена и фтора на свойства прессованных дрожжей
Прессованные дрожжи продуцируют глютатион - трипептид, который в восстановленной форме является активатором протеолиза, а также выступает в роли антиоксиданта. Исследовали влияние фторсодержащей и селеносодержащей добавок на накопление восстановленного глютатиона при выдерживании суспензии прессованных дрожжей на питательной среде, представляющей собой 5%-ый раствор сахарозы. Препараты вводили в количестве 0,05% от массы прессованных дрожжей. Прессованные дрожжи выдерживали на данной питательной среде в течение определенного времени и периодически устанавливали содержание глютатиона, а также определяли кислотность среды (табл.5).
Таблица 5 -Влияние минеральных добавок на накопление восстановленного глютатиона и кислотность при активации дрожжей
| Вариант | Показатель | Продолжительность выдерживания, мин | ||||
| 0 | 15 | 30 | 45 | 60 | ||
| Контроль | Кислотность, мг уксусной кислоты на 100 г | 120 | 130 | 130 | 140 | 140 |
| Содержание глютатиона, мг на 1 г | 0,2 | 0,22 | 0,24 | 0,24 | 0,26 | |
| С введением 0,01% фторида натрия | Кислотность, мг уксусной кислоты на 100 г | 120 | 130 | 140 | 140 | 130 |
| Содержание глютатиона, мг на 1 г | 0,2 | 0,24 | 0,26 | 0,027 | 0,29 | |
| С введением 0,01% селената натрия | Кислотность, мг уксусной кислоты на 100 г | 120 | 130 | 130 | 140 | 150 |
| Содержание глютатиона, мг на 1 г | 0,2 | 0,25 | 0,30 | 0,32 | 0,36 | |
| С введением 0,01% фторида натрия и 0,01% селената натрия | Кислотность, мг уксусной кислоты на 100 г | 120 | 160 | 180 | 190 | 190 |
| Содержание глютатиона, мг на 1 г | 0,2 | 0,25 | 0,30 | 0,32 | 0,36 | |
Установлено, что введение в состав среды для активации прессованных дрожжей препаратов минеральных веществ улучшает питание дрожжей, что сопровождается усилением выделения восстановленного глютатиона на 38%. Кислотность питательной среды, содержащей дрожжи, в случае внесения минеральных добавок возрастает. Следует отметить, что при совместном использовании минеральных добавок явление синергизма не наблюдается и эффект соответствует наибольшему, получаемому от одной из добавок. Усиление выделения прессованными дрожжами восстановленного глютатиона следует рассматривать как фактор, оказывающий влияние на свойства прессованных дрожжей и качество хлебобулочных изделий.
Подъемную силу прессованных дрожжей устанавливали ускоренным и стандартным методами. Препараты минеральных веществ вводили вместе с солевым раствором (рис. 5).
Рис. 5. Влияние препаратов селена и фтора на подъемную силу прессованных дрожжей
При определении подъемной силы прессованных дрожжей ускоренным методом различий в показаниях в контрольной пробе и с добавлением минеральных добавок практически не отмечается. Однако в том случае, когда подъемную силу дрожжей определяли стандартным методом, отмечается некоторое ее снижение.
2.2.4. Влияние минеральных добавок на свойства хлебопекарных полуфабрикатов
Проведенные исследования показали, что введение минеральных добавок оказывает определенное влияние на свойства пшеничной муки, процессы автолиза компонентов муки, интенсивность окислительных процессов и жизнедеятельность прессованных дрожжей.
Для установления оптимальных параметров приготовления хлебобулочных изделий большое значение имеет определение влияния вносимых препаратов на скорость кислотонакопления в тестовых полуфабрикатах. Исследования показали отсутствие различий между накоплением кислотности в контроле и при добавлении препаратов селена и фтора (рис. 6.).
Рис. 6 - Влияние препаратов селена и фтора на кислотонакопление в тесте
Определяли изменение содержания редуцирующих сахаров при брожении тестового полуфабриката (табл. 6).
