Разработка технологии сдобного печенья функционального назначения с пищевой клетчаткой и лигнином
На правах рукописи
СИДОРОВА ЛЮБОВЬ НИКОЛАЕВНА
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СДОБНОГО ПЕЧЕНЬЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ПИЩЕВОЙ
КЛЕТЧАТКОЙ И ЛИГНИНОМ
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 технических наук, профессор
Скобельская Зинаида Григорьевна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Колпакова Валентина Васильевна,
ГОУ ВПО «Московский государственный
университет пищевых производств»
доктор технических наук
Савенкова Татьяна Валентиновна,
РАСХН ГНУ «Научно-исследовательский
институт кондитерской промышленности»
Ведущая организация: ООО «Объединенные кондитеры»
Защита состоится «_____» _______________ 2007 г. в ______ час в ауд. _____ на заседании Диссертационного совета Д.212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д.11.
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., доц. И.Г. Белявская
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Учитывая концепцию Государственной политики в области питания населения Российской Федерации, исследования ученых направлены на создание продуктов питания повышенной пищевой ценности и функционального назначения.
Для придания функциональных свойств продуктам используют различные виды сырья растительного и животного происхождения.
Большое внимание при разработке данных изделий уделяется пищевым волокнам (ПВ). Работами Дудкина М.С., Нечаева А.П., Тутельяна В.А., Аксеновой Л.М., Васькиной В.А., Дубцова Г.Г., Дубцовой Г.Г., Колпаковой В.В., Кочетковой А.А., Магомедова Г.О., Матвеевой И.В., Пучковой Л.И., Савенковой Т.В., Спиричева В.Б., Тумановой А.Е., Шатнюк Л.Н., Шендерова Б.А., Цыгановой Т.Б. и д.р., заложены научные основы создания функциональных продуктов питания с применением ПВ. Серьезный вклад в решение этой проблемы внесли зарубежные ученые т.к. Shukla T., Halpern Григорий Дж, Fukui Y., Higuchi M., Mizuguchi K., Dougherty M., Sombke R., Irvine J., Rao C.S. и др.
В ассортименте мучных кондитерских изделий сдобное печенье представляет собой весомую группу массового потребления, пользующуюся большим спросом у населения. Поэтому придание печенью функциональных свойств путем обогащения ПВ является актуальной задачей.
Выбранные ПВ – это концентрат целлюлозы, полученный без химических реагентов, имеющий капиллярную структуру, а также лигнин медицинский - из гидролизного лигнина с содержанием балластных веществ около 90 %.
Цель и задачи исследований. Цель настоящего исследования - разработка технологии сдобного печенья функционального назначения на основе пищевых волокон. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить состав и свойства пищевых волокон: «Витацель WF-200», «Лигнин медицинский» и «Наше наследие»;
- исследовать влияние пищевых волокон на органолептические, физико-химические и реологические показатели полуфабрикатов и готовых изделий;
- разработать рецептуры печенья с оптимальным содержанием пищевых волокон;
- рассчитать пищевую и энергетическую ценность печенья с добавлением ПВ;
- изучить процесс выпечки печенья с пищевыми волокнами;
- обосновать сроки годности печенья функционального назначения, изучив их влияние на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества изделия в процессе хранения;
- определить сохранность функциональных свойств печенья в ходе технологического процесса и на протяжении срока хранения;
- проверить полученные результаты в условиях производства.
Научная новизна работы. В результате проведенных исследований разработана технология сдобного печенья функционального назначения с пищевой клетчаткой и лигнином.
Установлена зависимость водопоглотительной способности пищевых волокон от температуры воды и продолжительности набухания, на основание чего обоснована целесообразность предварительной гидратации пищевых волокон перед внесением их в технологический процесс;
Исследовано влияние пищевых волокон на образование структуры жидкого полуфабриката. Показано, что в ходе технологического процесса происходит последовательное формирование его структуры - эмульсии, суспензии и пены.
Показано, что внесение пищевых волокон в жидкий полуфабрикат приводит к структурированию и повышению его стойкости за счет жиро - и водосвязывающей способности.
Выявлено повышение пластичных и снижение вязкоупругих свойств теста, содержащего пищевые волокна. Изучено их влияние на показатели качества готовых изделий.
Установлены изменения термо - влажностных, массовых и геометрических характеристик выпечки печенья с пищевыми волокнами, на основе которых, обоснованы рациональные параметры выпечки.
Исследовано влияние пищевых волокон на изменение липидного компонента и микробную безопасность печенья в процессе хранения. Показано: что внесение пищевых волокон приводит: - к снижению содержания жирных кислот с индексом - С 8:0, С 10:0, С 12:0, С 14:0, кислотного и перекисного чисел, обсемененности изделий КМАФАнМ в 2 раза; - к увеличению содержания пальмитиновой и стеариновой кислот. При изучении группового состава выявлено снижение содержания свободных жирных кислот.
Доказана возможность использования и определено количество пищевых волокон для придания печенью функциональных свойств.
Экспериментально подтверждена сохранность функциональных свойств пищевых волокон в ходе технологического процесса и в период хранения.
Практическая значимость. Разработана новая технология сдобного печенья, содержащего ПВ для профилактики широкого спектра заболеваний (желудочно-кишечные заболевания, сахарный диабет, ожирение, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, и др.) разных возрастных групп населения.
Разработаны и утверждены проекты нормативно-технической документации (3 комплекта) на новые функциональные кондитерские изделия повышенной пищевой ценности.
Новые технологии апробированы на предприятиях г. Москвы: ООО «Бонусъ», ОАО Хлебозавод №28 и ОАО БКК «Серебряный бор».
Результаты работы отмечены: Дипломом за участие и высокое качество продукции на III юбилейной международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (ноябрь 2005 г.); Золотой медалью за разработку и высокое качество продукции на IV международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (ноябрь 2006 г.).
