Олеговна совершенствование технологии хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля
На правах рукописи
КЛИНДУХОВА юлия Олеговна
совершенствование технологии хлебобулочных изделий с использованием продуктов
переработки хмеля
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
Краснодар – 2010
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» и в Университете пищевых технологий
(г. Пловдив, Республика Болгария)
| Научный руководитель: | доктор технических наук, профессор Росляков Юрий Федорович |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Тимофеенко Татьяна Ильинична кандидат технических наук, доцент Бахмет Марина Петровна |
Ведущая организация: ГУ «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии
Защита состоится 24 июня 2010 г. в 14.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус Г, ауд. 251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 24 мая 2010 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд.техн.наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ*
1.1 Актуальность темы. Снижение качества и безопасности сырья, пищевых продуктов, связанное с их микробиологическим загрязнением, бесконтрольным использованием химических улучшителей и консервантов, представляет собой реальную угрозу для здоровья людей. По оценке Всемирной организации здравоохранения (отчет от 24 марта 2010 г.) ежегодно на Земном Шаре от болезней, вызываемых недоброкачественными пищевыми продуктами, умирает около 2,2 миллиона человек, в том числе 1,9 миллиона детей.
В связи с тем, что хлеб в России является основным продуктом питания, а его качество не всегда соответствует предъявляемым требованиям, возникла реальная необходимость создания новых сортов хлебобулочных изделий, обладающих нетолько высоким качеством,но и безопасностью.
Исследованиям в области обеспечения качества и безопасности хлебной продукции посвящены многие работы крупных ученых России, таких как Л.Я. Ауэрман, Л.И. Пучкова, Р.Д. Поландова, Н.В. Лабутина, Л.П. Пащенко, И.В. Матвеева, С.Я. Корячкина, Т.Г. Богатырева, Н.М. Дерканосова и других. Однако и до настоящего времени данная проблема пока еще не решена.
Перспективным направлением в решении этой проблемы является совершенствование технологий производства хлебобулочных изделий с использованием натурального растительного сырья, содержащего полезные вещества, и обладающего антисептическими свойствами.
Большой теоретический и практический интерес с этой точки зрения представляют исследования в области использования натурального растительного сырья способного не только повысить качество, но и обеспечить безопасность хлебобулочных изделий. Этим требованиям отвечают продукты переработки хмеля, содержащие в своем составе азотистые, безазотистые экстрактивные, минеральные и фенольные вещества, аминокислоты, позволяющие повысить качество готовой продукции, а также эфирные масла и горькие кислоты, оказывающие угнетающие действие на развитие контаминирующей микрофлоры хлеба. Однако использование продуктов переработки хмеля в хлебопечении изучено недостаточно. В связи с этим актуальным направлением развития науки в хлебопекарной отрасли является совершенствование технологии производства хлебобулочных изделий,
*Автор выражает глубокую благодарность доктору, профессору Караджову Г.И. за научное руководство исследованиями, провидимыми в Университете пищевых технологий (г.Пловдив, Республика Болгария).
обладающих высоким качеством и безопасностью с внесением продуктов переработки хмеля, что в полной мере соответствует требованиям Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденной Президентом России 30 января 2010 г.
Диссертационная работа выполнялась при поддержке грантов Президента Российской Федерации в рамках национального проекта «Образование» (2006-2007 гг.) и Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе У.М.Н.И.К. (2008-2010 гг.).
1.2 Цель работы. Целью данной работы являлось совершенствование технологии хлебобулочных изделий, обладающих высоким качеством и безопасностью, с использованием продуктов переработки хмеля.
1.3 Основные задачи исследований:
- систематизация и анализ научно-технической и патентной литературы библиотек России и сети Internet по теме исследований;
- исследование химического состава продуктов переработки хмеля как источника биологически активных веществ, способных повысить качество и безопасность хлебобулочных изделий и оценка возможности их включения в рецептуры хлеба;
- теоретическое обоснование перспектив использования продуктов переработки хмеля (гранулированный хмель, СО2-шрот из шишек хмеля, водная эмульсия СО2-экстракта хмеля) в производстве хлебобулочных изделий;
- выбор ориентированных на промышленное применение эффективных технологических приемов подготовки хмелепродуктов;
- определение диапазона дозировок продуктов переработки хмеля для введения их в рецептурный состав хлебобулочных изделий;
- установление количественной взаимосвязи дозировок хмелепродуктов и изменения хлебопекарных свойств пшеничной муки, показателей качества полуфабрикатов и готовых изделий;
- исследование влияния хмелепродуктов на биотехнологические свойства и подъемную силу хлебопекарных дрожжей;
- совершенствование технологии хлебобулочных изделий, обладающих высоким качеством и безопасностью, с использованием продуктов переработки хмеля;
- исследование влияния хмелепродуктов на подавление жизнедеятельности спорообразующих бактерий (Bac. subtilis и Bac. mesentericus) и микробиологическую стойкость хлебобулочных изделий при хранении;
- проведение опытно-промышленной апробации усовершенствованной технологии и разработанных рецептур новых сортов хлебобулочных изделий;
- разработка комплектов технической документации на новые сорта хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля;
- определение экономической эффективности, получаемой от выпуска хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля по усовершенствованной технологии.
1.4 Научная новизна. Теоретически обоснована и подтверждена в экспериментальных и опытно-промышленных условиях целесообразность и эффективность использования продуктов переработки хмеля в технологии производства хлебобулочных изделий, обладающих высоким качеством и безопасностью.