Таблица 6- Влияние препаратов селена и фтора на образование редуцирующих сахаров при брожении тестового полуфабриката
| Продол-жительность, мин | Содержание редуцирующих сахаров, % на СВ | |||||
| Контроль | С добавлением препаратов | |||||
| Селенопиран | ТИСД | Диметилди-пиразолилселенид | Селенат натрия | Фторид натрия | ||
| 30 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| 60 | 1,2 | 1,2 | 1,1 | 1,3 | 1,2 | 1,2 |
| 90 | 1,7 | 1,8 | 1,7 | 1,9 | 1,8 | 1,8 |
| 120 | 1,8 | 2,0 | 1,9 | 2,0 | 1,9 | 2,0 |
| 150 | 2,0 | 2,1 | 2,0 | 2,2 | 2,0 | 2,1 |
| 180 | 2,1 | 2,3 | 2,1 | 2,3 | 2,2 | 2,4 |
| 210 | 2,2 | 2,4 | 2,3 | 2,5 | 2,4 | 2,6 |
| 240 | 2,4 | 2,5 | 2,4 | 2,6 | 2,6 | 2,7 |
Полученные данные показали, что введение препаратов способствует увеличению содержания редуцирующих сахаров, что очевидно связано с повышением ферментативной активности -амилазы пшеничной муки под влиянием препаратов фтора и селена.
2.2.5. Влияние препаратов селена и фтора на качество хлебобулочных изделий
При приготовлении теста безопарным способом препараты селена и фтора вводили в физиологически допустимых дозировках по отдельности и в рекомбинации. Установлено, что внесение препаратов минеральных веществ оказывает, в целом, положительное влияние на качество изделий (табл. 7).
Таблица 7-Влияние препаратов селена и фтора на качество хлебобулочных изделий
| Показатели | Контроль | С внесением препаратов | ||
| селената натрия | фторида натрия | селената натрия и фторида натрия | ||
| Физико-химические показатели хлеба | ||||
| Удельный объем, см 3/ г | 288 | 300 | 305 | 300 |
| Формоустойчивость, Н:Д | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 0,8 |
| Пористость, % | 69 | 72 | 67 | 73 |
| Влажность хлеба, % | 43,5 | 43,5 | 43,0 | 43,0 |
| Кислотность, град | 3,0 | 3,0 | 2,5 | 2,5 |
| Органолептические показатели | ||||
| Правильность формы | Правильная с заметной выпуклой верхней коркой. | |||
| Окраска корок | Темно-золотистая | |||
| Состояние поверхности корки | Гладкая без трещин и подрывов, глянцевая | |||
| Цвет мякиша | Светлый | |||
| Структура пористости | Поры мелкие тонкостенные, равномерные | Поры различной величины, распределены неравномерно | Поры мелкие тонкостенные, равномерные | Поры мелкие тонкостенные, равномерные |
| Реологические свойства мякиша | Мягкий, эластичный | Удовлетворительно мягкий, эластичный | Мягкий, эластичный | Мягкий, нежный, эластичный |
| Запах | Выраженный, характерный хлебный | |||
| Вкус | Выраженный, характерный хлебный | |||
| Содержание микроэлементов в 100 г хлеба | ||||
| Селен, мг | - | 0,014 | - | 0,014 |
| Фтор, мг | - | - | 0,28 | 0,28 |
При внесении селената натрия пористость становится неравномерной, цвет мякиша при добавлении препарата не изменялся. С внесением фторида натрия формоустойчивость снижается в среднем на 12,5% по сравнению с контролем, но пористость становится более равномерной.
Совместное использование препаратов селената натрия и фторида натрия приводило к увеличению удельного объема на 4% и пористости изделий на 6% по сравнению с контрольным образцом. Кислотность изделий с внесением смеси препаратов на 17% ниже по сравнению с контролем. Органолептические характеристики изделий не изменяются.
Исследовали влияние препаратов селена и фторида натрия на изменение свойств мякиша хлеба при хранении (процесс черствения). Изделия анализировали через 4; 24; 48 и 72 ч после выпечки по органолептическим и физико-химическим показателям качества. Определение степени черствения хлеба проводили по способности мякиша к набуханию в воде (метод Катца). Различий в скорости черствения контрольных проб хлеба и изделий, приготовленных с внесением минеральных компонентов, не обнаружено.
Дополнительные исследования показали, что внесение фторо- и селеносодержащих препаратов, снижает риск поражения хлебобулочных изделий картофельной болезнью. В лабораторных условиях при замесе контрольной пробы теста и теста с добавлением фторо- и селеносодержащих препаратов вводили суспензии чистой культуры Bac. subtilis. В соответствии с принятой методикой, изделия выдерживали в течение 36 ч при температуре 370С. В хлебобулочных изделиях, обогащенных микроэлементами, признаки заболевания не обнаружены, тогда как в контрольной пробе они были явными.