На «Способ производства сдобного печенья» получен патент РФ
№ 2297766.
Апробация работы. Результаты исследований, доложены и обсуждены: на конференции, посвященной 200-летию концерна «Бабаевский» – (М., 2004г.); научно-практическом семинаре: «Пшеничная клетчатка «Витацель» для хлебопекарной и кондитерской промышленности» - (М., 2004г., «Могунция Интеррус»); на международных конференциях: «Кондитерские изделия ХХ1 века» - (М., МПА 2005г.); «Индустрия пищевых ингредиентов; современное состояние и перспективы развития» - (М., МПА, 2005г.); «Технология и продукты здорового питания» - (М., МГУПП 2005г., 2006 г.); «Высокоэффективные пищевые технологии: методы и средства для их реализации» - (М., МГУПП 2005г.); на научно-практических семинарах с международным участием (совместно с «Информкондитер») «Технология и состав кондитерских изделий для здорового питания» - (М., 2005 г., МГУПП); «Сырье и ингредиенты для кондитерской промышленности. Инновации» - (М., МГУПП 2005г.); «Мучные кондитерские изделия. Процессы и инновации.» - (М., МГУПП, 2007г.); на совещании «Обеспечение конкурентных преимуществ и безопасности производства и продукции» - (М., ООО «Объединенные кондитеры», 2006г.).
Разработки экспонировались на Международных выставках: «Технологии и продукты здорового питания»-2005,2006 гг.; «Высокоэффективные пищевые технологии: методы и средства для их реализации»- 2005-2007 гг.; «Индустрия детского и школьного питания» в 2006г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, отражающих ее основное содержание.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает: введение, обзор литературы, описание объектов и методов исследования, экспериментальную часть, выводы, список использованных источников (191 наименование, в том числе 25 зарубежных) и приложения.
Основной текст диссертации изложен на 161 странице машинописного текста, включает 31таблицу и 47 рисунков.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.
ГЛАВА 1. Обзор литературы
В обзоре литературы раскрыты физико-химические основы образования полуфабрикатов и сдобного печенья. Показано влияние технологических факторов и параметров на процесс тестообразования. Описаны строение, химический состав и свойства пищевых волокон. Представлена классификация ПВ и отмечены их функции в организме человека. Проведен анализ отечественного и зарубежного опыта использования различных видов ПВ в производстве кондитерских изделий.
Анализ научной литературы свидетельствует об актуальности темы. В связи с этим сформулированы цель и задачи исследования.
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования
При выполнении диссертационной работы исследования проводили в лабораториях кафедр «Технология сахаристых, кондитерских и пищевкусовых производств» (отделение «Технология кондитерского производства»), «Энергетика теплотехнологии» и «Биотехнология» ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», а также в КБК «Серебряный бор» и в лаборатории «Химия пищевых продуктов» ГУ НИИ питания РАМН.
Объекты исследований
При проведении исследований в качестве объектов рассмотрены:
- пищевые волокна, выпускаемые под торговыми марками: «Витацель WF-200» производства Германии (Санитарно-эпидемиологические заключение №77.02.916.Д.002535.04.03 от 1.04.2003 г., сертификат соответствия № РОСС DE АЮ97. Н 04103); «Наше наследие» производства Украина (Санитарно-эпидемиологические заключение №77.01.04.971. П. 22113.09 от 25.09.03); «Полифан» (далее по тексту используется международное название «Лигнин медицинский») производства России (Фармакопейная статья предприятия ОАО «СТИ-МЕД-СОРБ», ФСП 42-0236308302);
- полуфабрикаты сдобного печенья, содержащие пищевые волокна;
- готовые изделия – сдобное печенье ГОСТ 24901-89 Печенье. Общие технические условия.
Методы исследований
Представлена информация об общих и специальных методах исследований и структурная схема исследований (рис. 1).
В работе использованы общепринятые и специальные органолептические, физические, химические, органолептические и математические методы исследования.
Для оценки структурно-механических свойств полуфабрикатов и готовых изделий пользовались приборами: «Реотест-2», «ЭАК-1М», «Вейлера-Ребиндера», «Структурометр СТ-1», микроскоп «BIOLUX - 650».
Процесс выпечки изучали с помощью автоматизированной системы научных исследований "Выпечка".
Содержание растворимой и нерастворимой фракции ПВ определяли каскадным ферментативным методом (после предварительной гомогенизации образца) АОАС Official Method 2001. 03 с применением
Рис.1. Структурная схема исследований
фильтровальной системы Fibertec system E 1023 Filtration modyle и бани-шейкера 1024 Shaking water bath производства фирмы FOSS Швеция.
Адсорбционную способность пищевых волокон исследовали методом спектрофотометрии по метиленовому синему.
Кислотное число - по ГОСТ 5476-80, перекисное число - по ГОСТ 26593-85. Жирнокислотный состав определяли разделением метиловых эфиров жирных кислот с помощью газовой капиллярной хроматографии - по ГОСТ Р 51483-99 на газовом хроматографе Carlo Erba Strumentazione, HRGC 5300 Mega Series, Италия, с хроматографической колонкой – Chrompack Capillary column test Reporp CP 7420. Групповой состав выделенных липидов: полярные липиды, стерины, свободные жирные кислоты (СЖК), триглицириды, эфиры стеринов, – методом тонкослойной хроматографии с использованием денситометрии.
Микробиологические показатели качества готовых изделий оценивали по следующим показателям:
- БГКП – методом выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек согласно ГОСТ 50474-93;
- МАФАМ – методом определения количества мезофильных анаэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов по ГОСТ 10444.15-94;
- дрожжи и плесневые грибы – по ГОСТ 30518-97 «Продукты пищевые. Методы определения дрожжей и плесневых грибов». Активность воды в изделиях определяли на приборе «Аqualab».