Впервые исследованы теоретические и прикладные аспекты использования гранулированного хмеля, СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, и водной эмульсии СО2-экстракта хмеля как источников биологически активных веществ, позволяющих повысить качество и безопасность хлебобулочных изделий;
Выявлено положительное влияние продуктов переработки хмеля на биотехнологические свойства (генеративную и ферментативную активность) и подъемную силу хлебопекарных дрожжей.
Установлено влияние продуктов переработки хмеля на хлебопекарные свойства пшеничной муки, реологические свойства теста и качество хлебобулочных изделий в зависимости от их вида и дозировки.
Определены оптимальные технологические параметры производства хлебобулочных изделий с использованием хмелепродуктов.
Выявлено угнетающее действие продуктов переработки хмеля на развитие контаминирующей микрофлоры, включая споровые бактерии-возбудители «картофельной болезни хлеба», что позволило повысить микробиологическую стойкость хлебобулочных изделий при хранении.
Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2357417.
Достоверность полученных результатов обеспечена использованием современных методов исследований и приборов, опытно-промышленной апробацией усовершенствованной технологии в производственных условиях и математической обработкой экспериментальных данных.
1.5 Практическая значимость. Усовершенствована технология производства и разработаны новые сорта хлебобулочных изделий, обладающие высоким качеством и безопасностью, с использованием продуктов переработки хмеля. Определены оптимальные параметры ведения технологического процесса производства хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля.
Разработаны и утверждены комплекты технической документации на хлебобулочные изделия с использованием продуктов переработки хмеля: хлеб пшеничный «Хмельный» (ТУ 9114-159-02067862-2006, ТИ 02067862-159 и РЦ 02067862-159), хлеб пшеничный «Хмелянчик» (ТУ 9123-211-02067862-2007, ТИ 02067862-211 и РЦ 02067862-211) и хлеб пшеничный «Хмелёк» (ТУ 9123-213-02067862-2007, ТИ 02067862-213 и РЦ 02067862-213).
Эффективность усовершенствованной технологии подтверждена опытно-промышленной апробацией на МУП «Хлебозавод № 3» (ЗАО «Кубаньхлебпром», г.Краснодар) и на учебно-производственной базе «Хляб, хлебни и сладкарски изделия» (г.Пловдив, Республика Болгария).
1.6 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на IV международной конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (г. Москва, 2006 г.); I и II Всероссийской научно-практической конференци молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2007 и 2008 гг.); XV международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (г. Москва, 2008 г.); международной научно-практической конференции «Хлебобулочныe, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2009 г.); научной конференции с международным участием «Хранителна наука, техника и технологии 2009» (г. Пловдив, Республика Болгария, 2009 г).
Разработки по теме исследований экспонировались на VI, VII и VIII Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ» (г. Москва, ВВЦ, 2006-2008 гг.) и отмечены двумя золотыми медалями «За разработку хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля».
1.7 Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение.
1.8 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 138 страницах компьютерного текста, включает 20 таблиц и 56 рисунков. Список литературных источников включает 238 наименований, в том числе 27 зарубежных авторов.
2 объекты И методы исследований
2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали гранулированный хмель (ТУ 9761-001-00663640-1997): «ароматный», тип 45 с содержанием –кислот 3,5% и 5,5%, выработанный из шишек хмеля сортов «Жатецкий» и «Сладок», соответственно, «горький», тип 45 с содержанием –кислот 7,5% и 15%, выработанный из шишек хмеля сортов «Северный пивовар» и «Магнум», соответственно, водный экстракт гранулированного хмеля; СО2-шрот, полученный из шишек хмеля после СО2-экстр0акции (ООО «Явента», г. Краснодар), и его водный экстракт; водная эмульсия СО2-экстракта хмеля, полученная по ТУ 9199-012-23338120-2005 на экспериментально-экстракционном заводе ООО «Явента» (г. Краснодар), мука пшеничная (ГОСТ Р 52189-2003) хлебопекарная первого сорта, общего назначения, тип М 75-23 и мука пшеничная тип 500 производства Болгарии (БДС 2684-1986), дрожжи прессованные хлебопекарные, полуфабркаты и выпеченные из них готовые хлебобулочные изделия.
2.2 Методы исследований. Исследования проводили в научных лабораториях КубГТУ и Университета пищевых технологий (г. Пловдив, Республика Болгария). При проведении экспериментов использовали общепринятые и специальные методы анализа состава и свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.
Содержание клетчатки определяли методом Северо-Кавказского зонального НИИ садоводства и виноградарства, изложенным в патенте № 2343482.
Для определения содержания органических кислот, фенольных соединений, витаминов, макро- и микроэлементов, связанных аминокислот в продуктах переработки хмеля, использовали прибор капиллярного электрофореза «Капель-103Р». Содержание горьких кислот определяли кондуктометрическим методом, общего азота по методу Къельдаля. Биотехнологические свойства хлебопекарных дрожжей определяли методами микробиологического контроля: количество дрожжевой биомассы – весовым методом, скорость ее накопления с использованием камеры Горяева, ферментативную активность по традиционной методике. Подъемную силу дрожжей определяли по ГОСТ 171-81.
Число падения «ЧП» пшеничной муки определяли на приборе Амилотест АТ97 (ГОСТ 27676-88), газообразующую способность муки на приборе Яго-Островского, силу муки по упругим свойствам клейковины на приборе ИДК-2 (ГОСТ 27839-88), а также по её растяжимости и эластичности. Подъем теста и интенсивность газообразования – на микрогазометре. Реологические свойства пшеничного теста определяли на Структурометре СТ-1 и на приборе «VALORIGRAF».
