Технология зефира с применением сухой пшеничной клейковины
На правах рукописи
СТУДЕННИКОВА ОКСАНА ЮРЬЕВНА
ТЕХНОЛОГИЯ ЗЕФИРА С ПРИМЕНЕНИЕМ СУХОЙ ПШЕНИЧНОЙ КЛЕЙКОВИНЫ
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 - 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Колпакова Валентина Васильевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Скобельская Зинаида Григорьевна
доктор технических наук, профессор
Дерканосова Наталья Митрофановна
Ведущая организация: ГНУ Научно-исследовательский институт
кондитерской промышленности РАСХН
Защита состоится «______»_____________2011 года в ______часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд ___ корп. А.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП»
Автореферат разослан «_______» _____________ 2011 г.
Ученый секретарь Совета, к.т.н., доцент Белявская И.Г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В рамках направления заботы о здоровье нации одним из ключевых вопросов является проблема обеспечения полноценным питанием с устранением дефицита белка. Использование для этих целей растительных белковых ингредиентов, к которым относится сухая пшеничная клейковина, - одно из перспективных решений, предполагающих разработку новых эффективных технологий различных пищевых продуктов. При этом замена импортных и отечественных сырьевых ингредиентов препаратами с высокими фунционально-технологическими свойствами, но недостаточно еще изученными, остается важнейшей задачей обеспечения населения доступными продуктами питания в необходимом количестве и ассортименте. Таким образом, с одной стороны, существует острая потребность в использовании высококачественных белковых ингредиентов по новым направлениям, а с другой – необходимость развития пищевой и перерабатывающих отраслей промышленности, предполагающая рациональное использование продуктов переработки стратегически важнейшего для страны сырья – пшеничного зерна.
В разработку технологических решений в области пастильных изделий значительный вклад внесли такие известные ученые как А.Л. Рапопорт, А.Л. Соколовский, Л.Б. Сосновский, Л.М. Аксенова, Г.Н. Горячева, З.Г. Скобельская, В.А. Васькина и т.д. Предложены и некоторые способы замены яичного белка в пенных кондитерских системах (М.Ю. Сиданова, В.В. Колпакова, Т.Б. Цыганова, Л.П. Пащенко и т.д.), однако, несмотря на неугасающий интерес к указанной теме, часть вопросов остается нерешенными. Разработка технологий пастильных изделий, как правило, осуществляется без глубокого изучения гелеобразующих свойств белков, а если учесть, что качество таких изделий формируется не только за счет пено-, но и гелеобразующей способности ингредиентов, а в стране уже зарождаются технологии переработки зерна с получением сухой пшеничной клейковины, потенциал использования которой ограничен хлебопекарным производством, то проблему расширения сферы применения данного белкового ингредиента в технологии зефира следует считать довольно актуальной.
Работа проводилась в рамках научных направлений кафедры «Органическая и пищевая химия» МГУПП и Госконтракта П175 кафедры «Органическая химия» МГУПБ с Минобрнауки РФ: «Экологически безопасные ресурсосберегающие процессы получения, модификации и применения пищевого растительного белка из различных видов сельскохозяйственного сырья, включая некондиционное и отходы» (2009-2011гг.).
Цель и задачи исследований
Разработка научных и практических основ производства зефира с использованием сухой пшеничной клейковины в качестве функционального ингредиента, позволяющего сократить дозировку импортного сырья, интенсифицировать процесс и улучшить качество готовых изделий.
В задачи исследования входило:
- Изучение функциональных свойств сухой пшеничной клейковины и обоснование выбора дозировки белкового препарата;
- Изучение влияния ингредиентов полисахаридной природы на функциональные свойства белковых препаратов и показатели качества пенных и гелевых систем;
- Изучение влияния рецептурных компонентов и технологических факторов на физико-химические характеристики белков и показатели качества пенных и гелевых систем;
- Разработка технологии зефира с использованием сухой пшеничной клейковины;
- Оценка технологических показателей качества, безопасности, пищевой ценности и определение качества готовых изделий при хранении;
- Опытно-промышленная апробация результатов и разработка проектов НД на изделия.
Научная новизна. Впервые научно обоснована возможность использования сухой пшеничной клейковины в технологии зефира.
Определено значение гель-точки сухой пшеничной клейковины при термической обработке (100°С) в течение 45 минут, равное 20%.
Гель-точка понижается до 5% в присутствии ВЭ пектина и сахарозы при концентрации 0,7% и 60%, соответственно, а также каппа-каррагинана при концентрации 0,5% к общей массе системы.
Растворимость белков клейковины в воде под влиянием полисахаридов изменяется следующим образом: ВЭ пектин > НЭ пектин > йота-каррагинан > каппа-каррагинан, в растворе хлорида натрия – йота-каррагинан > ВЭ пектин > НЭ пектин > каппа-каррагинан.
По данным поверхностного натяжения и растворимости белков в различных растворителях установлено, что для СПК в большей степени характерны водородные и ионные взаимодействия, чем гидрофобные. При взаимодействии с ВЭ и НЭ пектином водородные связи играют более значительную роль, чем ионные. Для ВЭ пектина, наряду с водородными и ионными связями, существенное значение имеют и гидрофобные взаимодействия.
В формировании пенообразующей способности СПК наибольшее значение имеют водородные связи.
По поверхностной активности в водной среде гидроколлоидные ингредиенты располагаются следующим образом: ВЭ пектин > НЭ пектин > каппа-каррагинан > йота-каррагинан; в растворе соли - каппа–каррагинан > ВЭ пектин > йота-каррагинан > НЭ пектин.
Практическая значимость. Разработаны технология и рецептура зефира с использованием сухой пшеничной клейковины в качестве функционального ингредиента, позволяющего сократить дозировку импортного яичного альбумина на 30%, интенсифицировать процесс путем сокращения длительности набухания пектина в 2-3 раза и улучшить качество готовых изделий снижением плотности пены и увеличением прочности гелей на 15,6%.
Для достижения эффектов улучшения показателей качества зефира и получения экономического эффекта разработаны технологические режимы применения СПК с яичным альбумином и ВЭ пектином (дозировка СПК – 40% к общей массе белка, температура внесения - 90±2,5°С, длительность набухания пектина - 20 мин при температуре 45±5°С, длительность сбивания 8-10 мин при температуре 45±5°С).
Преимуществом технологии и рецептуры зефира с пшеничной клейковиной является удобство хранения сухих ингредиентов, высокая микробиологическая чистота изделий, импортозамещение яичного альбумина, снижение стоимости белкового сырья (на 25%) и уменьшение скорости потери влаги при хранении.
Проведена опытно-промышленная апробация технологии и рецептуры зефира с пшеничной клейковиной в условиях ГУП «Хлебсервис» и ОАО «Хлебпром». Разработаны проекты ТУ, ТИ и РЦ на зефир с пшеничной клейковиной, микробиологическая чистота изделия подтверждена протоколом испытания № 3/253 от 21.04.2011г. (ГУП «Хлебсервис»).
Экономический эффект при производстве зефира с СПК в объемах 1т/сутки составит 501,7 тыс. руб. в год (в ценах апреля 2011г).
Научная новизна и практическая значимость рецептуры и технологии зефира с пшеничной клейковиной защищены Решением о выдаче патента по заявке № 2010119603 от 01.06.2011г.
Апробация работы. Результаты исследований представлялись на Международной технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2008г., 2009г., 2011г.), Международных научных конференциях «Торты и пирожные» (Москва, 2008г., 2010г.) и «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва, 2009г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 11 печатных работ, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников, 6 приложений. Основной текст изложен на 134 страницах, содержит 27 рисунков и 21 таблицу. Список источников включает 169 российских и зарубежных авторов.