Установили, что введение минеральных добавок в физиологически допустимых количествах в значительной степени повышало устойчивость изделий к поражению плесневой микрофлорой (табл. 8).
Таблица 8-Влияние препаратов на плесневение хлеба при его хранении
| Срок хранения, сутки | Наименование препаратов | |||||
| Контроль | Селенопиран | ТИСД | Диметилдипиразолилселенид | Селенат натрия | Фторид натрия | |
| 1 | - | - | - | - | - | - |
| 2 | - | - | - | - | - | - |
| 3 | - | - | - | - | - | - |
| 4 | - | - | - | - | - | |
| 5 | + | - | - | |||
| 6 | ++ | + | + | + | + | + |
| 7 | +++ | ++ | ++ | ++ | ++ | ++ |
- отсутствие колоний плесени; + наличие отдельных колоний плесени; ++ наличие значительных очагов плесневения; +++ практически полное поражение поверхности изделий плесенью
2.2.6. Разработка состава солевой смеси для обогащения хлебобулочных изделий селеном и фтором
Обогащение муки микродобавками, как правило, осуществляется на мельницах путем введения премиксов, содержащих наряду с обогащающими добавками и наполнители (муку, крахмал и др.). Однако и в случае использования премиксов возникают определенные технологические трудности, связанные с необходимостью равномерного распределения микроколичеств ингредиентов в значительном по объему количестве муки. При этом следует учитывать, что передозировка таких микроэлементов, как, например, фтор и селен не допустима.
Значительно облегчить технологию обогащения хлебобулочных изделий микроэлементами возможно путем использования готовых солевых смесей.
Используя опыт промышленности по производству соли, обогащенной йодом, провели исследования по разработке солевой смеси на основе поваренной соли, содержащей микроэлементы фтор и селен. Фторид натрия и селенат натрия в разных сочетаниях в количестве от 0,01 до 0,085 г соединяли с поваренной солью, взятой в количестве до 1 кг. Полученные солевые составы высушивали до постоянной массы и помещали в эксикатор с постоянной влажностью воздушной среды равной 90%. В этих условиях определяли равновесную влажность солевой смеси. Активность воды рассчитывали как отношение равновесной влажности к стопроцентной. Наибольшее значение активности воды соответствует варианту соотношения компонентов солевого состава, при котором фторид натрия и селенат натрия брали в количестве по 0,05 г на 1 кг общей массы солевого состава. В ходе исследований установили, что увеличение количества минеральных компонентов солевого состава снижает активность воды (табл. 9).
Таблица 9-Влияние соотношения компонентов солевой смеси на активность воды и подъемную силу прессованных дрожжей
| № п/п | Соотношение компонентов, г | Активность воды | Подъемная сила дрожжей, мин | ||
| Фторид натрия | Селенат натрия | Хлорид натрия | |||
| 1 2 3 4 5 | 0,050 0,065 0,075 0,080 0,085 | 0,050 0,065 0,075 0,080 0,085 | 99,90 99,87 99,85 99,84 99,83 | 0,040 0,040 0,040 0,036 0,036 | 15 15 15 17 17 |
Изучали влияние состава солевой смеси, обогащенной фтором и селеном на характеристики пшеничной муки. Обогащенный солевой состав вносили в количестве 1,3% к массе муки (табл. 10).
Таблица 10-Влияние обогащенной солевой смеси на характеристики пшеничной муки
| Наименование показателей | Контроль | С введением солевой смеси |
| Количество сырой клейковины, % | 28,0 | 28,0 |
| ИДК-1, ед. прибора | 70 | 65 |
| Газообразующая способность, мл СО2 | 1250 | 1300 |
| Сахарообразующая способность, мг/ 10 г | 200 | 210 |
| Автолитическая активность, % | 18 | 18 |
| Активность липоксигеназы, ед. активности | 0,220 | 0,200 |
Анализ результатов, выявил, что внесение обогащенной солевой смеси не повлияло на количество отмываемой клейковины по отношению к контролю, но отмечено незначительное ее укрепление. Добавка обогащенной солевой смеси приводила к интенсификации процесса газообразования. Установлена также степень снижения липоксигеназы на 10 % по сравнению с контролем
На солевой состав, содержащий фторид натрия и селенат натрия, разработан проект технических условий.