ГЛАВА 3. Использование растительных пищевых волокон
для стабилизации качества полуфабрикатов сдобного печенья
Для обоснования целесообразности использования ПВ в технологии сдобного печенья функционального назначения исследовали состав ПВ, органолептические, физико-химические и реологические показатели, а также их влияние на физико-химические и реологические показатели полуфабрикатов для сдобного печенья.
Изучение состава ПВ, органолептических, физико-химических и реологических показателей
При изучении состава ПВ выявлено, что общие содержание ПВ (свидетельствующие об однородности продукта), приходится на «Витацель WF-200» - более 96 %. «Лигнин медицинский» - более 90 %, ПВ «Наше наследие» - менее 50%. Высокое содержание ПВ «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский» обусловлено многостадийной очисткой первоначального сырья. В технологии получения ПВ «Наше наследие» очистка сырья не предусмотрена, их получают более тонким измельчением отрубей. Подавляющие большинство ПВ во всех образцах представлено нерастворимой фракцией (95,2; 85,2; 33,1 % соответственно). Наибольшее содержание растворимой фракции - в образцах «Наше наследие» - 27,1 %.
Полученные данные свидетельствуют о преимуществе ПВ «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский» перед ПВ «Наше наследие» по
содержанию балластных веществ.
Изучение органолептических, физико-химических, реологические и структурно-механических показателей
Образцы ПВ исследовали по следующим показателям: органолептическая оценка, массовая доля влаги, рН, активность воды, плотность, гранулометрический состав.
Органолептическая оценка выявила, что ПВ «Витацель WF-200» имеют чистый, нейтральный вкус, без посторонних запахов, следовательно, способен удерживать и подчеркивать вкус и запах других рецептурных компонентов и вносимых добавок, расширяя тем самым, вкусовые ощущения продукта. ПВ «Наше наследие» и «Лигнин медицинский» имеют слабовыраженный вкус, свойственный продуктам их получения, что может в большей или меньшей степени сказываться на вкусовых свойствах готового продукта. Внесение указанных ПВ также приводит к изменению цвета изделий, поскольку образцы окрашены в коричневые цвета разного оттенка. Однако для рецептур, содержащих какао-порошок, внесение данных ПВ, не оказывает значительного влияния на цвет.
Физико-химические показатели качества ПВ представлены в табл. 1.
Таблица 1
Физико-химические показатели качества ПВ
| Наименование показателя | Значения показателей качества пищевых волокон | |||
| «Витацель WF-200» | «Наше наследие» | «Лигнин медицинский» | ||
| Массовая доля влаги, % | 6,07±0,50 | 7,70±0,50 | 5,5±0,50 | |
| Активная кислотность, рН | 7,05 | 7,39 | 6,28 | |
| Активность воды, ед.пр. | 0,345 | 0,412 | 0,210 | |
| Плотность, кг/м3 | 245 | 275 | 260 | |
| Гранулометрический состав, % | 850,16мкм | 66 >71мкм | 9030мкм | |
Анализ результатов табл.1. показал, что массовая доля влаги всех образцов находится в интервале от 5-7 %; рН среды ПВ - в диапазоне от 6,28 до 7,39. Активность воды лежит в пределах 0,2- 0,4 ед. приб., что говорит о высокой микробиологической устойчивости образцов. Наименьшей плотностью обладают ПВ «Витацель WF-200»- 245 кг/м3. Для производства мучных кондитерских изделий, с точки зрения гранулометрического состава, наиболее удовлетворительны ПВ «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский».
Исследование процесса набухания пищевых волокон
Известно, что ПВ обладают высокой водоудерживающей способностью. Для определения условий подготовки ПВ в производстве сдобных сортов печенья исследовали процесс их набухания т.е. увеличение массы и объема высокомолекулярных соединений (ВМС) за счет поглощения низкомолекулярной жидкости. Водоудерживающую способность характеризовали степенью набухания, которую определяли в интервале температур от 17 0С до 42 0С с шагом 50С.
Результаты определения ПВ от температуры воды показаны на рис.2.
Рис.2. Изменение степени набухания ПВ от температуры
Выявлено, что степень набухания ПВ «Наше наследие» и «Витацель WF-200», при увеличении температуры снижается. Максимальная степень набухания для ПВ «Витацель WF-200» составляет 493 % при температуре 17 0С; ПВ «Наше наследие» - 450% при температуре 22 0С; ПВ «Лигнин медицинский» - 414 % при температуре 29,5 0С.
Учитывая технологические параметры производства сдобных сортов печенья, для которых температура теста должна быть в интервале от 19 до 250С, в дальнейших исследованиях выбрана средняя температура - 22 0С.
Изменение степени набухания ПВ во времени представлено на рис.3.
Анализ результатов показал, что ПВ набухают ограниченно. Для ПВ «Витацель WF-200», скорость набухания максимальна в первые минуты и составляет 11,8 % в ед. времени.
Рис.3. Изменение степени набухания ПВ во времени
ПВ «Наше наследие» достигают максимальной скорости набухания 14,0 % в ед. времени за 20 мин. ПВ «Лигнин медицинский», набухают постепенно при средней скорости 1,3 % в ед. времени.
Далее наблюдается незначительное снижение степени набухания из-за присутствия в ПВ растворимых фракций и органических примесей. После перехода примесей в раствор процесс набухания прекращается.
Проведенные исследования выявили:
- нецелесообразность применения ПВ «Наше наследие» в связи с низкими органолептическими и физико-химическими показателями, а также небольшого содержания балластных веществ (около 45 %);
- необходимость предварительной подготовки ПВ к производству. ПВ «Витацель WF-200», замачивать в воде при температуре 19 -22 0С, в соотношении 1г. волокон: 4.8 г. воды в течение 30-40 мин. ПВ «Лигнин медицинский» - при температуре 19-24 0С, в соотношении 1 г. волокон: 4.4 г. воды в течение 40-50 мин.
При указанных параметрах, ПВ полностью насыщаются водой и не используют воду, предназначенную для других рецептурных компонентов.