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы приведены сведения об особенностях технологии зефира, сравнительная оценка способов производства, основных функционально-технологических свойств гелеобразователей полисахаридной и белковой природы. Рассмотрены характеристики белковых препаратов растительного происхождения, пути их использования в пищевых производствах в качестве пено- и гелеобразователей. Дана характеристика сухой пшеничной клейковины, ее физико-химических и функционально-технологических свойств как перспективного белкового сырья для кондитерской промышленности.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследования проводились на кафедрах органической и пищевой химии МГУПП, органической химии МГУПБ. Общая схема исследований представлена на рисунке 1.
2.1 Материалы и методы исследований
В качестве материалов использовали белковые препараты сухой пшеничной клейковины (ЗАО «БМ», Казахстан), яичного альбумина («Ovopol», Польша) и препараты гидроколлоидов: высоко-, низкоэтерифицированный пектин Е440 («Herbstreith & Fox», Германия), каппа-каррагинан Е 407 («Arthur Branwell & Co LTD», Великобритания), йота-каррагинан Е 407 («Satiagel PG300», Канада), альгинат натрия Е 401 («Danisco A/S», Дания). Для разработки рецептуры зефира использовали: сахар-песок (ГОСТ 21-94); крахмальную патоку (ГОСТ Р 52060-2003); пюре яблочное (ТУ 10.963.11), кислоту молочную (ГОСТ 490-79) и цитрат натрия (ГОСТ Р 31227-2004).
Полупродуктами и продуктами служили белковые, полисахаридные гели, пенная, зефирная массы, готовый зефир (Рецептуры на мармелад, пастилу и зефир. - Госагропром, 1986).
Массовую долю белка в белковых препаратах и пищевых системах определяли по методу Къельдаля на полуавтоматическом приборе KJELTEK фирмы «Теcаtоr» (Швеция) (ГОСТ 10841-91) и по методу Лоури (Lowry, 1951).
Функциональные свойства белков определяли по методам, опубликованным в работах В.В. Колпаковой, А.П. Нечаева и др. (1995г).
Рисунок 1 – Общая схема исследований
Гелеобразующую способность определяли косвенно, по вязкости термически обработанной суспензии. Режимы термической обработки сухой пшеничной клейковины выбирали экспериментально, по наибольшей вязкости суспензии. Гелеобразующую способность оценивали по увеличению вязкости суспензии, прошедшей термическую обработку и термостатирование. Вязкость белковых и белково-полисахаридных суспензий определяли на вискозиметре Брукфильда (Brookfield LV DV II+).
Повехностно-активные свойства белковых систем оценивали по величине поверхностного натяжения, определяемого по методу Дю-Нуи на тензиометре Kruss.
Прочность белковых и белково-полисахаридных гелей исследовали по предельному напряжению сдвига на пенетрометре ПМДМ (Н.В. Гурова, А.И. Жаринов, 2001).
При анализе полуфабрикатов и готовых изделий использовали общепринятые методы и методы ГОСТов (влажность - ГОСТ 5900-73, массовая доля редуцирующих веществ - ГОСТ 5903-89, кислотность - ГОСТ 5898-87 и др.).
Статистическую обработку данных осуществляли с помощью программного обеспечения Statistica 6.0. и Table Curve 3D.
2.2 Результаты и их обсуждение
В основу разработки технологии зефира с СПК положены принципы поиска наиболее эффективных способов использования физико-химических и функциональных свойств белков для процессов получения гелевых и пенных белково-полисахаридных систем. Поскольку данные о гелеобразующей способности сухой клейковины и влиянии на нее технологических факторов и компонентов традиционной рецептуры зефира практически отсутствуют, то на первом этапе выполнены исследования свойств гелевых систем.
Гелеобразующие свойства пшеничной клейковины. Для определения критической концентрации гелеобразования СПК (гель-точки) и наиболее эффективных параметров термической обработки исследовано влияние концентрации препарата, продолжительности и температуры нагревания на вязкость суспензий. Под действием термической обработки при температуре 90 С в течение 1,5 ч гель-точка СПК равнялась 20% (рисунок 2), образующийся гель имел серый цвет и неоднородную структуру. С увеличением температуры с 90 до 100 С продолжительность обработки до достижения максимума вязкости сокращалась с 90 до 45 минут (рисунок 3), при этом величина максимального значения вязкости суспензий, используемой как критерия гелеобразующих свойств, практически не изменялась.
 Рисунок 2 - Влияние массовой доли сухой пшеничной клейковины на вязкость суспензии |  Рисунок 3 – Влияние продолжительности нагревания и температуры на вязкость суспензии СПК, температура: 1- 90 С, 2 - 100 С. |
Изучение влияния кислотности среды на гелеобразующие свойства СПК показало, что гелеобразующая способность белков наиболее ярко проявлялась в кислой (рН 3-4) и слабощелочной среде (рН 8), т.е. кислая среда, характерная для зефирной массы, наиболее способствовала гелеобразованию клейковины.
Для снижения дозировки белкового препарата решалась задача получения гелей при более низких концентрациях СПК – не более 5%, с ориентацией на дозировку широко применяемого белкового гелеобразователя – желатина. Для этой цели исследовано влияние препаратов полисахаридов на гелеобразующую способность белков клейковины (рисунок 4). Установлено, что только в присутствии каппа-каррагинана в дозировке 10% к массе белка наблюдалось образование геля. Влияние ВЭ пектина и альгината натрия выражалось в значительном увеличении вязкости системы с одновременным повышением растворимости белков СПК.
По изменению вязкости суспензий СПК с ВЭ пектином, каппа-каррагинаном и альгинатом натрия, а также растворимости белков в присутствии перечисленных полисахаридов (рисунок 5) получен ряд интенсивности взаимодействия последних с белками клейковины: ВЭ пектин > каппа-каррагинан > альгинат натрия.
Повышение растворимости белков СПК наиболее ярко выражалось в присутствии ВЭ пектина при дозировке 80% к массе белка (10-11%). При дозировке 40% к массе белка альгинат натрия менее эффективен, чем ВЭ пектин при той же концентрации (4,5 – 6,5 %,
по сравнению с 7,5 – 9% для ВЭ пектина).
Важно отметить, что длительная термическая обработка (кривая 3, рисунок 4а и 4б) понижала вязкость суспензий в 2-4 раза, по сравнению с системой, необработанной теплом, и лишь незначительно повышала растворимость белков (на 2-3%).
 а) |  б) |
 в) | Рисунок 4 - Изменение вязкости суспензии СПК с пектином (а), альгинатом натрия (б) и каппа-каррагинаном (в). Режимы набухания: I - 2ч, II - 4 ч, III - 4 ч с термической обработкой |
По полученным данным для дальнейших исследований отобраны ВЭ пектин, как способствующий наиболее значительному увеличению растворимости белков СПК, и каппа-каррагинан, способствующий образованию геля.
 | Рисунок 5 - Растворимость СПК: 1 – СПК; гидроколлоиды, % к массе белка: 2 – каппа-каррагинан 5%, 3 – альгинат натрия 40%, 4 – ВЭ пектин 40%; 5 – ВЭ пектин 80%. Режимы набухания: I - 2ч, II - 4 ч, III - 4 ч с термической обработкой |
На модельных системах с применением термической обработки и в ее отсутствии изучено влияние сахара на гелеобразующие свойства 5%-ной суспензий СПК с полисахаридами. Дозировки полисахаридов (0,5-1%) и сахара (55-65%) выбраны с учетом содержания их в традиционной рецептуре зефира.