Выпечку хлебобулочных изделий проводили в лабораторных и производственных условиях. Тесто в лабораторных условиях готовили опарным, безопарным способом и по ускоренной технологии. Оценку качества хлебобулочных изделий проводили по физико-химическим и органолептическим показателям, принятым для характеристики качества хлеба и рекомендованным государственным стандартом. Степень свежести хлебобулочных изделий определяли по структурно-механическим свойствам мякиша на автоматизированном пенетрометре АП-4/2. Общее количество спорообразующих бактерий Bac. subtilis и Bac. mesentericus в муке и степень зараженности хлебобулочных изделий «картофельной болезнью», а также динамику роста видимого мицелия на поверхности хлеба при хранении определяли с помощью стандартных методик (ГОСТ 10444.15-94 и ГОСТ 30.518-97).
Статистическую достоверность результатов исследований оценивали по известным методикам с использованием пакетов прикладных компьютерных программ Microsoft Office Excel-2007 и Statistica 6.0 for Windows.
Структурная схема научных исследований приведена на рисунке 1.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исследование химического состава продуктов переработки хмеля. Определяющим фактором, формирующим возможность использования продуктов переработки растительного сырья в хлебопекарном производстве, являются входящие в его состав полезные вещества, способные повысить качество и безопасность хлеба. Учитывая это, определяли химический состав продуктов переработки хмеля (таблица 1).
Таблица 1 – Содержание основных пищевых веществ в продуктах переработки хмеля, % на СВ
| Наименование пищевых веществ | Содержание основных пищевых веществ в продуктах переработки хмеля | |||||
| гранулированный хмель, тип 45 | водная эмульсия СО2-экстракта хмеля | СО2-шрот из шишек хмеля | ||||
| ароматный | горький | |||||
| а | б | а | б | |||
| Горькие кислоты: -кислота -кислота | 3,5 1,75 | 5,5 2,1 | 7,5 3,4 | 15 3,8 | 0,5 0,16 | 0,8 0,35 |
| Вода | 7,0 | 7,2 | 7,3 | 7,2 | 88 | 12,5 |
| Азотистые вещества | 2,5 | 2,7 | 2,9 | 2,9 | 0,5 | 2,6 |
| Сахара | 2,1 | 1,8 | 1,5 | 1,2 | 7,6 | 1,7 |
| Крахмал | 5,8 | 5,8 | 6,0 | 5,9 | – | 5,5 |
| Клетчатка | 27,8 | 28,0 | 28,5 | 28,1 | – | 28,8 |
| Фенольные соединения | 6,8 | 6,4 | 7,1 | 9,0 | 1,2 | 5,5 |
| Минеральные вещества | 2,9 | 3,1 | 3,1 | 3,0 | – | 3,0 |
| Эфирное масло | 0,8 | 1,1 | 1,8 | 2,1 | 0,3 | 0,4 |
| Аминокислоты | 0,15 | 0,13 | 0,16 | 0,18 | 0,07 | 0,09 |
| Фосфолипиды | - | - | - | - | 3,0 | - |
Результаты исследования химического состава продуктов переработки хмеля, показали присутствие в их составе простых сахаров, аминокислот, пищевых волокон, минеральных веществ, горьких кислот и других биологически активных веществ, способных повысить качество и безопасность хлебобулочных изделий.
Из таблицы видно, что гранулированный хмель является наиболее богатым по содержанию основных пищевых и биологически активных веществ.
Водная эмульсия СО2-экстракта хмеля содержит биологически активные вещества, входящие в состав СО2-экстракта хмеля, а также дополнительно сахара и фосфолипиды, внесенные в соответствии с технологией ее приготовления.
Анализ химического состава СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, показал, что при углекислотной экстракции шишек хмеля извлекаются не все биологические активные вещества. В шроте остаются полифенольные соединения, минеральные вещества, органические кислоты, а так же часть горьких кислот, эфирных масел и аминокислот.
Принимая во внимание полученные данные, пришли к выводу о том, что имеются реальные предпосылки для использования продуктов переработки хмеля в рецептурах хлебобулочных изделий с целью повышения их качества и безопасности.
3.2 Выбор ориентированных на промышленное применение эффективных технологических приемов подготовки хмелепродуктов. Гранулированный хмель и СО2-шрот, полученный из шишек хмеля, измельчали на лабораторной центробежной мельнице ЛМЦ-1М до порошкообразного полуфабриката (проход сита № 43) с размером частиц 30-40 мкм.
Водную эмульсию СО2-экстракта хмеля готовили путем эмульгирования углекислотного экстракта шишек хмеля с водой, сахаром и фосфолипидами согласно рецептуре.
При исследовании влияния хмелепродуктов на биотехнологические свойства хлебопекарных дрожжей проводили водную экстракцию гранулированного хмеля и СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, путем кипячения при t=100 C в течение 45 минут в соотношении хмелепродуктов и воды 1:100 и последующей фильтрацией.
3.3 Определение оптимального диапазона дозировок продуктов переработки хмеля для введения их в рецептурный состав хлебобулочных изделий. Оптимальный диапазон дозировок хмелепродуктов для введения в рецептурный состав хлебобулочных изделий составил от 0,5 до 1,5% к массе пшеничной муки. Его выбор обусловлен физико-химическими и органолептическими показателями готовых изделий.
3.4 Исследование количественной взаимосвязи дозировок хмелепродуктов и хлебопекарных свойств пшеничной муки. Исследовали влияние различных дозировок продуктов переработки хмеля на хлебопекарные свойства муки пшеничной хлебопекарной первого сорта (1), общего назначения тип М 75-23 (2) и мука пшеничная тип 500, произведенной в Республике Болгария (3).
