Совершенствование технологии и процесса производства хлебобулочных изделий, обогащённых продуктами переработки семян арахиса

На правах рукописи

МИХАЙЛОВ Владимир Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОЦЕССА

ПРОИЗВОДСТВА ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ, ОБОГАЩЁННЫХ ПРОДУКТАМИ ПЕРЕРАБОТКИ СЕМЯН АРАХИСА

05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,

плодоовощной продукции и виноградарства

05.18.12 – Процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный

технологический университет»

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Росляков Юрий Фёдорович

доктор технических наук, профессор

Деревенко Валентин Витальевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Донченко Людмила Владимировна

доктор технических наук, профессор

Косачев Вячеслав Степанович

Ведущая организация: Краснодарский научно-исследовательский

институт хранения и переработки

сельскохозяйственной продукции

Россельхозакадемии.

Защита диссертации состоится 30 декабря 2008 года в 8.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 28 ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Проблема повышения пищевой и биологической ценности продуктов питания, в том числе хлебобулочных изделий, показывает целесообразность улучшения их химического состава, устранения дефицита отдельных компонентов, обогащения полноценными белками, витаминами, минеральными веществами и пищевыми волокнами. Эффективным путём решения данной проблемы является использование в качестве добавок высокобелковых продуктов растительного происхождения, в частности, продуктов переработки семян арахиса.

Арахис – одна из основных белково-масличных культур, имеет хорошую урожайность и устойчивость к сельскохозяйственным заболеваниям. Семена арахиса содержат около 50% жирного масла и более 35% полноценного белка с высоким содержанием основных незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон.

Как известно, традиционный способ термического воздействия на семена арахиса продолжителен, что приводит к гидролизу, содержащегося в них жира, частичному разрушению некоторых аминокислот, а также потере растворимости белка, а, следовательно, и снижению его питательной ценности и функциональных свойств. Кроме того, семена арахиса покрыты тонкой семенной пленкой (кожицей), в которой находятся вещества, придающие получаемым продуктам темный цвет и горький привкус.

Решение этих проблем возможно путем применения технологии переработки семян арахиса с применением предварительной ИК-обраотки.

При ИК-обработке благодаря кратковременности, высокой скорости нагрева поверхности семянки и малому градиенту температур происходит подсушивание и разрушение семенной плёнки семянки арахиса, что приводит к её эффективному отделению. При этом происходит частичная денатурация белков семянки арахиса, за счёт чего повышается их водопоглотительная способность, пищевая и биологическая ценность.

*Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, к.т.н., доценту

О.Л. Вершининой за оказанную помощь при выполнении данной работы

В связи с этим открываются новые возможности использования высокоочищенных семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке, при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности. Поэтому научные исследования по совершенствованию технологии и процесса производства хлебобулочных изделий, обогащённых продуктами переработки семян арахиса и процесса их термообработки ИК-облучением, позволяющими получить новые сорта хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности, являются актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства КубГТУ «Разработка научных основ создания технологий и ассортимента хлебобулочных и мучных кондитерских изделий лечебно-профилактического и функционального назначения» в рамках подпрограммы «Технологии живых систем», раздела «Хлеб» НТП МОиН РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (№ госрегистрации 01200304874).

1.2 Цель и задачи исследований. Цель работы – совершенствование технологии и процесса производства хлебобулочных изделий, обогащённых продуктами переработки семян арахиса.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- провести систематизацию и анализ научно-технической и патентно-информационной литературы по теме исследования;

- исследовать основные характеристики семян новых сортов арахиса, районированных в Краснодарском крае, и обосновать возможность их использования в качестве сырья для получения белково-липидной добавки при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности;

- исследовать закономерности процесса ИК термообработки семян арахиса при подготовке их к шелушению и дальнейшей переработке;

- разработать статистические модели процесса ИК термоподготовки семян арахиса к шелушению, определить оптимальные конструктивно-технологические параметры и усовершенствовать установку с ИК-энергоподводом;

- исследовать влияние температурных режимов ИК-обработки на функциональные свойства белков семян арахиса;

- усовершенствовать ИК-установку для термической обработки семян арахиса;

- определить температурные режимы ИК-обработки семян арахиса, обеспечивающие получение белковой арахисовой массы (БАМ) с необходимыми для технологии хлебопечения функциональными свойствами;

- разработать технологию получения БАМ;

- изучить химический состав и качественные показатели БАМ;

- исследовать влияние БАМ на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий;

- исследовать процесс тестоприготовления с использованием термомодифицированной белковой арахисовой массы;

- разработать технологии и рецептуры приготовления хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ;

- оценить пищевую и биологическую ценности хлебобулочных изделий, обогащенных БАМ;

- провести опытно-промышленную апробацию новых технологий получения хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности, обогащённых БАМ;

- провести дегустационную оценку новых сортов хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ;

- разработать и утвердить комплекты технической документации на БАМ и новые сорта хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности, обогащённых БАМ;

- оценить экономическую эффективность разработанных технологических решений.

1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и высокая эффективность применения белковой арахисовой массы, получаемой из семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке, в качестве добавки при создании новых сортов хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.

Изучены закономерности процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению.

Усовершенстована и запатентована ИК-установка для термообработки семян арахиса.

Разработаны статистические модели процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению, которые использованы для определения оптимальной термообработки и конструктивно-технологических параметров установки с ИК-энергоподводом.

Установлено, что ИК-обработка семян арахиса позволяет повысить питательные и функциональные свойства белков арахиса, определяющие целесообразность их дальнейшего технологического использования в хлебопечении.