Показано, что в присутствии ВЭ пектина гель не формировался даже при термической обработке, которая, к тому же, в значительной степени ухудшала и органолептические характеристики системы.
Учитывая, что функциональные свойства СПК и ВЭ пектина в значительной степени зависели от рН, то опыты повторили с использованием молочной кислоты, внесенной до достижения величины рН 3,3±0,1. Одновременно, опытным путем установили целесообразность введения клейковины в горячий сахаро-пектиновый сироп, что позволило избежать ухудшения органолептических характеристик и появления нерастворимых хлопьев СПК. При указанном способе введения СПК были получены однородные гелевые системы при рН 3,3±0,1 и дозировке сахара 55-65%.
Для систем состава СПК:каппа-каррагинан выявлено отрицательное влияние сахара в дозировках свыше 55% к общей массе. С увеличением дозировок каппа-каррагинана от 0,5 до 1% и концентрации сахара от 55 до 65% ухудшались не только органолептические характеристики, но и прочность белково-полисахаридных гелей.
Сравнительный анализ прочности гелей с ВЭ пектином (рисунок 6) и каппа-каррагинаном (рисунок 7) показал, что гели на основе ВЭ пектина превосходили гели с каппа-каррагинаном при всех исследуемых дозировках сахара. Наибольшая прочность гелей, приготовленных на основе СПК и ВЭ пектина, наблюдалась при 60% сахара (0,05-0,08 Па), а гель-точка - при дозировке 0,6% ВЭ пектина к массе системы. При увеличении дозировки сахара до 65% отмечалось снижение прочности систем, что можно объяснить недостатком свободной влаги и достижением предела растворимости, выражающемся в появлении нерастворенных кристаллов сахара.
 Рисунок 6 – Предельное напряжение сдвига комплексного геля СПК-ВЭ пектин с массовой долей сахарозы, %: 1 – 55; 2 – 60; 3 – 65. |  Рисунок 7 – Предельное напряжение сдвига комплексного геля СПК-каппа-каррагинан с массовой долей сахарозы, %: 1 – контроль; 2 – 55; 3 – 60; 4 – 65. |
С каппа-каррагинаном и без сахара гель формировался при дозировке полисахарида 0,8%, но наибольшую прочность (0,01-0,02 Па) он приобретал при массовой доле сахара 55% и гель-точке с концентрацией каппа-каррагинана 0,6% к массе системы. Увеличение дозировки сахара до 60 - 65% отрицательно отражалось не только на прочности, но и на органолептических показателях: появлялись зернистость, неоднородность и кристаллы нерастворенного сахара.
Таким образом, сделан вывод, что для рецептур с содержанием сахара свыше 55% в качестве гелеобразователя применять СПК с каппа-каррагинаном нецелесообразно, тогда как гелевые системы с ВЭ пектином, наоборот, получались прочными и однородными.
Пенообразующие свойства сухой пшеничной клейковины. С учетом того, что кислотность среды оказывала значительное влияние на электростатическое взаимодействие и свойства белковых молекул, далее исследовано влияние рН на пенообразующую способность белковых смесей, состоящих из яичного альбумина и СПК, взятых при соотношениях от 0 до 100%. Картина зависимости пенообразующей способности (ПОС) и стабильности пены (СП) смесей препаратов белков от значений рН устанавливалась с применением элементов статистической обработки данных.
В результате получены уравнения регрессии, адекватно описывающие взаимосвязь между пенообразующими свойствами и рН среды при различной массовой доле СПК:
ПОС = 294,1679+2,7198*X +1,3821*Y -0,1513* X2-0,2876* X*Y-0,0104* Y2
СП = 50,9136+6,7772*X +0,6598*Y-0,509* X2-0,0869* X*Y-0,0043* Y2
где Х – рН; Y – массовая доля клейковины в смеси белков, %.
Из графических изображений зависимостей ПОС и стабильности пены от значений рН видно, что для 100% яичного альбумина величины ПОС и СП при значениях рН от 2 до 9 изменялись незначительно (275-315% и 68-74%, соответственно), тогда как в смеси белков с увеличением массовой доли СПК влияние рН на пенообразующие свойства (рисунок 8, рисунок 9) установлено более значительным.
 Рисунок 8 – Зависимость ПОС смеси СПК - яичный альбумин от рН среды и массовой доли клейковины, % |  Рисунок 9 – Зависимость стабильности пены смеси СПК - яичный альбумин от рН среды и массовой доли клейковины, % |
Стабильность пены и ПОС пшеничной клейковины максимальными были при рН 3, в области значений рН около 7 оба эти показателя резко понижались, а при рН свыше 7 слегка увеличивались.
Стабильность пены смеси состава СПК – яичный альбумин закономерно понижалась с увеличением содержания в ней сухой пшеничной клейковины. Наибольшее понижение наблюдалось при нейтральных значениях рН и содержании СПК более 50% в массе смеси.
Самой стабильной пена образовывалась при рН 3, даже при повышенных дозировках СПК (до 70%). По-видимому, именно в кислой среде (рН 3) молекулы пшеничной клейковины, заряжаясь положительно, приобретали конформацию, которая в наибольшей степени способствовала максимальному проявлению поверхностно-активных свойств, необходимых для качественной пены белка.
На основании полученных данных для дальнейших исследований отобрана смесь СПК - яичный альбумин, приготовленная при соотношении 30:70, которая при рН 3 по показателям ПОС (303%) и СП (68%) не уступала одному яичному альбумину.
Изучение влияния полисахаридов на пенообразующую способность выполнено с использованием ВЭ пектина, каппа-каррагинана, а также НЭ пектина и йота-каррагинана, содержащих в своем составе большее количество заряженных групп (-СОО- и -ОSO3-, соответственно). Показано, что присутствие обоих видов пектина с увеличением их дозировок от 0,25 до 1% к массе системы (рисунок 10) понижало ПОС клейковины с 220% до 147-153%, а присутствие каррагинанов - до 100%.
Под влиянием препаратов йота- и каппа-каррагинана выявлено и снижение стабильности пены СПК: с 60% до 18-20%, тогда как в присутствии обоих видов пектина показатель не изменялся или даже несколько улучшался и составлял при добавлении, например, 1% ВЭ пектина к массе системы - 63% (рисунок 11).
 Рисунок 10 – ПОС клейковины в присутствии гидроколлоидов: 1 – ВЭ пектин; 2 – НЭ пектин; 3 – каппа-каррагинан; 4 – йота-каррагинан |  Рисунок 11 – СП клейковины в присутствии гидроколлоидов: 1 – ВЭ пектин; 2 – НЭ пектин; 3 – каппа-каррагинан; 4 – йота-каррагинан |
Закономерности влияния полисахаридов на смесь альбумина – СПК, взятых при соотношении 70:30, были аналогичны закономерностям, выявленным для одной СПК (рисунки 12 и 13). Полисахариды отрицательно влияли на ПОС смеси белковых препаратов. В присутствии 1% ВЭ- и НЭ пектина способность образовывать пену понижалась на 22%, а в присутствии препаратов каррагинана – более, чем на 200%.
 Рисунок 12 – Влияние гидроколлоидов на ПОС смеси СПК - яичный альбумин: 1 – ВЭ пектин; 2 – НЭ пектин; 3 – каппа-каррагинан; 4 – йота-каррагинан |  Рисунок 13 - Влияние гидроколлоидов на СП смеси СПК - яичный альбумин: 1 – ВЭ пектин; 2 – НЭ пектин; 3 – каппа-каррагинан; 4 – йота-каррагинан |
Интересно отметить, что для одной клейковины наибольшие значения ПОС установлены с ВЭ пектином, тогда как для смеси СПК с яичным альбумином – с НЭ пектином. Следовательно, в образовании пены СПК в большей степени, чем у яичного альбумина, принимали участие гидрофобные взаимодействия, возникающие между метильными группами ВЭ пектина, содержащего их свыше 55%, и гидрофобными остатками аминокислот белка. Оба вида пектина слегка повышали СП смеси белков (с 67% до 69-71%), тогда как препараты каррагинана резко ее понижали (с 67% до 24-28%).