2.2.7. Разработка рецептуры и технологии приготовления сухарных изделий для профилактического питания
В ассортименте хлебобулочных изделий функционального назначения, а также предназначенных для лечебного питания определенное место занимают сухарные изделия (сдобные сухари). Сухарные изделия, предназначенные для лечебно-профилактического питания, могут изготавливаться централизованно и поставляться соответствующим лечебным учреждениям, где они могут храниться до 30 суток и использоваться для питания больных в соответствии с медицинскими рекомендациями. Важное значение имеет также то, что при выработке сухарей на крупных предприятиях можно обеспечить их стабильный химический состав, который будет указываться в маркировке изделий.
Проведенные исследования показали, что использование селено- и фторосодержащих препаратов не требует существенного изменения технологии приготовления хлебопекарной продукции. На основании проведенных исследований был разработан проект НД, установлены технологический режим и физико-химические показатели для выработки сухарей, предназначенных для функционального питания (табл. 11). При выработке изделий использовали солевой состав, содержащий физиологически допустимые количества фтора и селена. Новому сорту изделий было присвоено наименование сухари сдобные пшеничные «Особые, обогащенные фтором и селеном».
Таблица 11 - Рецептура и режим приготовления сухарей сдобных пшеничных «Особые, обогащенные фтором и селеном»
| Наименование сырья, полуфабрикатов и показателей процесса | Расход сырья и параметры по стадиям технологического процесса |
| 1 | 2 |
| Мука пшеничная хлебопекарная в/с, кг Дрожжи прессованные, кг Солевой состав*, кг Вода, кг Сахарный песок, кг Яйцо куриное, кг Жидкий маргарин, кг Влажность теста, % Продолжительность брожения, мин Кислотность теста, град | 100,0 2,5 1,3 по расчету 3,0 3,2 10,0 33 120 2,0 |
| Продолжение таблицы 11 | |
| 1 | 2 |
| Характеристика изделий | |
| Количество штук в 1 кг | 80-90 |
| Влажность,% | 9,5 |
| Кислотность, град | 2,2 |
| Набухаемость, сек | 40 |
| Содержание микроэлементов в 100 г изделий, мг | |
| селен | 0,011 |
| фтора | 0,023 |
*солевой состав содержащий фторид натрия и селенат натрия
Характерной особенностью сдобных сухарей, к которым относятся разработанные сухари «Особые, обогащенные фтором и селеном», является значительное содержание липидов (жиров) используемых по рецептуре, что обеспечивает улучшение органолептических характеристик изделий, но существенно снижает их срок годности (срок хранения), так как, именно, липидная фракция при хранении, в первую очередь подвергается изменению. Исследовали характеристики свободных и связанных липидов, выделенных из сухарей, приготовленных с добавлением солевого состава, содержащего фтор и селен. Контролем служила проба сухарей с введением поваренной соли. Характеристики и жирнокислотный состав липидов определяли сразу после изготовления и через 30 суток хранения при комнатной температуре в целлофановой упаковке (рис. 7, табл. 12).
Рис. 7. Влияние солевого состава, обогащенного фтором и селеном на характеристики липидов сухарных изделий
1 – перекисное число; 2 – кислотное число
Введение в изделия солевого состава снижало показатели кислотного и перекисного чисел жиров, что свидетельствуют о несомненной стабилизации липидов.
Проведенные исследования не выявили различия в составе жирных кислот липидов, содержащихся в контрольной пробе сухарей и сухарей, приготовленных с внесением солевого состава (табл. 12).
Таблица 12 - Жирнокислотный состав липидов контрольной пробы и сухарей, приготовленных с добавлением солевого состава
| Жирные кислоты | Свежие сухари | Хранение 30 суток | ||||||
| Контроль | Сухари с добавлением препаратов | Контроль | Сухари с добавлением препаратов | |||||
| свободные | связанные | свободные | связанные | свободные | связанные | свободные | связанные | |
| С12:0 лауриновая | 0,24 | 0,13 | 0,35 | 0,37 | 0,24 | 0,23 | 0,33 | 0,38 |
| С14:0 миристиновая | 0,31 | 0,45 | 0,52 | 0,54 | 0,34 | 0,41 | 0,51 | 0,61 |
| С16:0 пальмитиновая | 17,6 | 16,0 | 16,5 | 16,62 | 17,42 | 17,43 | 17,86 | 19,34 |
| С16:1 пальмитоолеиновая | 0,68 | 0,58 | 0,53 | 0,55 | 0,52 | 0,61 | 0,58 | 0,56 |
| С18:0 стеариновая | 4,14 | 3,94 | 4,12 | 4,16 | 4,23 | 4,21 | 4,29 | 5,1 |
| С18:1 олеиновая | 41,3 | 40,7 | 40,3 | 39,85 | 40,62 | 40,1 | 39,82 | 39,76 |
| С18:2 линолевая | 33,8 | 36,7 | 36,1 | 36,5 | 35,16 | 35,5 | 35,21 | 33,20 |
| С18:3 линоленовая | 0,73 | 0,7 | 0,61 | 0,7 | 0,74 | 0,89 | 0,77 | 1,04 |
На основании проведенных исследований следует отметить определенную тенденцию к перераспределению отдельных жирных кислот между свободными и связанными липидами в обогащенных сухарях.