Результаты исследований представлены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 – Влияние СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, на количество и качество сырой клейковины в пшеничной муке (М±m (n=7))
| Показатели качества | Контроль (2) | Дозировка СО2-шрота из шишек хмеля к массе муки, % | ||
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | ||
| Содержание сырой клейковины, % | 26,0±0,15 | 26,0±0,16 | 26,8±0,11 | 26,6±0,13 |
| Способность клейковины оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия, ед. прибора ИДК-2 | 69±0,18 | 67±0,14 | 64±0,12 | 62±0,17 |
| Растяжимость сырой клейковины над линейкой, см. | 14,5±0,01 | 14,2±0,03 | 13,9±0,02 | 12,6±0,04 |
Установлено, что, как СО2-шрот, полученный из шишек хмеля (см. таблицу 2), так и гранулированный хмель оказывают укрепляющее действие на клейковину муки по сравнению с контрольным образцом, что, возможно, обусловлено образованием в клейковине пшеничной муки дополнительных сорбционных, ионных, водородных и других химических связей вследствие наличия в составе хмеля фенольных соединений.
Таблица 3 – Влияние водной эмульсии СО2-экстракта хмеля на содержание и качество сырой клейковины в пшеничной муке (М±m (n=7))
| Показатели качества | Контроль (1) | Дозировка водной эмульсии СО2-экстракта хмеля к массе муки, % | ||
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | ||
| Содержание сырой клейковины, % | 30,4±0,15 | 30,3±0,12 | 30,2±0,16 | 30,0±0,11 |
| Способность клейковины оказывать сопротивление деформирующей нагрузке сжатия, ед. прибора ИДК-2 | 50±0,12 | 55±0,16 | 58±0,14 | 62±0,13 |
| Растяжимость сырой клейковины над линейкой, см | 10,2±0,03 | 10,8±0,01 | 11,1±0,06 | 11,4±0,03 |
Водная эмульсия СО2-экстракта хмеля оказывает расслабляющие действие на клейковинный комплекс пшеничной муки (таблица 3), вероятно это происходит за счет смещения –S=S- связей и –SH групп в сторону увеличения количества –SH связей, что вызывает активацию протеиназы и расслабление клейковины муки.
Полученные данные показывают, что разные продукты переработки хмеля оказывают различное действие на клейковинный комплекс пшеничной муки. В связи с этим их можно рекомендовать не только для муки нормального качества, но и для муки со слабой клейковиной (гранулированный хмель и СО2-шрот, полученный из шишек хмеля) и с сильной (водная эмульсия СО2-экстракта хмеля) для коррекции ее качества.
Хлебопекарные свойства пшеничной муки оценивали по ее автолитической активности. С добавлением в водно-мучную суспензию измельчению гранулированного хмеля и СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, в диапазоне от 0,5 до 1,5% к массе пшеничной муки наблюдали тенденцию к уменьшению показателя «числа падения», что, видимо, обусловлено, увеличением содержания в суспензии водорастворимых веществ. А при увеличении дозировки водной эмульсии СО2-экстракта хмеля ЧП повышалось.
Исследование влияния хмелепродуктов на процесс газообразования и кислотонакопления в тесте показало, что внесение измельченного гранулированного хмеля, СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, и водной эмульсии СО2-экстракта хмеля в дозировках 0,5, 1,0 и 1,5 % к массе пшеничной муки оказывает интенсифицирующее воздействие на процесс брожения – наблюдается нарастание кислотности и повышение газообразования в тесте. Возможно, это связяно с увеличением содержания в тесте легкосбраживаемых углеводов, являющихся дополнительным питанием для микроорганизмов.
3.5 Влияние продуктов переработки хмеля на биотехнологические свойства и подъемную силу хлебопекарных дрожжей. Важное технологическое значение в хлебопечении имеет качество используемых хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae. От физиологического состояния и биохимической активности дрожжей зависит структура полуфабрикатов и качество готовых хлебобулочных изделий. В связи с этим исследовали влияние продуктов переработки хмеля на биотехнологические свойства (рисунок 2) и подъемную силу хлебопекарных дрожжей.
Анализ полученных данных показал, что все используемые продукты переработки хмеля оказывают стимулирующие действие на рост хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae и накопление их биомассы. При этом наибольшая удельная скорость роста дрожжей наблюдалась при внесении водной эмульсии СО2-экстракта хмеля.
Рисунок 2 – Удельная скорость роста хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae при внесении продуктов переработки хмеля в питательную среду (виноградное сусло)
Наибольшее накопление дрожжевой биомассы наблюдалось через 15 ч. от начала процесса культивирования, затем отмечалось снижение процесса ее накопления и через 16-20 ч. полностью прекратилось.
Подъемная сила хлебопекарных дрожжей с продуктами переработки хмеля для водной эмульсии СО2-экстракта хмеля составила – 55 мин, для гранулированного хмеля 62 мин и СО2-шрота полученного из шишек хмеля 65 мин, тогда как для контроля подъемная сила составила 70 мин.
Ферментативния (зимазная и мальтазная) активность хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, выращенных на питательной среде с продуктами переработки хмеля представлена в таблице 4.
Таблица 4 – Влияние продуктов переработки хмеля на ферментативную активность хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae
| Ферментативная активность хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, мин | ||||
| Вид ферментативной активности | Контроль | водный экстракт гранулированного хмеля | водный экстракт СО2-шрота хмеля | водная эмульсия СО2 -экстракта хмеля |
| Мальтазная | 97 | 86 | 85 | 83 |
| Зимазная | 57 | 53 | 51 | 39 |
Анализ полученных данных показал, что для дрожжей, выращенных на питательных средах с продуктами переработки хмеля, характерна более высокая мальтазная и зимазная активность. Так на питательной среде с водным экстрактом гранулированного хмеля мальтазная и зимазная активность увеличивается на 11,3% и 7,0% и водным экстрактом СО2-шрота из шишек хмеля на 12,4% и 10,5 %, а с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля на 14,0 % и 31,6 % соответственно.