Таким образом, полученные результаты определения пенообразующих свойств белковой смеси альбумин-СПК подтвердили необходимость использования в рецептуре зефира препаратов пектина, по сравнению с каппа- и йота-каррагинаном, и, прежде всего - ВЭ пектина, так как он обладал наибольшей эффективностью улучшения как гелеобразующей способности, так и пенообразующих свойств, в частности, - стабильности пены.
Дополнительное изучение влияния сахарозы на пенообразующие свойства СПК и ее смесей с яичным альбумином показало, что у систем, содержащих дозировку сахара 65%, при замене 30% яичного белка на клейковину на 13% повышалась плотность пены. Поэтому далее, с учетом того, что пенообразующие свойства СПК улучшались в кислой среде (рисунок 11), в систему, по аналогии с традиционной рецептурой, введено яблочное пюре и установлено, что значение ПОС смеси, состоящей из яичного белка и СПК при соотношении 70:30, в присутствии сахара и яблочного пюре практически не отличалась от ПОС одного яичного белка (300%). Плотность пены используемой смеси белков составляла 450 кг/м3, она приближалась к плотности пены одного яичного белка (447 кг/м3), полученной в аналогичных условиях.
Поскольку пшеничная клейковина по химической природе значительно отличается от других видов пенообразователей, то представлялось интересным определить ее концентрацию, обеспечивающую получение пены наименьшей плотности. Контролем служили две системы: одна состава альбумин-сахар-яблочное пюре, аналогичного традиционной рецептуре, вторая - с заменой 30% альбумина на СПК (таблица 1).
Опытные образцы содержали увеличивающийся процент препарата клейковины от 40 до 60% по отношению к массовой доле яичного альбумина в контроле 1.
Таблица 1 – Компонентный состав комплексных пенных систем, %
| Система, № Показатели | Контроль | Опыт | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Яичный альбумин, % | 100 | 70 | 70 | 70 | 70 |
| СПК, % | 0 | 30 | 40 | 50 | 60 |
| Массовая доля белка, % к контролю 1 | 100 | 100 | 110 | 120 | 130 |
| Массовая доля белка, % к массе системы | 1,06 | 1,06 | 1,16 | 1,26 | 1,36 |
С увеличением массовой доли СПК в системе плотность пены сначала уменьшалась, затем увеличивалась (таблица 2). Минимальная плотность пены (430 кг/м3) соответствовала системе №3, массовая доля белков в которой на 10% выше, чем в контроле. Компонентный состав данной системы включал СПК и яичный альбумин в соотношении 63,6:36,4.
Таким образом, в присутствии сахара и яблочного пюре смесь яичного альбумина и
СПК, в указанном соотношении и дозировке, на 10% превосходящей дозировку белка по
Таблица 2 – Влияние массовой доли СПК на плотность пенных систем
| Показатель | Система, № по вариантам таблицы 1 | ||||
| Контроль 1 | Контроль 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Плотность пены, кг/м3 | 447 | 450 | 430 | 465 | 495 |
традиционной рецептуре, позволила достичь характеристик модельных пенных систем, превосходящих контроль, а, следовательно, при использовании в рецептуре изделий, она могла и улучшать показатели качества.
Поверхностно-активные свойства и растворимость клейковины в различных растворителях в присутствии полисахаридов и яичного альбумина изучались для теоретического обоснования взаимодействий белков и полисахаридов. Первоначально определена роль нековалентных связей методами растворимости и поверхностного натяжения растворов, приготовленных в растворителях, разрывающих водородные (вода), ионные (0,05н раствор хлорида натрия) и гидрофобные взаимодействия (70%-й этанол, 1%-й ДДС-Na).
В водных растворах с увеличением массовой доли полисахаридов от 0,125 до 0,5% растворимость белков СПК повышалась (рисунок 14). Однако, для каррагинанов, при дозировке их менее 0,5%, растворимость белков была ниже, чем в контроле (1,2%), и составляла 0,7-1,0% для каппа- и 0,8-1,07% для йота-каррагинана. При дозировке йота-каррагинана 0,5% растворимость превосходила растворимость белков контрольного образца на 26%.
Повышенную на 18-30% растворимость белка в воде в присутствии йота–каррагинана, по сравнению с каппа–карагинаном, при всех их дозировках, можно объяснить большим количеством в составе йота–каррагинана сульфа-групп (-SO3H), способных к образованию ионных связей c СПК. И возможно, что из-за образования большего количества таких видов связей, пенообразующие свойства СПК в присутствии каррагинана, по сравнению с пектином, были более низкие (рисунки 10 и 11).
В отличие от обоих видов каррагинана, препараты пектина повышали растворимость СПК в воде: ВЭ пектин на 19-51 %, а НЭ пектин – до 43% (рисунок 15). Наиболее значительные результаты получены с использованием ВЭ пектина при концентрации 0,5% к общей массе системы. Максимальное повышение растворимости белков, по отношению к контролю, при этом составляло 51%, тогда как с йота–каррагинаном - только 26%.
 Рисунок 14 - Растворимость СПК в растворе каррагинанов: 1– контроль, 2 – каппа-каррагинан, 3 – йота-каррагинан |  Рисунок 15 - Растворимость СПК в растворе пектина: 1–контроль 2 – ВЭ пектин; 3 – НЭ пектин |
А поскольку вода в белках разрывает водородные связи, то можно заключить, что в проявлении более высокой пенообразующей способности и стабильности пены с пектином, по сравнению с каррагинанами обоих видов, большую роль играли именно водородные взаимодействия.
Полученные данные подтверждены серией опытов по изучению растворимости белков в 0,05 н растворе хлорида натрия. Как с ВЭ, так и с НЭ пектином, растворимость белков СПК в воде на 24-50% выше, чем в соли (рисунок 16). Следовательно, водородные связи при взаимодействии белков с пектином при участии гидроксильных групп полисахарида играли более значительную роль, чем ионные. Повышение растворимости белка в воде под влиянием пектина, содержащего, как известно, и карбоксильные группы (–СООН), свидетельствовало об участии, наряду с водородными, и ионных связей, но в меньшей степени.
 | Рисунок 16 - Растворимость СПК в водном (I) и солевом (II) растворах гидроколлоидов: 1 – контроль, 2 – ВЭ пектин; 3 – НЭ пектин; 4 – каппа-каррагинан, 5 – йота-каррагинан |
Установлено, что с НЭ пектином в солевых растворах растворимость СПК понижалась больше, чем с ВЭ пектином. Следовательно, при взаимодействии белков с НЭ пектином преобладали ионные связи, тогда как с ВЭ пектином, наряду с ионными, - и гидрофобные.
В присутствии йота-каррагинана, по сравнению с каппа-каррагинаном, растворимость СПК была выше не только в воде (1,5 и 1,07%, соответственно), но и в растворе соли (1,75 и 1,05%, соответственно), что подтвердило предположение о взаимодействии белка с сульфатированными группами полисахарида, которое не улучшало их пенообразующие свойства.