Исследование физико-химических, реологических и структурно-механических показателей полуфабрикатов сдобного печенья, содержащих растительные пищевые волокна
Исследования посвящены изучению основных показателей качества полуфабрикатов сдобного печенья, в которых часть муки заменена на ПВ «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский» с целью выбора оптимальной дозировки ПВ. Замена ПВ определенной части муки обусловлена одинаковыми показателями массовой доли влаги и гранулометрического состава, ПВ «Витацель WF-200» и мука имеют один источник сырья, из которого они вырабатываются – пшеница.
Поставлены два однофакторных эксперимента 51. Фактором в первом эксперименте являлось количество ПВ «Витацель WF-200», во втором - ПВ «Лигнин медицинский».
За контроль принимали полуфабрикаты, приготовленные в условиях лаборатории по традиционным рецептурам.
Изучая консистенцию жидкого полуфабриката на приборе «ЭАК-1М выявлено, что с увеличением доли ПВ консистенция возрастает. Наиболее высокий рост наблюдается с ПВ «Витацель WF-200». «Лигнин медицинский», в меньшей степени повышает показатель консистенции, что связано с его более низкой водоудерживающей способностью.
Как показали исследования в п. 3.1. внесение ПВ требует дополнительного количества воды по сравнению с расчетным.
В процессе замеса теста к расчетному количеству воды добавляли воду в соотношениях 1г. ПВ «Витацель WF-200»: 4,8 г. воды; 1г. ПВ «Лигнин медицинский»: 4,4 г. воды.
В тесте определяли массовую долю влаги и реологические показатели. Выявлено, внесение ПВ в рецептуры изделий приводит к повышению влажности теста: - для печенья «Палочки песочные» в среднем на 2 % (Y1); - «Круглое» - 3,6 % (Y2); - «Княжеское» - 1,6 %(Y3).
Математическая обработка результатов показала, что изменение массовой доли влаги в тесте (Y1), (Y2) и (Y3) в зависимости от доли ПВ описывается уравнениями следующего вида:
Y1= 0,5636Х1+25; Y2=0,7343Х1+19,914; Y3=0,6133Х2+17,5
Показано, что для получения необходимой влажности теста в него можно добавлять 1-3 % от массы муки ПВ «Витацель WF-200» и 1-5 % ПВ «Лигнин медицинский». При максимальной доли ПВ массовая доля влаги теста находится на предельно допустимом уровне.
Математические зависимости изменения вязкости (Yв), пластичности (Yп), упругости (Yу), напряжения сдвига (Yн.с.) от доли ПВ в тесте (х) имеют вид линейных функций:
Yв=0,3372х+4,282; Yп=2,312х+85,04; Yу=0,716х+7,64; Yн.с.=0,0411х+10,59.
Расчет модулей упругости (условно - мгновенный, эластический, равновесный) показал, что независимо от вида ПВ добавление их приводит к снижению данных показателей.
По результатам исследований физических, реологических и структурно-механических показателей полуфабрикатов оптимальной долей ПВ явились дозировки: 3 % - «Витацель WF-200» и 5 % - «Лигнин медицинский».
Изучение структуры полуфабриката для сдобного печенья, содержащего растительные пищевые волокна
Процесс производства сдобных сортов печенья включает операцию приготовления жидкого полуфабриката, в который входят все рецептурные компоненты кроме муки.
Структурная схема приготовления жидкого полуфабриката представлена на рис.4.
* ст. – стадия производства
Рис. 5. Структура полуфабриката
На каждой стадии приготовления жидкого полуфабриката проводили микрокопирование масс с целью определения их структуры, а также изучения влияния ПВ на структуру масс.
Полученные результаты представлены на рис.5.
Введение ПВ на стадиях взбивания масла и сахара-песка с яйцом приводило к структурированию получаемого жидкого полуфабриката (пены), а также к повышению его стойкости, что позволяло сохранять свойства данного полуфабриката на более длительный срок.
В жидком полуфабрикате определяли эффективную вязкость и напряжение сдвига на приборе «Реотест-2», внесение ПВ приводит к увеличению напряжения сдвига и эффективной вязкости.
Изучение влияния растительных пищевых волокон
на качество готовых изделий.
Для разработки технологии печенья функционального назначения в исследованиях заложены максимально возможные дозировки ПВ п. 3.1.
Основными физико-химическими показателями качества согласно ГОСТ 24901 – 89 (Печенье. Общие технические условия), являются массовая доля влаги, намокаемость и щелочность. Дополнительно в печенье определяли плотность, структурно-механические показатели, содержание ПВ и сорбционную емкость.
Печенье, приготовленное с добавлением ПВ 3 % «Витацель WF-200» и 5 % «Лигнин медицинский» соответствует требованиям ГОСТ 24901 – 89.
Массовая доля влаги изделий с внесением ПВ повышалась, что объясняется структурными особенностями «Витацель WF-200» и ПВ «Лигнин медицинский».
Щелочность изделий не изменялась вследствие нейтральной реакции среды ПВ.
При внесении 3 % «Витацель WF-200» плотность незначительно повышалась, намокаемость снижалась, однако данные показатели удовлетворяли требованиям ГОСТ.
Из вышеприведенных данных следует, что изделия с указанными дозировками ПВ соответствуют печенью высокого качества.
Органолептическая оценка показала, что добавление ПВ в сдобное печенье не оказало влияние на структуру и консистенцию изделий. Внесение ПВ «Витацель WF-200» придало печенью более выраженный вкус и аромат, золотистый цвет; стабилизировало форму и поверхность за счет структурообразующей, водо-жиросвязывающей способности ПВ. Использование ПВ «Лигнин медицинский» привело к изменению цвета изделий от светло-желтого до светло-коричневого, что объясняется способностью лигнина к цветным реакциям характерным для фенолов.
Таким образом, показано положительное влияние ПВ на органолептические показатели.