На основании полученных экспериментальных данных можно сделать вывод, о положительном влиянии продуктов переработки хмеля на биотехнологические свойства и подъемную силу хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae, что позволит сократить время технологического процесса производства хлеба.
3.6 Количественная взаимосвязь дозировок хмелепродуктов и показателей качества полуфабрикатов. Для возможности совершенствования технологических параметров процесса тестоприготовления исследовали влияние дозировок продуктов переработки хмеля на реологические характеристики теста.
Установлено, что при внесении гранулированного хмеля (тип 45) с содержанием -кислот 3,5 %, 5,5 %, 7,5 % и 15 % и СО2-шрота полученного из шишек хмеля в дозировках 0,5%, 1,0% и 1,5% к массе пшеничной муки пластические свойства пшеничного теста уменьшаются, а упругие – увеличиваются, что возможно, происходит
из-за присутствия в добавках полифенольных веществ.
Рисунок 3 – Влияние водной эмульсии СО2-экстракта хмеля на прочность консистенции пшеничного теста (проба мука № 1)
Исследования пофаринограмм показали, что они зависят от количества и вида вносимых хмелепродуктов. Введение гранулированного хмеля, СО2-шрота полученного из шишек хмеля в диапазоне от 0,5% до 1,5% к массе пшеничной муки приводит к увеличению водопоглотительной способности муки и снижению разжижения теста. При добавлении водной эмульсии СО2-экстакта хмеля увеличивалась водопоглотительная способность муки и разжижение теста.
Оптимальные дозировки продуктов переработки хмеля составили: для гранулированного хмеля – 1%, для СО2-шрота полученного из шишек хмеля – 1,5% и водной эмульсии СО2-экстакта хмеля – 1%.
3.7 Совершенствование технологии хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля. Для совершенствования технологии хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля и обоснования технологических параметров их производства была установлена зависимость между основными факторами, влияющими на процесс брожения теста: температурой, относительной влажностью в расстойной камере и продолжительностью брожения теста.
Учитывая органолептические показатели готовых хлебобулочных изделий из четырех видов гранулированного хмеля был выбран – тип 45 с содержанием -кислот 5,5 %.
Технологические параметры производства хлеба пшеничного с гранулированным хмелем «Хмелянчик», с СО2-шротом, полученным из шишек хмеля, «Хмелёк» и с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля «Хмельный» представлены в таблице 5. Во всех вариантах наблюдалось сокращение технологического процесса.
Таблица 5 – Технологические параметры при производстве пшеничного хлеба с продуктами переработки хмеля (безопарный способ приготовления теста)
| Наименование технологической стадии и режима | Параметры технологического режима | |||
| контроль | с гранулированным хмелем «Хмелянчик» | с СО2-шротом из шишек хмеля «Хмелёк» | с эмульсией СО2-экстракта хмеля «Хмельный» | |
| 1. Режимы приготовления теста: | ||||
| Влажность, % | 40,5 | 41,0 | 41,0 | 41,5 |
| Продолжительность замеса, мин | 3,5 | 4,0 | 4,0 | 4,5 |
| Температура, 0С | 30-32 | 30-32 | 30-32 | 30-32 |
| 2. Режимы брожения теста: | ||||
| Температура, 0С | 28-30 | 26-28 | 26-28 | 26-28 |
| Конечная кислотность, град | 3,0 | 3,5 | 3,5 | 3,5 |
| Продолжительность, мин. | 150 | 135 | 130 | 125 |
| 3. Режимы расстойки теста: | ||||
| Температура, 0С | 35-36 | 32-36 | 32-34 | 30-34 |
| Относительная влажность воздуха, % | 75-80 | 75-80 | 75-80 | 75-80 |
| Продолжительность, мин. | 45 | 40 | 40 | 38 |
| 4. Режимы выпечки хлеба: | ||||
| Температура паровоздушной среды, 0С | 220 | 220 | 220 | 220 |
| Продолжительность, мин. -формовой -подовый | 28-35 18-20 | 28-35 18-20 | 28-35 18-20 | 30-38 20-22 |
| Сокращение времени технологического процесса, мин/% | – | 19,5/10,1 | 24,5/12,4 | 31/15,4 |
Отличительными особенностями усовершенствованной технологии производства хлебобулочных изделий с продуктами переработки хмеля является доказанная экспериментальным путем целесообразность снижения начальной температуры брожения теста до 26-28 0С и длительности брожения до 125-135 мин, благодаря тому, что хмелепродукты оказывают интенсифицирующее воздействие на процесс брожения полуфабрикатов. Замес теста осуществляется в тестомесильных машинах нтенсивного действия. Продолжительность окончательной расстойки теста по усовершенствованной технологии уменьшается в среднем на 15-20% по сравнению с традиционной. Выпечка тестовых заготовок осуществляется обычным способом..
Усовершенствованная технология может быть адаптирована к традиционному технологическому процессу и оборудованию, установленному на действующих хлебопекарных предприятиях, и не требуют дополнительных затрат.
3.8 Влияние продуктов переработки хмеля на качество хлебобулочных изделий, вырабатываемых из пшеничной муки. При проведении пробных лабораторных выпечек было установлено, что добавление в тесто всех используемых продуктов переработки хмеля приводит к улучшению основных показателей качества хлеба (таблица 6).