Таким образом, увеличение растворимости СПК в воде и в растворе хлорида натрия в присутствии препаратов ВЭ, НЭ пектина и йота-каррагинана свидетельствовало об изменении структуры ее белков под влиянием полисахаридов. Большее количество белка, находящегося во взаимодействии с пектином при участии водородных связей, по сравнению с каппа-каррагинаном, соответствовало более высоким показателям пенообразующей способности СПК. Повышенное количество белка в воде и растворе соли в присутствии йота-каррагинана, подтверждающее образование комплекса белков с сульфатированным полисахаридом за счет водородных и ионных связей, наоборот, соотносилось с более низкими показателями качества пены, по сравнению с пеной, полученной с пектином.
Анализ величины поверхностного натяжения в различных видах растворителей (таблица 3) показал, что в водных и солевых растворах поверхностное натяжение СПК понижалось, по сравнению с поверхностным натяжением исходных растворителей, на 42-56%, что указывало на реакционную способность поверхности молекул клейковинного белка, несмотря на очень низкую растворимость в воде (1-3%). Оба вида пектина меньше понижали поверхностное натяжение растворов, чем СПК, что вновь свидетельствовало о наличии у нее поверхностно-активных свойств.
Таблица 3 - Поверхностное натяжение растворов СПК в присутствии полисахаридов
| Состав системы | Поверхностное натяжение, mN/m | |||
| Растворитель | ||||
| Вода | 0,05н NaCl | 70% этанол | 1% ДДС-Na | |
| Растворитель | 72,8±0,1 | 74,0 ±0,2 | 28,9 ±0,2 | 39,0 ±0,1 |
| СПК | 51,0 ±0,1 | 48,0 ±0,2 | 29,0 ±0,3 | 38,0 ±0,2 |
| ВЭ пектин | 55,0 ±0,2 | 58,0 ±0,3 | 29,0 ±0,2 | 36,7 ±0,1 |
| НЭ пектин | 60,0 ±0,2 | 69,0 ±0,2 | 29,0 ±0,3 | 36,0 ±0,2 |
| Каппа-каррагинан | 61,0 ±0,1 | 55,0 ±0,2 | 29,0 ±0,1 | 35,0 ±0,3 |
| Йота-каррагинан | 71,0 ±0,2 | 63,0 ±0,1 | 29,0 ±0,1 | 38,5 ±0,2 |
| СПК + ВЭ пектин | 52,5 ±0,1 | 50,5 ±0,2 | 29,0 ±0,3 | 37,0 ±0,2 |
| СПК + НЭ пектин | 53,2 ±0,3 | 50,5 ±0,2 | 29,0 ±0,2 | 36,0 ±0,1 |
| СПК + каппа-каррагинан | 52,8 ±0,1 | 46,5 ±0,3 | 28,7 ±0,2 | 35,0 ±0,2 |
| СПК йота-каррагинан | 53,8 ±0,2 | 48,0 ±0,1 | 28,7 ±0,2 | 37,0 ±0,2 |
Из изученных полисахаридов максимальной поверхностной активностью в дистиллированной воде обладали ВЭ пектин –25%, затем следовали НЭ пектин и каппа - каррагинан – (17-18%), тогда как в растворе соли: каппа – каррагинан – 26%, и только потом ВЭ пектин – 22%, йота-каррагинан – 15% и НЭ пектин – 7%.
Изменений поверхностного натяжения СПК в спиртовых растворах не обнаружено, следовательно, и роль гидрофобных связей с данным реактивом не выявлена. В растворе 1%-го ДДС-Na, ослабляющего, как известно, и гидрофобные взаимодействия, поверхностное натяжение СПК понижалось, однако менее значительно, чем в воде или растворе соли (30-36%), следовательно, гидрофобные свойства у клейковины менее ярко выражены, чем гидрофильные.
В целом же, СПК на 43-56% более поверхностно активна, чем ВЭ, НЭ пектин, каппа- и йота – каррагинан. К водородным и ионным взаимодействиям более склонны ВЭ пектин, каппа-каррагинан, затем следуют НЭ пектин и йота-каррагинан, к гидрофобным взаимодействиям - каппа-каррагинан.
Поверхностное натяжение в системах СПК - гидроколлоид как в водных, так и солевых растворах приближалось к поверхностному натяжению одной клейковины, разница в значениях составляла не более 5%, что указывало на взаимодействия между белками и полисахаридами за счет нековалентных связей и преобладающую роль белков при этом.
У всех комплексных систем СПК с гидроколлоидами в 1%-ном растворе ДДС-Na поверхностное натяжение практически одинаково с натяжением одних только полисахаридов. Исключение составила смесь СПК с йота-каррагинаном, у которой поверхностное натяжение понижалось на 2,5%. Следовательно, и в смесях СПК с гидроколлоидами гидрофобные свойства белков менее выражены, чем гидроколлоидов. Это вновь свидетельствует о том, что взаимодействие биополимеров в структуре клейковинных белков при участии гидрофобных групп менее значительно, чем с гидрофильными - водородные, ионные связи.
Растворимость белков СПК в 1% - ом растворе ДДС-Na (рисунок 17) под влиянием препаратов ВЭ и НЭ пектина, содержащих гидрофобные метильные группы, повышалась всего на 2-4%, тогда как каррагинаны понижали данный показатель, и особенно йота-каррагинан - на 24%. Следовательно, ионизированные в 2 раза больше молекулы йота-каррагинана, по сравнению с каппа-каррагинаном, при участии сульфатированных гидроксильных групп (-ОSO3-) образовывали с СПК агрегированные высокомолекулярные комплексы, затрудняющие переход белков в раствор детергента.
 | Рисунок 17 – Растворимость СПК в растворе 1% ДДС-Na: 1 – контроль, 2 – ВЭ пектин, 3 – НЭ пектин, 4 – каппа-каррагинан, 5 – йота-каррагинан |
Анализ поверхностного натяжения растворов смеси яичного альбумина с СПК (соотношение 70:30) в различных растворителях и в присутствии полисахаридов показал, что поверхностно-активные свойства СПК во всех исследуемых растворителях не отличались от аналогичных свойств яичного альбумина (таблица 4), что делает взаимозаменяемость функциональности белков достаточно обоснованной.
Таблица 4 - Поверхностное натяжение смеси яичный альбумин - СПК
| Состав системы | Поверхностное натяжение, mN/m | ||
| Растворитель | |||
| Дистиллированная вода | 0,05н NaCl | 1% ДДС-Na | |
| Растворитель | 72,8 ±0,1 | 74,0 ±0,2 | 39,0 ±0,2 |
| СПК | 51,0 ±0,2 | 48,0 ±0,2 | 38,0 ±0,3 |
| Яичный альбумин (ЯА) | 51,0 ±0,2 | 48,0 ±0,3 | 38,0 ±0,3 |
| Яичный альбумин + СПК | 49,0 ±0,2 | 47,5 ±0,2 | 38,0 ±0,2 |
| ЯА + СПК + ВЭ-пектин | 47,0 ±0,2 | 48,0 ±0,2 | 36,7 ±0,3 |
| ЯА + СПК + НЭ-пектин | 49,0 ±0,2 | 48,0 ±0,2 | 38,0 ±0,2 |
| ЯА + СПК + каппа-каррагинан | 50,0 ±0,2 | 47,0 ±0,3 | 35,3 ±0,2 |
| ЯА + СПК + йота-каррагинан | 50,0 ±0,2 | 49,5 ±0,2 | 37,0 ±0,2 |
В то же время, поверхностное натяжение смеси белков в воде и солевом растворе несколько ниже, чем каждого из белковых препаратов в отдельности, что указывает на их взаимное влияние и взаимодействие. Исследуемый показатель для смеси белков, по сравнению с СПК, в присутствии ВЭ пектина снижался на 9,5% в воде и на 4% в растворе соли, а НЭ пектина – на 9,8 и 4%, соответственно. Для каппа- и йота-каррагинана в водном растворе снижение поверхностного натяжения смеси белков составляло 5,3-7%. В солевом растворе, наоборот, йота-каррагинан, хотя и незначительно, но повышал поверхностное натяжение смеси белков по сравнению с СПК (на 3,1%).