Поскольку разработанный ассортимент сдобного печенья позиционируется, как продукт функционального назначения, определены показатели: содержание ПВ в готовом печенье и сорбционная емкость ПВ в составе печенья.
Результаты представлены в табл.2.
Таблица 2
Содержание ПВ по фракциям в сдобном печенье
| Наименование образца | Содержание ПВ, % | ||
| общее содержание | не растворимая фракция | растворимая фракция | |
| Сдобное печенье - контроль | 10,36 | 7,85 | 2,51 |
| Сдобное печенье с «Витацель WF-200» | 13,36 | 9,45 | 3,18 |
| Сдобное печенье с «Лигнин медицинский» | 14,54 | 9,43 | 5,11 |
В образцах печенья с ПВ их общие содержание возросло: в образце с ПВ «Витацель WF-200» - на 29 %, - с ПВ «Лигнин медицинский» - на 40%. Наибольшее содержание растворимых ПВ находится в печенье с ПВ «Лигнин медицинский» - 5,11 %, не растворимых ПВ - в печенье с «Витацель WF-200» - 9,45 %, что на 20,4 % больше по сравнению с контрольным образцом.
Функциональные свойства ПВ основаны на их сорбционной способности, т.е. связывать и выводить из организма через желудочно-кишечный тракт с лечебной или профилактической целью эндогенные и экзогенные вещества, надмолекулярных структур и клеток. Учитывая это положение проведены исследования по определению сохранности сорбционной способности ПВ, внесенных в рецептуры печенья, в ходе технологического процесса. Результаты представлены в табл.3.
Таблица 3
Сорбционная способность сдобного печенья
| Наименование образца печенья | Сорбционная способность мг/г (по метиленовому синему) |
| Сдобное печенье с «Витацель WF-200» | 15,4 |
| Сдобное печенье с «Лигнин медицинский» | 13,4 |
Согласно действующим нормативным документам (фармакопейной статьи) лекарства энтеросорбенты обладают сорбционной емкостью в диапазоне от 30 до 150 (и выше) мг/г по метиленовому синему. Из данных табл.3 видно, что ПВ «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский» в составе печенья сохраняют высокую сорбционную способность 15,4 и 13,4 мг/г соответственно. Полученные результаты свидетельствуют о сохранении функциональных свойств ПВ в ходе технологического процесса, в частности при выпечки изделий, что говорит об их высокой термостойкости.
Глава 4. Разработка технологий производства сдобного печенья с растительными пищевыми волокнами.
Исследования, приведенные в главе 3, показали целесообразность использования растительных ПВ для приготовления сдобного печенья. Заключительным этапом является разработка научно обоснованной технологии.
Совершенствование процесса выпечки сдобного печенья
с пищевыми волокнами
Основное назначение выпечки – прогрев заготовок теста с целью преобразования их в готовый продукт за счет удаления из тестовой заготовки большей части влаги.
Большой вклад в изучение процесса выпечки МКИ внесли А.С. Гинзбург, М.А. Глинко, А.Н. Дорохович, М.М. Истомина, Н.М. Ицкович А.А. Михелев. В их работах рассмотрены теплофизические основы процесса.
В частности М.М. Истоминой установлено, что выпечка печенья является комбинированным процессом, при котором последовательно протекают выпечка и сушка.
С целью установления оптимальных режимов выпечки изделий с ПВ проводили исследования с помощью автоматизированной системы «Выпечка» разработанной на кафедре «Энергетика теплотехнологии» МГУПП. Определены: температурные характеристики выпечки печенья без ПВ и с ними, закономерности изменения массы, включая влажность выпекаемых заготовок (ВЗ) и их геометрические размеры. В этой связи основными элементами являлись миниатюрные термопары, высокоточные электронные весы, видеокамера, трубопровод для подачи пара и высокотемпературный измеритель влажности.
Прогрев ВЗ обеспечивался тенами, управление которыми осуществлялось в зависимости от поверхностных температур выпекаемых заготовок.
Данный способ исследования является новым и перспективным, поскольку он позволяет управлять качеством готовых изделий.
Характер изменения температур верхней и нижней поверхностей, а также центральной области ВЗ для оптимального режима выпечки сдобного печенья с ПВ «Лигнин медицинский» показан на рис. 6.
Рис.6. Температурные кривые выпечки
Высокое качество изделия с ПВ достигалось при температуре среды пекарной камеры 120-220 0С и продолжительности выпечки – 15 мин.
Изменение массовой доли влаги в процессе выпечки (рис.7.) представлено на примере сдобного печенья с ПВ «Лигнин медицинский». Конечное значение массовой доли влаги в печенье соответствует верхнему допустимому уровню - 14,5%. Аналогичный характер имеют кривые изменения массовой доли влаги с ПВ «Витацель WF-200».
Рис.7. Изменение массовой доли влаги в процессе выпечки
Проведенные исследования также показали, что часть жирового компонента рецептуры связывается ПВ. Это подтверждается тем, что после выпечки изделий в них обнаружено значительное количество связанных жиров, 0,7 г по сухому веществу жира в 100 г печенья. В контрольных образцах связанные жиры отсутствовали. Объясняется это по-видимому низкой начальной влажностью 20-25% и высокой температурой в центре ВЗ – до 140 0С, что приводит к выделению жира из ВЗ. Связанные липиды переходят в свободное состояние. Аналогичное явление имеет место в масложировой промышленности при максимальном извлечении жира.
Снижение потерь при выпечке на примере печенья с ПВ «Лигнин медицинский» показано на рис.8. Из вышесказанного следует, что использование ПВ в рецептуре сдобного печенья позволит снизить себестоимость продукции за счет снижения рецептурного количества жира и увеличения выхода изделий, выпуская их на верхнем предельно допустимом уровне массовой доли влаги.
В процессе выпечки проводили видеосъемку миниатюрной телекамерой модели Р-20, с целью определения изменений размеров ВЗ. Полученная видеозапись разбита на фотоснимки.