Таблица 6 – Влияние продуктов переработки хмеля на качество хлеба
| Показатели качества хлеба | Контроль (3) | Дозировка продуктов переработки хмеля к массе пшеничной муки, % | ||
| гранулированный хмель | СО2-шрот из шишек хмеля | водная эмульсия СО2-экстракта хмеля | ||
| 1,0 | 1,5 | 1,0 | ||
| Удельный объем, см3/100 г | 273 | 279 | 277 | 286 |
| Формоустойчивость подовых изделий (Н:D) | 0,44 | 0,47 | 0,46 | 0,40 |
| Пористость, % | 73 | 76 | 75 | 78 |
| Кислотность, град | 2,9 | 3,2 | 3,0 | 3,2 |
| Структурно – механические свойства мякиша хлеба, ед.пр. АП – 4/2 | ||||
| Нобщ | 46 | 50 | 51 | 66 |
| Нпл | 27 | 30 | 31 | 41 |
| Нупр | 19 | 20 | 20 | 25 |
Полученные данные свидетельствуют о том, что добавление продуктов переработки хмеля увеличивает по сравнению с контролем удельный объем формового хлеба, пористость, общую деформацию мякиша, пластическую деформацию, упругую деформацию. Формоустойчивость подовых изделий с гранулированным хмелем и СО2-шротом, полученным из шишек хмеля, увеличивается, а с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля уменьшается.
Влияние продуктов переработки хмеля на сохранение свежести хлеба оценивали по изменению структурно–механических свойств мякиша в процессе его хране
ния, крошковатости и набухаимости (рисунки 4 и 5).
Установлено, что динамика общей деформации сжатия образцов хлеба при хранении снижается в конце срока хранения на 52 % для контрольного образца и на 28% для образца с гранулированным хмелем, на 26% – с СО2-шротом, полученным из шишек хмеля, на 31% –с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля.
Рисунок 4 – Влияние гранулированного хмеля на изменение крошковатости (А) и набухаемости (В) мякиша хлеба в процессе хранения (проба муки № 3)
Крошковатость мякиша изделий с гранулированным хмелем в среднем уменьшается по сравнению с контролем через 72 часа хранения – на 20,7 %, а набухаемость мякиша, увеличивается в этот же период хранения на 21,5%.
Внесение водной эмульсии СО2-экстракта хмеля при приготовлении хлебобулочных изделий также способствует лучшему сохранению свежести готовых изделий по сравнению с контрольным образцом. В хлебе с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля крошковатость мякиша изделий уменьшается по сравнению с контролем – на 21,0 %, а набухаемость мякиша увеличивается – на 28,3 %.
Рисунок 5 – Влияние водной эмульсии СО2-экстракта хмеля на изменение структурно-механические свойств мякиша хлеба в процессе хранения (проба муки № 1)
Показатели сохранения свежести хлебобулочных изделий с использование СО2-шрота, полученного из шишек хмеля, аналогичны показателям с использованием гранулированного хмеля.
3.9 Влияние продуктов переработки хмеля на микробиологическую стойкость хлебобулочных изделий при хранении. Поверхность хлеба после выпечки практически стерильна, инфицирование изделий плесневыми грибами может происходить только извне при контакте с окружающей средой. В тоже время в мякише после выпечки в жизнеспособном состоянии остаются только споры бактерий Bac. subtilis и Bac. mesentericus.
Исследование влияния продуктов переработки хмеля на динамику роста видимого мицелия на поверхности хлеба показало увеличение времени его появления в изделиях с хмелепродуктами. С целью определения влияния продуктов переработки хмеля на микробиологическую стойкость хлебобулочных изделий при хранении, была проведена серия экспериментов: бактериологическим методом определяли степень развития колоний спорообразующих бактерий рода Bacillus (питательную среду готовили из мясопептонного агара, пшеничной мукой со средней степенью ее зараженности и хмелепродуктов) (рисунок 6) и лабораторных выпечек хлеба из зараженной пшеничной муки и муки нормального качества (проба муки № 3) с последующим их хранением в провокационных условиях (t=37оС, влажность 100%). Результаты представлены в таблице 7.
Рисунок 6 – Динамика развития спорообразующих бактерий рода Bacillus на питательной среде с хмелепродуктами (через 48 часов хранения)
Таким образом, применение продуктов переработки хмеля улучшает качество хлебобулочных изделий и позволяет увеличить срок их хранения до 72 часов, задерживая процесс черствение и микробиологическую порчу, что на двое суток больше чем контрольный образец.
Таблица 7 – Влияние продуктов переработки хмеля на микробиологическую устойчивость хлеба при хранении
| Пшеничная мука нормального качества | Пшеничная мука со средней степенью зараженности | ||||||||
| Осмотр изделий после выпечки, через часов | Характеристика хлеба с хмелепродуктами по вариантам: | Осмотр изделий после выпечки, через часов | Характеристика хлеба с хмелепродуктами по вариантам: | ||||||
| Контр | 1 | 2 | 3 | Контр | 1 | 2 | 3 | ||
| 24 | ++ | 24 | ++ | ||||||
| 48 | ~ | 48 | ~ | (+) | (+) | ||||
| 72 | ~ | (+) | (+) | + | 72 | ~ | (+) | + | + |
| 96 | + | + | ++ | 96 | ~ | + | ++ | ++ | |
Обозначения: (+) – слабое поражение хлеба картофельной болезнью; + – среднее поражение хлеба картофельной болезнью; ++ – выраженное поражение хлеба картофельной болезнью; – среднее плесневение; – сильное плесневение; ~ – образец снят с исследований. 1 – хлеб пшеничный с гранулированным хмелем; 2 – хлеб пшеничный с СО2-шротом из шишек хмеля; 3 – хлеб пшеничный с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля
* * *
Эффективность усовершенствованной технологии подтверждена опытно-промышленной апробацией на МУП «Хлебозавод № 3» (ЗАО «Кубаньхлебпром», г.Краснодар) и на учебно-производственной базе «Хляб, хлебни и сладкарски изделия» (г.Пловдив, Республика Болгария).