В растворах 1%-го ДДС-Na в поверхностно-активных свойствах смеси белков с полисахаридами различий с каждым отдельным препаратом не выявлено.
Таким образом, сравнение закономерностей изменения поверхностного натяжения и пенообразующей способности белков под влиянием полисахаридов указывает на то, что ухудшение функционального свойства обусловлено действием агентов, активно разрушающих гидрофобные, ионные и водородные связи с одновременным повышением их растворимости.
Значительное ухудшение пенообразующих свойств СПК в присутствии каррагинанов, по сравнению с обоими видами пектина, взаимосвязано с большой способностью образовывать ионные связи с белком, а повышенная стабильность пены с пектином – участием водородных и ионных взаимодействий.
По итогам выполненных исследований для разработки рецептуры и технологии зефира с СПК отобраны: ВЭ пектин и 2 варианта смеси яичного белка с СПК, первый из них включает замену 30% яичного белка на СПК, второй – увеличение дозировки клейковины на 10% от общего количества белка. Оба варианта смесей белков наиболее активны в отношении пенообразования в кислой среде (рН 3 – 3,5) с проявлением способности к гелеобразованию при критической концентрации СПК, равной 5%.
Разработка технологии и рецептуры зефира с пшеничной клейковиной. С учетом данных по функциональным свойствам пшеничной клейковины, влияния на них рецептурных, технологических факторов и результатов теоретических исследований изучены следующие стадии технологического процесса:
- приготовление яблочно-пектиновой смеси;
- сбивание яблочно-пектиновой смеси с яичным альбумином и СПК;
- приготовление зефирной массы;
- отсадка и выстойка зефира;
- хранение готового зефира.
Как показано ранее, сухую клейковину целесообразно вводить в горячий сахаро-пектиновый сироп, что способствует получению однородной массы, без образования хлопьевидных частиц, ухудшающих органолептические характеристики. Поэтому, с учетом последовательностей процессов традиционной технологии, введение СПК осуществляли непосредственно по завершении уплотнения яблочного пюре при температуре 90 ± 5 С.
Так как при приготовлении яблочно-пектиновой смеси особое значение имеет стадия подготовки пектина, то далее определили оптимальные параметры набухания его в яблочном пюре с СПК. Показано, что с увеличением температуры от 20 до 45±5С, длительность набухания пектина сокращалась со 100 до 20 минут (рисунок 18).
 | Рисунок 18 - Зависимость продолжительности набухания пектина в яблочном пюре от температуры |
Дальнейшее увеличение температуры свыше 50С нецелесообразно, поскольку оно отрицательно отражалось на студнеобразующей способности яблочного пюре.
Для выявления роли СПК в гелеобразовании полупродуктов определена прочность гелей по критерию предельного напряжения сдвига. При этом одновременно измерялось значение рН системы с внесением молочной кислоты для достижения рН в диапазоне 3,2-3,4 (таблица 5).
Таблица 5 – Состав и свойства модельных гелевых систем
| п/п № системы | Состав системы | рН | Предельное напряжение сдвига,, 10-3 Па |
| 1 | Контроль | 3,2 | 2,19 |
| 2 | 30 % СПК* | 3,5 | 1,77 |
| 3 | 40% СПК* | 3,6 | 2,05 |
| 4 | 40% СПК* с молочной кислотой | 3,3 | 2,32 |
| 5 | 40% СПК* с молочной кислотой, дозировка пектина снижена на 10% | 3,3 | 1,93 |
| * Примечание – от рецептурного количества яичного белка | |||
Установлено, что введение в систему СПК при заданном уровне рН увеличивало прочность гелей на 6%, однако, положительного влияния клейковины было недостаточно для обоснованного снижения дозировки пектина.
На этапе сбивания яблочно-пектиновой смеси с яичным альбумином и СПК для получения пены с равномерным распределением пузырьков воздуха и значительной долей воздушной фазы исследовали зависимость ее плотности и дисперсности от продолжительности сбивания и температуры рецептурной смеси.
Анализ влияния технологических факторов на показатели качества пены осуществляли по рецептурам, составленным на основе яичного белка и с заменой части его на СПК (таблица 6).
Таблица 6 – Состав рецептурных смесей для сбивания
| Наименование сырья | Дозировка, г | ||
| Рецептура 1 (контроль) | Рецептура 2 | Рецептура 3 | |
| Сахар-песок | 25 | 25 | 25 |
| Яблочное пюре | 25 | 25 | 25 |
| Белок яичный сухой | 0,75 | 0,55 | 0,55 |
| Сухая пшеничная клейковина | 0 | 0,20 | 0,22 |
| Вода для набухания белка | 5,25 | 5,25 | 5,25 |
Изучение влияния продолжительности сбивания на плотность пены показало, что наименее плотной пена формировалась за 8-10 минут сбивания (рисунок 19).
Анализ данных по зависимости плотности пены от температуры смеси для сбивания показал, что наиболее эффективной оказалась температура 45 ± 5 С (таблица 7). При этом с пшеничной клейковиной масса становилась более устойчивой к воздействию температуры, что является положительным фактором, так как исключается один из существенных недостатков яичного белка – его низкая термостабильность.
 | Рисунок 19 – Зависимость плотности пены рецептурных смесей от продолжительности сбивания: 1 – контроль; 2 – рецептура №2; 3 – рецептура №3 |
Таблица 7 – Зависимость плотности пенной массы от температуры
| Плотность сбитой массы, кг/м3 | Температура, С | |||||||
| 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 55 | |
| Рецептура 1 (контроль) | 415 | 380 | 355 | 320 | 300 | 300 | 305 | 390 |
| Рецептура 2 | 430 | 400 | 375 | 360 | 325 | 320 | 325 | 480 |
| Рецептура 3 | 415 | 385 | 350 | 335 | 300 | 295 | 295 | 370 |
Данные изучения микроструктуры пены образцов, полученных по рецептурам 1-3 (таблица 6), показали, что использование СПК в сбитой зефирной массе обеспечивало равномерное распределение воздушной фазы по всей ее массе. Введение в систему 40% СПК для замены 30% яичного белка позволило получить пену с наиболее равномерным распределением мелкодисперсных пузырьков воздушной фазы (рисунок 22).
 |  |  |
| 1 - контроль, рецептура 1 | 2 – рецептура №2 | 3 – рецептура №3 |
| Рисунок 22 - Микроструктура пенных масс по рецептурам таблицы 6 | ||
Таким образом, использование СПК в количестве 40% взамен 30% яичного белка обеспечивало получение пены с равномерным распределением воздушной фазы, превосходящей по плотности пену одного яичного белка (295 кг/м3). При этом, сбивание массы целесообразно осуществлять в течение 8-10 минут при температуре 45 ± 5 С, что совпадает с литературными данными оптимальной температуры набухания яичного белка и соответствует определенной нами температуре набухания пектина.
На основе рецептур пенных смесей произведен расчет итоговых рецептур зефира, предусматривающих введение 30 % (рецептура 2) и 40% (рецептура 3) СПК для замены 30% яичного белка.
Анализ качества зефирных масс показал, что присутствие СПК повышало их плотность с 475 до 500 и 485 кг/м3 в рецептурах 2 и 3, соответственно, но в пределах установленных НД показателей. Одновременно увеличивалась прочность полученных масс на 5 и 15%, соответственно (таблица 8), что положительно отражалось на качестве готовых изделий, компенсируя колебания студнеобразующей способности яблочного пюре и пектина с исключением появления брака и снижения количеств возвратных отходов.