2.2.8. Исследование профилактических свойств хлебобулочных изделий, обогащенных фтором и селеном
Сухарные изделия, обогащенные фтором и селеном, могут найти применение в профилактике ряда заболеваний и возможных лучевых поражений, т.к. установлено, что нормализация рациона по микроэлементу фтору приводит к изменению метаболизма стронция-90. При этом наблюдается снижение уровня накопления радионуклида стронция-90 в костной ткани, а также благотворное влияние на гемопоэтическую и сердечно-сосудистую системы.
В эксперименте на животных изучили влияние на накопление в костной ткани стронция-90 при включении в рацион сухарей, обогащенных фтором в виде хорошо растворимого и наименее токсичного соединения фтористого натрия. Исследования проводили в лаборатории Института биофизики Минздравсоцразвития РФ. Животные были распределены на 3 группы. Животные первой группы получали обычный виварный рацион (контрольная группа). Во второй группе животные получали наряду с виварным рационом сухарные изделия, приготовленные с добавлением фторида натрия в количестве 500 мг/кг изделий. Животные третьей группы получали наряду с виварным рационом сухарные изделия, в которые добавку вводили в уменьшенном количестве –50 мг/кг изделий, табл. 13.
Таблица 13 -Содержание некоторых минеральных компонентов в суточном рационе крыс (масса рациона 20г)
| Вариант рациона | Минеральный состав, мг | |||||
| Ca | P | K | Na | Fe | F | |
| Стандартный рацион (норма) | 100 | 100 | 45 | 20 | 1,3 | - |
| Группы животных | ||||||
| 1-я | 26 | 49 | 65 | 25 | 2,0 | 0,02 |
| 2-я | 26 | 49 | 65 | 25 | 2,0 | 2,32 |
| 3-я | 26 | 49 | 65 | 25 | 2,0 | 0,25 |
Сухарные изделия, обогащенные фторидом натрия, скармливали животным за 10 дней до начала введения изотопа Sr90. Радионуклид Sr90 вводили при помощи зонда через рот на сытый желудок. Суммарно каждой крысе вводили по 18,5 МБк стронция-90 (4,63 МБк х 4, с интервалом в 1 день в объеме 0,5 мл). Через 30 дней после введения радионуклида Sr90 животным провели гематологическое обследование (по 10 крыс из каждой группы), после чего крысы были умерщвлены эфиром. Анализ данных показывает, что введение в рацион сухарных изделий, обогащенных фторидом натрия, влияет на накопление стронция-90 в костной ткани животных. Разница показателей накопления стронция-90 второй и третьей групп с контрольной группой зарегистрирована в обоих случаях, но наибольшей величины эта разница (26%) достигла в той группе, где животные получали сухарные изделия, содержащие 500 мг фторида натрия на кг продукта. Опыты позволили также установить стимулирующее действие фтора на красный росток гемопоэтической системы животных.
Несмотря на то, что снижение концентрации изотопа было выраженным в небольшой степени, выявлена стимуляция кроветворения у подопытных животных, что можно расценивать как снижение лучевого синдрома.
На основании экспериментальных исследований добавка рекомендована для внесения в хлебобулочные изделия, особенно предназначенные для специалистов-атомщиков и населения контролируемых районов.
Функциональные (лечебно-профилактические) свойства сухарей, обогащенных селеном, был проверены в условиях института вирусологии им. Иваницкого (Москва). Сухарные изделия, обогащенные селеном, включали в рацион больных острым гепатитом. По результатам клинических испытаний было установлено, что применение продуктов, обогащенных селеном, нормализует уровень селена в крови, что отличает опытную группу от контрольной, для которой характерным было снижение уровня селена в крови в 1,4 раза. Включение сухарей, обогащенных селеном способствовало увеличению содержания витамина Е в крови, снижало уровень пероксидов липидов в сыворотки крови больных. Клинические испытания показали, избыток селена выводится из организма с мочой.