На рис.9 представлен поперечный центральный разрез печенья.
Печенье представлено в виде цилиндра с эквивалентной высотой hэк при общем диаметре d. Объем печенья V определяется тождеством: 
. По аналогии с круглым хлебом, согласно данным А.Т. Лисовенко, эквивалентная
высота пропорционально связана с действительной высотой круглых изделий h: 
. В итоге: 
, k –коэффициент пропорциональности, определяемый путем сравнения объема печенья, рассчитанного по формуле (3), и измеренного методом сыпучего наполнителя. Установлено, что k= 0.4-0.5. при среднем значении k из выявленного диапазона. Исходя из этого объем печенья (V рас) рассчитывали по формуле:
Характер изменение объема ВЗ показан на рис. 10.
При выпечке ближе к завершению процесса увеличивается высота и диаметр ВЗ. В первом периоде выпечки с увлажнением объем изменяется несущественно, основное увеличение объема - во втором периоде, когда действуют химические разрыхлители. В меньшей степени объем увеличивается в третьем периоде, когда температура центральной области приближается к 100 0С. В конце третьего и в четвертом периодах объем закрепляется.
По результатам проведенных исследований рекомендованы рациональные технологические параметры выпечки печенья с ПВ, высокого качества.
Полученные изделия по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют требованиям ГОСТ.
Глава 5. Обоснование срока годности изделий, содержащих растительные пищевые волокна
Исследования проводили согласно нормативной документации по определению сроков годности пищевых продуктов. Изделия хранили в течение 50 суток при температуре 21-23 0С и относительной влажности воздуха 70 %. Изделия были упакованы в картонные коробки.
Изучение влияния растительных пищевых волокон на
органолептические и физико-химических показатели
качества печенья в процессе хранения
Показатели качества изделий характеризовали согласно МУК 4.2.727-99. Определяли органолептические (цвет, вкус, аромат, структура, консистенция, форма и наличие прогорклого вкуса), физико-химические (массовая доля влаги, намокаемость, щелочность) и структурно-механические (плотность) показатели качества.
Использовали метод профилограмм. Результаты представлены на рис.11.
ПВ способствуют поддержанию высоких значений органолептических показателей на более длительный срок по сравнению с контрольными образцами.
В контрольных образцах массовая доля влаги снижается интенсивнее по сравнению с печеньем, содержащим ПВ. Например, контрольные образцы сдобного печенья «Княжеское» по показателю - массовая доля влаги, соответствуют ГОСТу до 30 сут., а образцы с ПВ – до 50 сут., то есть на 12,0 % больше.
Согласно нормативной документации намокаемость печенья должна быть не менее 110 %. Образцы печенья с ПВ на конец срока хранения имели следующие значения: - «Княжеское» - 117 %; - «Палочки песочные» - 115 %; - «Круглое» - 110 %, что соответствует норме.
Математические зависимости изменения массовой доли влаги (У1), намокаемости (У2) в процессе хранения имеют вид линейных функций: У1=-0,0446х+14,552 - с ПВ «Витацель WF-200»; У1=-0,0357х+4,876 – с ПВ «Лигнин медицинский»; У2= -0,2023х+119,5 - с ПВ «Витацель WF-200»; У2=--0,5235х+143,88 – с ПВ «Лигнин медицинский».
На протяжении всего срока хранения во всех образцах сдобного печенья величина щелочности не превышала нормируемых значений.
В процессе хранения плотность в сдобном печенье с ПВ возрастала меньше, чем в контроле. Это объясняется структурой пищевых волокон, которые образуют армированный каркас в структуре печенья, а также их высокой водоудерживающей способностью препятствующей деформации пор изделий.
В процессе хранения величина «хрупкость» печенья возрастает в печенье с ПВ рост данного показателя менее интенсивный. Меньшая хрупкость печенья позволит избежать лишних потерь при транспортировании и хранении.
Исследование влияние растительных пищевых волокон на сохранность липидного компонента изделий
Снижение качества сдобного печенья при хранении в основном происходит из-за окислительных процессов, изменяющих качество входящих в их состав жиров (липидов). Последние характеризуются изменением перекисного и кислотного чисел (показатели окислительной порчи).
Известно, что отдельные компоненты, входящие в состав изделия, могут оказывать влияние на процессы окисления жиров, ускоряя или задерживая их.
В данном исследовании изучено влияние ПВ на сохранность жира в процессе хранения. Жир из изделий предварительно экстрагировали неполярными растворителями.
При хранении печенья, изучено изменение группового и жирно- кислотного составов жиров, а также - кислотного и перекисного чисел. Результаты, на примере сдобного печенья с ПВ «Витацель WF-200» представлены на рис. 12.
Рис.12. Изменения кислотного и перекисного чисел при хранении
Значения кислотного числа очень близкие, для каждого вида печенья и находятся в пределах ошибки эксперимента (согласно ГОСТ 547-80 – «Масла растительные. Метод определения кислотного числа») не более 0,10 мг. В тоже время наблюдается тенденция уменьшения кислотного числа при внесение в рецептуры печенья пищевых волокон.
Перекисное число на нулевой точке хранения, имеет более низкое значение по сравнению с контролем. Такая же тенденция наблюдается на протяжении всего срока хранения. Возможно ПВ «блокируют» перекиси за счет чего величины перекисных чисел снижаются.
При изучении группового состава жиров обнаружены следующие группы липидов: полярные липиды (3,1%), стерины (2,6%), СЖК (0,6%), триацилглицерины (92,6%) и эфиры стеринов (0,8%).
В процессе хранение печенья (контроль и с ПВ) содержание в нем СЖК возрастает. С внесением ПВ доля СЖК – уменьшается.
Методом газовой капиллярной хроматографии в липидах обнаружены кислоты характерные для натурального коровьего молочного жира.