Разработана и утверждена техническая документация (ТУ, ТИ и РЦ) на новые сорта хлебобулочных изделий: на хлеб пшеничный с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля «Хмельный», хлеб пшеничный с гранулированным хмелем «Хмелянчик» и хлеб пшеничный с СО2-шротом, полученным из шишек хмеля, «Хмелёк».
Применение продуктов переработки хмеля в хлебопекарном производстве способствует улучшению качества готовых изделий, снижению их микробиологической порчи, увеличению выхода хлеба. Все это делает промышленное производство изделий, приготовленных с продуктами переработки хмеля, рентабельным, экономически целесообразным и важным с точки зрения обеспечения населения экологически безопасными продуктами питания. Ожидаемый экономический эффект от внедрения в процесс хлебопекарного производства новых сортов хлебобулочных изделий составит в 200-600 рублей на 1 т реализованной продукции.
ВЫВОДЫ
Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований позволил обосновать целесообразность и эффективность применения продуктов переработки хмеля для повышения качества и безопасности хлебобулочных изделий.
- Исследован химический состав продуктов переработки хмеля. Исследования показали, что гранулированный хмель наиболее богат сахарами, аминокислотами, пищевыми волокнами, минеральными веществами, горькими кислотами и других биологически активными компонентами. СО2-шрот из шишек хмеля, полученный после углекислотной экстракции, содержит полифенольные соединения, минеральные вещества, органические кислоты, а так же часть горьких кислот, эфирных масел и аминокислот. Полученные данные обусловили применение продуктов переработки хмеля в рецептурах хлебобулочных изделий с целью повышения их качества и безопасности.
- Предложены ориентированные на промышленное применение эффективные технологические приемы подготовки хмелепродуктов. Для гранулированного хмеля и СО2-шрота, полученного из шишек хмеля – измельчение на лабораторной центробежной мельнице ЛМЦ-1М до порошкообразного состояния (проход сита № 43) с размером частиц 30-40 мкм. Для водной эмульсии СО2-экстракта хмеля – эмульгирование углекислотного экстракта хмеля с водой, сахаром и фосфолипидами согласно рецептуре. При исследовании влияния хмелепродуктов на биотехнологические свойства хлебопекарных дрожжей целесообразно готовить водный экстракт гранулированного хмеля и СО2-шрота, полученного из шишек, хмеля путем кипячения в течение 45 минут в соотношении хмелепродуктов и воды 1:100 при t=100 C с последующем фильтрованием.
- Обоснованы оптимальные дозировки продуктов переработки хмеля составили: для гранулированного хмеля – 1%, для СО2-шрота полученного из шишек хмеля – 1,5% и для водной эмульсии СО2-экстракта хмеля – 1% к массе пшеничной муки, позволяющие обеспечить высокое качество и микробиологическую безопасность хлеба.
- Показано, что продукты переработки хмеля (гранулированный хмель и СО2-шрот полученный из шишек хмеля) укрепляют клейковинный комплекс пшеничной муки, что также подтверждается упрочнением консистенции пшеничного теста, а водная эмульсия СО2-экстракта хмеля оказывает расслабляющие действие на клейковину и увеличивает пластические деформаций в тесте.
- Установлено, что использование хмелепродуктов улучшает биотехнологические свойства хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae: увеличивает их удельную скорость роста и накопление дрожжевой биомассы, мальтазную и зимазную активность. Подъемная сила хлебопекарных дрожжей при внесении гранулированного хмеля увеличивается – на 14,3%, СО2-шрота, полученного из шишек хмеля – на 5% и водной эмульсии СО2-экстракта хмеля – на 21,4% по сравнению с контролем.
- Определены основные технологические параметры производства хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки хмеля. Сокращение времени технологического процесса при производстве пшеничного хлеба по усовершенствованной технологии с гранулированным хмелем составило 19,5 мин, СО2-шротом, полученным из шишек хмеля – 24,5 мин, водной эмульсией СО2-экстракта хмеля – 31 мин. При этом использование хмелепродуктов возможно в традиционных технологических схемах.
- Использование продуктов переработки хмеля при производстве хлебобулочных изделий улучшает органолептические показатели качества хлеба: пористость становится более развитой, равномерной, тонкостенной, мякиш – более нежным и эластичным с приятным ароматом. Увеличивается удельный объём формового хлеба, пористость, формоустойчивость подовых изделий (с гранулированным хмелем и СО2-шротом, полученном из шишек хмеля), формоустойчивость подовых изделий с водной эмульсией СО2-экстракта хмеля уменьшается, увеличивается сжимаемость, общая, пластическая и упругая деформация мякиша.
- Установлено увеличение сроков сохранения свежести готовых хлебобулочных изделий с продуктами переработки хмеля до 72 часов, что на двое суток больше контроля. Доказана эффективность подавления развития споровых бактерий–возбудителей «картофельной болезни хлеба» и предотвращения плесневения готовой продукции при внесении хмелепродуктов на протяжении 48 часов хранения в провокационных условиях.