Таблица 8 – Органолептические и физико-химические показатели зефирных масс
| Наименование показателя | Рецептура 1 (контроль) | Рецептура 2 | Рецептура 3 |
| Внешний вид | Матовая белая масса с мягкими узорами при отсадке | Матовая масса, с незначительным кремовым оттенком и мягкими узорами при отсадке | Матовая масса, с незначительным кремовым оттенком и мягкими узорами при отсадке |
| Массовая доля сухих веществ, % | 78,0 | 77,5 | 78,5 |
| Плотность, кг/м3 | 475 | 500 | 480 |
| рН | 3,25 | 3,4 | 3,4 |
| Предельное напряжение сдвига,, 10-3 Па | 1,54 | 1,62 | 1,78 |
Появление у изделий незначительного кремового оттенка, обусловленного присутствием СПК, допускается требованиями ГОСТ 6441 и не является фактором, ограничивающим применение разработанных рецептур.
Физико-химические показатели опытных образцов зефира с СПК не отличались по кислотности (5,8 град), массовой доле влаги (18,5 – 19,0 %) и редуцирующих веществ (9,6%) от соответствующих параметров контрольного образца. Микробиологический анализ образца зефира с СПК подтвердил его соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01. (Протокол испытаний № 3/253 от 21.04.2011г.).
Пищевая ценность зефира с СПК (таблица 9) практически не отличается от контрольных образцов по содержанию жиров и углеводов.
Таблица 9 – Пищевая ценность зефира
| Пищевая ценность 100г изделий | Рецептура № | ||
| 1 (контроль) | 2 | 3 | |
| Белки, г | 0,67 | 0,66 | 0,70 |
| Жиры, г | 0,05 | 0,06 | 0,06 |
| Углеводы, г | 81,7 | 81,7 | 81,4 |
| Энергетическая ценность, ккал | 315 | 315 | 315 |
Показатели аминокислотного состава белковой смеси зефира в сравнении с пшеничной клейковиной и яичным альбумином приведены в таблице 10.
Скор лимитирующих для пшеницы аминокислот - лизина и треонина, в смеси белков при используемых соотношениях составлял 96-98%.
Таблица 10 - Аминокислотный состав белков и их смеси
| Незаменимые аминокислоты | Содержание аминокислот, мг /1г белка | Аминокислотный скор, % | ||
| Пшеничная клейковина | Яичный альбумин | Яичный альбумин - СПК при соотношении | ||
| 70:30 | 63,6:36,4 | |||
| Изолейцин | 29 | 59 | 100 | 100 |
| Лейцин | 64 | 85 | 100 | 100 |
| Лизин | 27 | 62 | 98 | 96 |
| Метионин+цистин | 30 | 62 | 100 | 100 |
| Фенилаланин + тирозин | 67 | 100 | 100 | 100 |
| Треонин | 25 | 45 | 98 | 97 |
| Триптофан | 12 | 15 | 100 | 100 |
| Валин | 34 | 66 | 100 | 100 |
Таким образом, с заменой 30% яичного белка на 40% СПК (рецептура 3, таблица 9) дозировка белковых препаратов увеличивается на 10%, без снижения биологической ценности продукта.
Изучение показателей качества зефира с пшеничной клейковиной при хранении проводилось на образцах, упакованных в полиэтиленовую пленку, в течение 45 суток при температуре 18 ± 2 С и относительной влажности воздуха не выше 75%. У зефира, приготовленного с СПК, отмечено снижение скорости потери влаги (рисунок 21). Влажность контрольного образца (I) снижалась на 1,4%, тогда как у образцов с пшеничной клейковиной - всего на 0,4 и 0,6 %.
 | Рисунок 21 – Изменение влажности зефира при хранении: 1 – контроль, 2 и 3 – образцы с заменой 30% яичного белка на 30 и 40% СПК, соответственно |
По другим физико-химическим, а также органолептическим и микробиологическим показателям (таблица 11), все образцы по истечении 45 суток хранения соответствовали требованиям ГОСТ 6441 и СанПиН 2.3.2.1078-01.
Таблица 11 - Показатели качества образцов зефира после хранения
| Показатели качества | Рецептура 1 (контроль) | Рецептура 2 | Рецептура 3 |
| Внешний вид, форма | Свойственные данному наименованию, уплот-нение поверхности, незначительное засахаривание корочки | Свойственные данному наимено-ванию, незначи-тельное потемне-ние поверхности | Свойственные дан-ному наименова-нию, незначитель-ное потемнение поверхности |
| Общая кислотность, град | 6,5 | 6,2 | 6,1 |
| Массовая доля влаги, % | 16,6 | 18,1 | 18,4 |
| Массовая доля редуци-рующих веществ, % | 10,2 | 10,2 | 10,4 |
| КМАФАнМ, КОЕ/г | Менее 1х102 | Менее 1х102 | Менее 1х102 |
| БГКП (колиформы) в 0,1г | Не обнаружены | Не обнаружены | Не обнаружены |
| Патогенные м/о, в т.ч. сальмонеллы, в 25г | Не обнаружены | Не обнаружены | Не обнаружены |
| Дрожжи, КОЕ/г | Менее 1х101 | Менее 1х101 | Менее 1х101 |
| Плесени, КОЕ/г | Менее 1х101 | Менее 1х101 | Менее 1х101 |
Разработка комплекта НД на зефир с пшеничной клейковиной. По результатам исследований определены технологические режимы набухания пектина в яблочном пюре (20-25 минут, температура 45±5 С), время сбивания рецептурной смеси (8-10 мин. при температуре 45±5 С) и последовательность введения компонентов. Образцы зефира, приготовленные с заменой части яичного белка на СПК при разработанных параметрах технологического процесса, не уступали по показателям качества и пищевой ценности контрольному образцу, а по показателю прочности масс превосходили его на 5,2 и 15,6 %.
Процесс производства зефира апробирован в ГУП «Хлебсервис» и ОАО «Хлебпром», разработаны технологическая схема (рисунок 24), проекты ТУ, ТИ и рецептуры зефира с СПК.
Яблочное пюре
Пектин
Сахар
СПК
Молочная
кислота
Ароматизатор
Рисунок 24 – Технологическая схема производства зефира с пшеничной клейковиной
Рассчитанное в ценах 2011года снижение стоимости белкового сырья за счет замены части яичного альбумина составляет 25%, экономический эффект при объеме производства 1т/сутки - более 500 тыс. руб. в год.
3 ВЫВОДЫ
Изучение физико-химических свойств сухой пшеничной клейковины, яичного альбумина, гидроколлоидов полисахаридной природы и процессов на отдельных стадиях приготовления зефира позволило сделать следующие выводы:
1 Разработана новая технология зефира с применением сухой пшеничной клейковины как функционального ингредиента, обеспечивающего сокращение расхода импортного яичного альбумина (на 30%), уменьшение скорости потери влаги при хранении, увеличение прочности пенно-гелевых систем (на 15,6%), высокую микробиологическую чистоту изделия и снижение стоимости белкового сырья (на 25%).