Общие выводы
1. Научно обоснованы технические решения, направленные на создание группы функциональных хлебобулочных изделий, обогащенных микроэлементами фтором и селеном.
2. Определены физиологически допустимые дозировки препаратов для обогащения хлебобулочных изделий. Количество препаратов, вводимых в рецептуру хлебобулочных изделий, рассчитывали исходя из содержания в 300 г хлебобулочных изделий не более 1,0 мг и 50 мкг фтора и селена соответственно (40-50% суточной нормы).
3. Впервые установлено, что по характеру воздействия на свойства муки и дрожжей, технологические процессы при приготовлении, качество и сохраняемость хлебобулочных изделий фторо- и селеносодержащие препараты близки.
4. Установлено, что в физиологически допустимой дозировке препараты селена и фтора не оказывают влияние на показатели качества клейковины и повышает активность гидролитических ферментов (амилаз и протеаз) муки.
5. Установлено, что введение препаратов минеральных веществ улучшает питание дрожжей, что усиливает выделение восстановленного глютатиона на 38% по сравнению с контролем и оказывает влияние на свойства прессованных дрожжей и качество готовых изделий.
6. Внесение препаратов минеральных веществ, не оказывая влияния на липоксигеназную активность муки, замедляет окислительные процессы, происходящие при приготовлении и хранении изделий, снижая степень окислительных изменений липидов в изделиях.
7. Установлено, что введение препаратов фтора и селена оказывает в целом положительное влияние на качество изделий. Удельный объем хлебобулочных изделий с использованием препаратов минеральных веществ увеличивался на 4%, пористость на 6 % по отношению к контрольной пробе.
8. Впервые показано, что введение минеральных добавок в физиологически допустимых количествах повышает устойчивость изделий к микробиологическому повреждению.
9. Для выработки хлебобулочных изделий предложен солевой состав на основе поваренной соли, содержащий селенат натрия и фторид натрия. На солевой состав разработан проект технических условий.
10. Разработан проект документации (ТУ, ТИ, рецептура) на сухари сдобные «Особые, обогащенные фтором и селеном» для функционального питания и проведена их промышленная апробация.
11. Подтверждены функциональные (профилактические и лечебные) свойства хлебобулочных изделий опытами на лабораторных животных и путем клинической апробации.
11.1. В эксперименте на животных установили, что введение фтора в рацион способствует метаболизму стронция-90 на 26% по сравнению с контрольной группой, что расценивается как снижение лучевого синдрома.
11.2. Клинические испытания выявили нормализацию селена в крови больных острым гепатитом, при включении в рацион сухарных изделий, обогащенных селеном.
Список работ, опубликованных по материалам диссертации
- Дубцов Г.Г., Новикова Ж.В., Голубкина Н.А., Дубцова М.Н., Маштакова И.Г. Современные технологии хлебобулочных изделий для диетического питания // Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции-выставки с международным участием «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» - М.: МГУПП, 2002.- С. 152-154
- Дубцов Г.Г., Новикова Ж.В., Богуш В.И. Хлебобулочные изделия для функционального питания // Материалы научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» - часть 2 – Москва 2004. - С. 88-91
- Новикова Ж.В., Дубцов Г.Г. Солевой состав для обогащения хлебобулочных изделий микроэлементами // Кондитерское и хлебопекарное производство. Специализированный информационный бюллетень № 12 – 2006. – С. 8-10
- Дубцов Г.Г., Голубкина Н.А., Новикова Ж.В. Минеральная смесь, разработанная для обогащения хлеба // Материалы съезда I Всероссийского съезда диетологов и нутрициологов - Москва 2006. – С. 34-35
- Новикова Ж.В. Обогащение пищевых продуктов фтором, как фактор оздоровления населения // Сборник докладов IV международной конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» - часть 1 – Москва 2006. – С. 205-206
- Дубцов Г.Г., Новикова Ж.В., Комлева В.А. Влияние рационов, обогащенных фтором на накопление стронция-90 в костной ткани крыс // Вопросы питания. – 2007. - Т 76. - № 2. –– С. 60-62.
- Новикова Ж.В, Дубцов Г.Г. Обогащение хлебобулочных изделий микроэлементами фтором и селеном // Хлебопродукты. – 2007. – № 7. - С. 40-41