- Проведена опытно-промышленная апробация усовершенствованной технологии производства хлебобулочных изделий с продуктами переработки хмеля на МУП «Хлебозавод № 3» (ЗАО «Кубаньхлебпром», г.Краснодар) и на учебно-производственной базе «Хляб, хлебни и сладкарски изделия» (г.Пловдив, Республика Болгария).
- Разработаны комплекты технической документации (ТУ, ТИ и РЦ) на хлеб пшеничный «Хмельный», хлеб пшеничный «Хмелянчик» и хлеб пшеничный «Хмелёк» с продуктами переработки хмеля. Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение № 2357417.
- Ожидаемый экономический эффект от внедрения в хлебопекарное производство новых сортов хлебобулочных изделий составит 200–600 рублей на 1 т реализованной продукции.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
- Клиндухова, Ю.О. Использование эмульсии СО2-экстракта хмеля при производстве пшеничного хлеба [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Шаззо А.Ю., Шмалько Н.А. // Известия вузов. Пищевая технология, №2-3, 2006. – С. 58-60.
- Клиндухова, Ю.О. Хмелевые смеси [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Шаззо А.Ю., Росляков Ю.Ф., Шмалько Н.А.// Труды III Всерос. науч. конф. молодых ученых и студентов, Краснодар, 2006. – С. 77-78.
- Клиндухова, Ю.О. Разработка технологий хлебобулочных изделий с использованием хмелевой эмульсии [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Росляков Ю.Ф., Шмалько Н.А., Беликова А.В.// Сб. докл. IV межд. конф.-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» Часть 1. –М.: МГУПП, 2006. –С. 71-75.
- Клиндухова, Ю.О. Современные аспекты применения хмелепродуктов в хлебопекарном производстве [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Шаззо А.Ю., Шмалько Н.А. //Тез. докл. IV Всерос. науч. конф. «Химия и технология растительных веществ»,. Сыктывкар, 2006.– С. 382.
- Клиндухова, Ю.О. Гранулированный хмель в хлебопечении [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Ирушкин С.Г., Шмалько Н.А.// Сборник докладов VIII научно – практической конференции с международным участием «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», Барнаул, 2006. –С 20-21.
- Клиндухова, Ю.О. Возможность использования гранулированного хмеля в хлебопечении [Текст] /Клиндухова Ю.О., Ирушкин С.Г., Шмалько Н.А.// Матер. VIII регион. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар: Изд. КубГАУ, 2006. –С. 196-197.
- Клиндухова, Ю.О. Экологически чистые и микробиологически безопасные хлебобулочные изделия [Текст]/Клиндухова Ю.О.// Сб. матер. Всерос. выставки науч.-технич. творчества молодежи «НТТМ-2007», –М.: ВВЦ, 2007. –С. 125-126.
- Клиндухова, Ю.О. Пути улучшения качества и микробиологической стойкости хлебобулочных изделий [Текст]/ Клиндухова Ю..О., Шмалько Н.А., Росляков Ю.Ф.// Тез. докл. VIII Всерос. конф. молодых ученых с межд. участием «Пищевые технологии», Казань, 2007. –С. 25.
- Клиндухова, Ю.О. Профилактические свойства продуктов переработки хмеля [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Курбинова Л.А.// Матер. десятой межд. науч.-практич. конф. «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», Барнаул, 2007. –С 167-168.
- Клиндухова, Ю.О. Повышение эффективности деятельности хлебопекарных предприятий на основе разработки инновационной продукции [Электронный ресурс] /Клиндухова Ю.О., Росляков Ю.Ф.// Матер. докл. XIV межд. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» 2007.
- Клиндухова, Ю.О. Сравнительный анализ химического состава продуктов переработки хмеля [Текст]/Клиндухова Ю.О., Росляков Ю.Ф., Шмалько Н.А.// Матер. I Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар: Изд. КубГАУ, 2007. –С. 196-197.
- Клиндухова, Ю.О. Влияние гранулированного хмеля на качество пшеничного хлеба [Текст]/ Клиндухова Ю.О., Росляков Ю.Ф., Шмалько Н.А.// Хлебопек, №1 2008. –С. 20–22.
- Клиндухова, Ю.О. Использование СО2-шрота хмеля в производстве хлебобулочных изделий [Текст]/ Клиндухова Ю..О., Шмалько Н.А., Курбанова Л.С.// Матер. II Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар: Изд. КубГАУ. 2007. –С. 236-237.
- Клиндухова, Ю.О. Влияние продуктов переработки хмеля на газообразующую способность муки и реологичиские свойства пшеничного теста. [Текст]/Клиндухова Ю.О., Караджов Г.И., Росляков Ю.Ф.// Матер. межд.науч.-практич. конф. «Хлебобулочныe, кондитерские и макаронные изделия XXI века», Краснодар, 2009. – С.59-63.
- Клиндухова, Ю.О. Влияние продуктов переработки хмеля на биотехнологические свойства хлебопекарных дрожжей [Текст]/Клиндухова Ю.О., Караджов Г.И., Росляков Ю.Ф., Манджуков М.Н.//Науч. конф. с межд. участием «Хранителна наука, техника и технологии 2009», Пловдив, Республика Болгария 2009. Том LVI, Свиток 1 – С. 649-652.
- Пат. 2357417 Российская Федерация, МПК7 A 21 D 8/02, Способ производства хлебобулочного изделия /Росляков Ю.Ф., Шмалько Н.А., Клиндухова Ю.О., Чернышова Н.А.;заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кубанский государственный технологический университет.–№ 2007128366/13;заявл. 23.07.2007.; опубл. 10.6.09. Бюл. № 16.