Выявлено, что состав жирных кислот сдобного печенья, как в контроле, так и с добавлением ПВ в процессе хранения не изменяется. Однако, внесение ПВ приводит к снижению содержания каприловой, капроновой, лауриновой и миристиновой и увеличению содержания пальмитиновой и стеариновой кислот. Такая тенденция наблюдается на протяжении всего срока хранения, что объясняет замедление процесса окисления жира.
Исследование влияния растительных пищевых волокон на микробную безопасность изделий в процессе хранения
Исследования проведены с учетом санитарно-эпидемиологической оценки обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов (МУК 4.2.727-99). Определены изменения микробиологических показателей качества сдобного печенья в процессе хранения.
Выявлено, что у образцов, содержащих ПВ «Витацель WF - 200» микробная обсемененность (КМАФАнМ) ниже, чем в контроле в 1,3-1,5 раза. При хранении печенья эта закономерность сохраняется до 35 суток, к 49 суткам хранения увеличивается в 2 раза.
Санитарно-показательные микроорганизмы в печенье с ПВ не обнаружены в течение 35 суток хранения, как в контрольных, так и в опытных образцах. Дрожжевые организмы выявлены после 49 суток хранения, в образцах с ПВ к этому сроку хранения их количество меньше в 2 раза. Аналогичные зависимости получены для печенья содержащего ПВ «Лигнин медицинский».
Все изделия соответствуют нормам СанПин (КМАФАнМ не более 1*104; дрожжи не более 50). БГКП (колиформы) не обнаружены, так как приготовление теста и хранение изделий проводились с соблюдением санитарно-гигиенических условий.
Полученный эффект объясняется снижением активности воды печенья при добавлении ПВ. Активность воды для контрольных образцов печенья «Княжеское» и «Круглое» соответственно равна 0,582 и 0,685. Для этих же образцов с ПВ «Витацель WF-200» - 0,485 и «Лигнин медицинский» - 0,541.
Таким образом, добавление в состав сдобного печенья ПВ «Витацель WF - 200» и «Лигнин медицинский» снижает микробную обсемененность, улучшает органолептические и физико-химические показатели качества изделия в процессе хранения, ведет к замедлению процесса окисления жира.
По результатам проведенных исследований можно рекомендовать продлить срок хранения печенья с ПВ по сравнению с контрольными образцами с 30 до 40 суток, то есть более чем на 30 %.
Глава 6. Опытно- промышленная апробация результатов исследований
Результаты проведенных комплексных исследований по использованию ПВ в производстве сдобного печенья функционального назначения показали их положительные воздействие на качество полуфабрикатов и готовых изделий.
Создана операторная модель технологической системы производства сдобного печенья функционального назначения рис.13.
Разработаны рецептуры и технологии, которые проверены на предприятиях г. Москвы (ООО «Бонусъ», Хлебозавод №28 и ОАО БКК «Серебряный бор»).
На основании проведенных исследований и промышленных выработок рекомендована рациональная машино - аппаратурная схема для производства сдобного печенья с пищевыми волокнами.
Совокупность проведенных промышленных выработок изделий подтвердила достоверность результатов научных исследований, что позволяет рекомендовать разработанный ассортимент функционального сдобного печенья к широкому внедрению на предприятиях отрасли.
Выводы и рекомендации
Проведены комплексные исследования по разработке технологии печенья функционального назначения с использованием пищевой клетчатки и лигнина. На основании полученных результатов сделаны следующие выводы:
1. Изучено содержание балластных веществ (общее содержание, количество растворимых и нерастворимых ПВ) в образцах ПВ «Витацель WF-200», «Лигнин медицинский» и «Наше наследие». Определены органолептические и физико-химические показатели качества ПВ, на основе чего научно обосновано их применение в производстве сдобного печенья функционального назначения.
Установлена зависимость водопоглотительной способности пищевых волокон от температуры воды и продолжительности набухания.
2. Исследовано влияние ПВ на образование структуры жидкого полуфабриката. Показано, что внесение ПВ в рецептуру печенья приводит к повышению пластичности теста: ПВ «Витацель WF-200» на 9,4 % - ПВ «Лигнин медицинский» на 2,0%, что стабилизирует операцию формования тестовых заготовок и способствует сохранению заданной формы заготовки при выпечки.
Рекомендованы оптимальные дозировки ПВ для производства сдобного печенья.
Рис.13. Операторная модель технологической системы производства сдобного печенья функционального назначения.
3. Установлено положительное влияние ПВ на органолептические, физико-химические и структурно-механические показатели сдобного печенья.
4. Исследован процесс выпечки сдобного печенья, содержащего ПВ: «Витацель WF-200» и «Лигнин медицинский». Установлены режимы выпечки для печенья с ПВ «Лигнин медицинский»: температура 250 0С продолжительность выпечки 840 с. Установлены режимы выпечки для печенья, содержащего «Витацель WF-200»:
1 период - температура 120 0С продолжительность 60 с. (в данном периоде проводится пароувлажнение): 2 период - 120-200 0С, 540 с.; 3 период - 200-220 0С, 240 с.; 4 период - 20-220 0С, 60 с.
Выявлено влияние ПВ на изменения массы выпекаемых заготовок и их геометрических размеров.
5. Разработаны рецептуры сдобного печенья: «Княжеское» и «Палочки песочные», содержащих ПВ «Витацель WF-200»; «Круглое», содержащие ПВ «Лигнин медицинский». На «Способ производства сдобного печенья» получен патент РФ № 2297766.
6. Рассчитана пищевая ценность печенья с ПВ. Установлено снижение энергетической ценности на 1,7% и повышение пищевой ценности за счет увеличения содержания ПВ в среднем на 35 %.
7. Обоснованы сроки годности разработанных изделий. Печенье, содержащее ПВ, на протяжении всего срока хранения имело более высокие органолептические и физико-химические показатели качества по сравнению с контролем благодаря водоудерживающей и жиросвязывающей способности ПВ, а также низкой активности воды. Срок годности печенья увеличен на 33 % по сравнению с контрольными образцами.