2 Предварительно выполнен ряд теоретических исследований, позволивший заключить:
2.1 Гель-точка сухой пшеничной клейковины равняется 20%;
2.2 Гелеобразующая способность СПК повышается в кислой среде (рН 3-4), под влиянием термической обработки (100С, 45 минут) и полисахаридов. Образование геля на основе СПК происходит с ВЭ пектином и сахарозой при дозировках 1,0 и 55%, соответственно, при рН 3,3±0,1, а также с 0,8% каппа-каррагинана без сахара;
Гель-точка понижается с 20 до 5% при добавлении ВЭ пектина, сахарозы при концентрациях 0,7% и 60%, соответственно, а также каппа-каррагинана при концентрации 0,5% к общей массе системы;
2.3 Прочность гелей СПК с каппа-каррагинаном без сахара (0,012-0,02 Па) ниже прочности гелей с пектином и сахаром (0,05-0,08 Па). Присутствие сахара в дозировках свыше 55% значительно ухудшает органолептические характеристики и прочность гелей СПК с каппа-каррагинаном;
2.4. На основе математических моделей, описывающих зависимость ПОС и СП смеси яичного альбумина с СПК от значений рН, установлено соотношение компонентов – (70:30), пенообразующие свойства которого в кислой среде (рН 3) не уступают аналогичным свойствам животного белка;
2.5 Каппа- и йота-каррагинан понижают ПОС (с 220 до 100%) и СП (с 60 до 18-20%) пшеничной клейковины и ее смеси с яичным альбумином. ВЭ и НЭ пектин повышают стабильность пены СПК;
2.6 В проявлении относительно более высокой пенообразующей способности и стабильности пены СПК с пектином, по сравнению с каппа- и йота каррагинаном, важную роль играют водородные связи. При взаимодействии СПК с ВЭ пектином, при сравнении с яичным альбумином, выявлено более значительное влияние гидрофобных взаимодействий;
2.7 Растворимость белков клейковины в воде с полисахаридами изменяется следующим образом: ВЭ пектин > НЭ пектин > йота-каррагинан > каппа-каррагинан, в растворе хлорида натрия – йота-каррагинан > ВЭ пектин > НЭ пектин > каппа-каррагинан.
Наиболее растворимы белки СПК (51%) при добавлении ВЭ пектина при дозировке 0,5% к массе системы. Каппа- и йота-каррагинан понижают растворимость при дозировке их ниже 0,5% к массе системы, в дозировке 0,5% йота-каррагинан повышает растворимость СПК на 26%;
2.8 Установлено, что в водных и солевых растворах СПК обладает значительной поверхностной активностью; поверхностное натяжение растворителя понижается с 72 – 74 до 51–48 mN/m (на 42-56%), соответственно. Из полисахаридов наибольшей поверхностной активностью в воде обладает ВЭ пектин (25%), в растворе соли – каппа-каррагинан (26%).
По поверхностной активности в воде полисахариды располагаются следующим образом: ВЭ пектин > НЭ пектин > каппа-каррагинан > йота-каррагинан; в растворе соли - каппа–каррагинан > ВЭ пектин > йота-каррагинан > НЭ пектин;
2.9 Для СПК в большей степени характерны водородные и ионные взаимодействия, чем гидрофобные. При взаимодействии с ВЭ и НЭ пектином водородные связи играют более значительную роль, чем ионные. Для ВЭ пектина, наряду с водородными и ионными связями, существенное значение имеют и гидрофобные взаимодействия.
Ионные, водородные и гидрофобные взаимодействия СПК с сульфатированным йота-карагинаном соотносятся с ее более низкими пенообразующими свойствами, по сравнению с другими полисахаридами.
3. Экспериментально определены технологические параметры применения сухой пшеничной клейковины (температура 92±2,5С), набухания пектина (20 минут при температуре 45±5С), сбивания пенной массы (8-10 минут при температуре 45±5С), обеспечивающие получение изделий высокого качества и сокращения длительности процесса набухания пектина в 2,5 - 3 раза.
4. Установлено положительное влияние клейковины на физико-химические показатели изделия при хранении. Отмечено снижение скорости потери влаги с 1,4% (контроль) до 0,6% при хранении в течение 45 суток.
5. Проведена опытно-промышленная апробация технологии и рецептуры зефира с пшеничной клейковиной в условиях ГУП «Хлебсервис» и ОАО «Хлебпром». Разработаны проекты НД на зефир - ТУ, ТИ и РЦ.
Применение клейковины способствует увеличению содержания белка (на 6%) и не снижает биологическую ценность изделий.
6. Экономический эффект при производстве зефира с СПК в объемах 1т/сутки составит в ценах апреля 2011г. 501,7 тыс. руб. в год.
Список работ, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК
- Колпакова В.В., Студенникова О.Ю. Гидратационная способность и физико-химические свойства белков пшеничной клейковины // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2009. - № 2-3. - С.5-8.
- Студенникова О.Ю., Бурыгина Е.В., Колпакова В.В. Пенообразующие свойства растительных белков // Кондитерское производство. - 2010. - № 6. - С.33-36.
- Колпакова В.В., Буданцев Е.В., Зайцева Л.В., Студенникова О.Ю., Ванин С.В., Василенко З.В. Сухая пшеничная клейковина: функциональные свойства, перспективы применения // Пищевая промышленность. - 2010. - №4. - С.122-126.
- Студенникова О.Ю., Колпакова В.В. Гидроколлоиды полисахаридной природы и вязкость пшеничной клейковины // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - №2. - С. 24-26.
Список работ, опубликованных в других изданиях
- Студенникова О.Ю., Ванин С.В., Колпакова В.В. Пенообразующие и гелеобразующие свойства белковых препаратов растительного происхождения // Техника и технология пищевых производств. Тез. докл. VI-ой МНК студентов и аспирантов. - Могилев: 24-25 апреля 2008 г.- С. 178-179.
- Студенникова О.Ю., Колпакова В.В. Функциональные свойства белковой основы для пастильных изделий // Торты и пирожные. Материалы VI-ой МНК «Торты и пирожные». – Москва: 17-19 марта 2008г. – С. 143-144.
- Функциональные свойства сухой пшеничной клейковины как основа нового способа приготовления зефира // Техника и технология пищевых производств. Тез. докл. VII-ой МНК. - Могилев: 21-22 мая 2009 г., ч.1. - С. 122-123.
- Студенникова О.Ю., Бурыгина Е.Н. Функциональные свойства сухой пшеничной клейковины в присутствии анионных полисахаридов // Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания: материалы МНК студентов и молодых ученых. – Москва: МГУПБ, 2009. – С. 85-86.
- Студенникова О.Ю. Колпакова В.В. Сбивные полуфабрикаты с использованием нетрадиционного сырья // Торты и пирожные. Материалы VIII-ой МНК «Торты и пирожные». – Москва: 21-26 марта 2010г. – С. 109-111.
- Использование белковой композиции с пшеничной клейковиной в производстве зефира // Техника и технология пищевых производств: тез. докл. VІІІ Междунар. научн.-техн. конф., Могилев, 27-28 апреля 2011 г., в 2 ч. – Могилев: УО «МГУП», 2011. – Ч.2.- С.34-35.
- Колпакова В.В., Студенникова О.Ю. Способ производства зефира. Решение о выдаче патента по заявке № 2010119603 от 01.06.2011г.
Список принятых сокращений
| СПК – сухая пшеничная клейковина; | ПОС – пенообразующая способность; |
| ВЭ пектин – высокоэтерифицированный пектин; | СП – стабильность пены; |
| НЭ пектин – низкоэтерифицированный пектин; | ДДС-Na – додецилсульфат натрия |
Summary
The research work is devoted to the new technology of zephyr with dried wheat gluten on the basis of its foaming and gelling capacity. The influence of polysaccharides (pectin, sodium alginate, carrageenan), sugar presence on functional properties of gluten was studied. The dependence of gluten proteins solubility on heat treatment, presence of polysaccharides was determined. Surface tension measurement of protein and protein-polysaccharide water, salt, alcohol and SDS solutions were done. As a result the role of uncovalent bones in intermolecular protein-polysaccharide interaction was shown.