8. Производственная проверка новых технологий в условиях ООО «Бонусъ», Хлебозавод №28 и ОАО БКК «Серебряный бор» показала, что печенье, содержащее ПВ, можно получать на оборудовании, имеющемся на предприятии. Органолептические показатели соответствовали изделиям отличного качества, физико-химические – ГОСТ 24901-89.
Проведен расчет экономической эффективности разработанных технологий, который показал, что розничная цена сдобного печенья находится на уровне рыночных цен и составляет: - 55,0 рублей за 1 кг. с ПВ «Лигнин медицинский»; 58,54 рубля с ПВ «Витацель WF-200».
Список работ, опубликованных по материалам диссертации:
1. Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./., Скобельская З.Г. Перспективная добавка для формирования структуры сахарного печенья// Сборник материалов студенческой научной конференции «НИРС-2004» - М. изд. комплекс МГУПП,2004. с.71-75.
2. Скобельская З.Г., Иванова М.П., Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./, Прянишников В.В., Гунар Е.В.,. Рождественская Е.Ю. Растительные пищевые волокна «Витацель» для улучшения качества печенья//Кондитерское производство 2004г. №4.с.36-37.
3. Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./, Скобельская З.Г. Повышение пищевой ценности сдобного печенья//Сборник научных трудов второй всероссийской научно-технической конференции - выставки с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и технические средства для их реализации», М.:МГУПП, 2004 г. Часть-2.с.31-33.
4. Скобельская З.Г., Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./. Использование пищевых волокон в производстве тортов и пирожных//Материалы четвертой международной конференции «Торты и пирожные – 2004»/Международная промышленная академия, 29 ноября – 2 декабря 2004 г. – М.: Пищепромиздат, 2004.- с. 142-146.
5. Скобельская З.Г., Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./, Рафаелян М.С. Сдобное печенье функционального назначения//Хлебопродукты 2005 г. №4.с.46-47.
6. Скобельская З.Г., Янина Л.Н. /Сидорова Л.Н./, Гунар Е.В., Прянишников В.В. Перспективы использования пищевых волокон «Витацель» при производстве мучных кондитерских изделий//Материалы Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов; современное состояние и перспективы развития»/ Международная промышленная академия, 30 мая-1 июня 2005 г.-М.: Пищепромиздат, 2005.-с. 105-108.
7. Сидорова Л.Н., Скобельская З.Г. Роль пищевых волокон в совершенствовании технологии и состава изделий//Сборник докладов молодых ученых МГУПП. Третья юбилейная международная выставка-конференция «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» М, МГУПП, 15-17 ноября, 2005 г.-с. 44-46.
8. Скобельская З.Г., Сидорова Л.Н., Прянишников В.В., Гунар Е.В. Песочное печенье, обогащенное пищевыми волокнами «Витацель»// Кондитерское производство 2006г. №2.с.26-27.
9. Сидорова Л.Н., Байков В.Г., Бессонов В.В., Скобельская З.Г. Влияние пищевых волокон на сохранность липидного компонента мучных кондитерских изделий// Вопросы питания 2007 г. №3. том. 76, с. 78 -81.
10. Скобельская З.Г., Хасанова С.Д., Бульчук Е.А., Сидорова Л.Н. Научные основы создания кондитерских изделий для здорового питания// Сборник докладов. Третья юбилейная международная выставка-конференция «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» М, МГУПП, 15-17 ноября, 2005 г.-с. 58-60.
11. Сидорова Л.Н., Войно Л.И., Скобельская З.Г., Крылова Е.И., Прянишников В.В. Исследование влияния пищевых волокон на качество и микробную безопасность сдобного и песочного печенья в процессе хранения// Сборник докладов 1V-ой международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» 5-7 июня 2006 г. Часть 2 /Отв. ред. С.А. Хуршудян.-М.: Издательский комплекс МГУПП. 2006 – 176-179 с.
12. Сидорова Л.Н., Байгарин Е.К., Байков В.Г., Скобельская З.Г.Сдобное печенье, обогащенное пищевыми волокнами// материалы съезда: «Диетология: проблемы и горизонты» 4-6 декабря 2006 г. (Гостиница «Рэдиссон САС Славянская», г. Москва, Площадь Европы, д. 2.), 99-100 с.
13. Сидорова Л.Н., Скобельская З.Г., Войно Л.И., Скокан Л.Е. Продление срока годности сдобного печенья//Хлебопродукты 2007г. №1. 44-45 с.
14. Сидорова Л.Н., Байков В.Г., Бессонов В.В., Скобельская З.Г. Пищевые волокна в производстве функциональных кондитерских изделий// Материалы научно-практических конгрессов III всероссийского форума: «Здоровье нации – основа процветания России» 9-13 апреля 2007 г.- г. Москва, том 2 часть 1, Разделы: «Здоровое питание-здоровье нации», «Питьевые воды России – 2007», 132 с.
15. Патент РФ «Способ производства сдобного печенья» № 2297766.
Автор выражает глубокую признательность д.т.н., проф. Брязуну В.А., к.т.н., доц. Однодворцеву М.Ф., к.т.н., доц. Байкову В.Г., к.т.н., проф. Войно Л.И., д.т.н. Скокан Л.Е. за консультирование и помощь при выполнении работы.
Summary
Sidorova L.N.
The development of technology of functional rich cookies with food fiber and lignin
For developing functional rich cookies food fibers "Vitacel WF-200", "Medical lignin" and "Our heritage" were used.
Their content and organoleptic and physical-chemical properties were studied. The influence of fibers on the quality of emulsion, dough and cookies was shown.
Characteristic features of baking process of cookies containing food fibers were described.
It was proved that using food fibers allows to prolong shelf-life of cookies up to 30 %.
The developed recipes and technologies of functional rich cookies have passed the industrial check at the enterprises of confectionery branch.