Экспериментально установлены температурные режимы ИК-обработки семян арахиса, влияющие на характер изменений химического состава БАМ; произведена оценка БАМ как биологически ценного сырья.

Разработана технология получения БАМ из семян арахиса.

Исследован процесс тестоприготовления с использованием термомодифицированной белковой арахисовой массы.

Доказано, что применение БАМ, полученной из семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке, оказывает дифференцированное влияние на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены рекомендуемая дозировка БАМ и способы приготовления теста с ее внесением.

Новизна разработанных технологических решений подтверждена патентами РФ на изобретение №2287279 от 20.11.2006 г. «Способ приготовления хлебобулочного изделия» и на полезную модель №72385 от 20.04.2008 г. «ИК-установка для термообработки семян».

1.4 Практическая значимость. Усовершенствована технология получения хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности на основе использования БАМ. Результаты проведённых исследований апробированы и внедрены в условиях промышленного производства ОАО «Лабинский хлебозавод» Краснодарского края. Разработан комплект технической документации на БАМ, включающий технические условия, технологический регламент и технологическую инструкцию.

На основе проведённых исследований разработан способ приготовления новых хлебобулочных изделий с использованием белковой арахисовой массы.

Разработаны и утверждены четыре комплекта технической документации для промышленного производства обогащённых БАМ хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности: хлеб «Лабинский», удостоенный бронзовой медали и диплома 111- й степени на 7-ой Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (г. Москва, 2005 г.), а также золотой медали и диплома на Российско-американской выставке (г. Вашингтон, 2008 г.), хлеб «Михайловский», рожки обсыпные «Лабинские» и булочку сдобную «Арахисовая».

Экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии и реализации новых сортов хлебобулочных изделий в объёме 521 тонны составил 165,60 тыс. руб.

1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства КубГТУ (г. Краснодар, 2003-2007 гг.); на 3-й Международной конференции «Масложировая индустрия в условиях единого экономического пространства» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.); Всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (г. Орёл, 2003 г.); 2-ой Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития» (г. Москва, 2004 г.); 2-ой Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения» (г. Краснодар, 2005 г.); конференции молодых учёных «Пищевые технологии» (г. Казань, 2005 г.); 8-ой Региональной научно-практической конференции молодых учёных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2006 г.); 7-ой Международной конференции «Масложировая индустрия – 2007» (г. Санкт-Петербург, 2007 г.).

1.6 Публикации: По материалам диссертационной работы опубликовано 13 научных статей, в том числе 5 в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получено 2 патента РФ: на изобретение и полезную модель.

1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 130 страницах компьютерного текста, включает 25 таблиц и 15 рисунков. Список литературных источников включает 113 наименований отечественных и зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали семена арахиса новых сортов, районированных в Краснодарском крае «Краснодарец-13» и «Краснодарец-14» селекции ВНИИМК, выращенных на опытных полях НПО «Масличные культуры» (г. Краснодар) в 2003-2007 гг., и белковая арахисовая масса (ТУ 914-199-02067862-2007), полученная из предварительно обработанных инфракрасными лучами семян арахиса с последующим отделением семенной плёнки и измельчением на шнековом измельчителе ТМ-32.

По микробиологическим показателям и показателям безопасности семена арахиса соответствовали требованиям СанПиН.

При проведении исследований также использовали: муку пшеничную первого сорта хлебопекарную (ГОСТ Р52189- 2003) со средними хлебопекарными свойствами, дрожжи хлебопекарные прессованные, соль поваренную пищевую, сахар, растительное подсолнечное масло, маргарин, отвечающие требованиям соответствующих нормативных документов на сырьё.

2.2 Методы исследований. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы оценки качества сырья, готовых изделий, а также технологических свойств полуфабрикатов и процессов, происходящих при ИК-обработке семян арахиса и тестоприготовлении с использованием БАМ.

Определение массовой доли сухих веществ, жира, клетчатки и золы проводили по общепринятым методикам. Содержание общего азота в объектах исследования определяли по методу Къельдаля, аминокислотный состав белков – хроматографическим методом на автоматическом анализаторе «Jeol» (Япония); фракционирование белков – методом Осборна.

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

Массовую долю углеводов определяли на жидкостном хроматографе высокого давления в смеси ацетонитрил вода.

Определение массовой доли витаминов в БАМ и хлебобулочных изделиях осуществляли колориметрическим и титрометрическим методами, а также методом инверсионной вольтамперометрии.

Содержание макро- и микроэлементов определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на анализаторе AAS-1 фирмы Цейс (Германия), а также молибдено-ванадиевым и флуориметрическим методами.

Жирнокислотный состав липидов, выделенных из БАМ, определяли методом газожидкостной хроматографии.

Безопасность БАМ и хлебобулочных изделий оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям.

По методикам, разработанным Всероссийским научно-исследо-вательским институтом жиров, определяли функциональные свойства белков арахиса: водоудерживающую способность (ВУС), жироудерживающую способность (ЖУС), пенообразующую способность (ПОС), эмульгирующую способность (ЭС), стабильность пены (СП), а также коэффициенты пенообразующей способности и стойкости пены. Контролем служил белок куриного яйца.

Число падения «ЧП» муки определяли на приборе Амилотест АТ-97 (ГОСТ 27676-88), газообразующую способность муки на приборе Яго-Островского, силу муки по упругим свойствам клейковины на приборе ИДК-2 (ГОСТ 27839-88), по показателю К20 на приборе АП-4/2 (ГДР), по расплываемости шарика клейковины, а также по её растяжимости и эластичности. Для определения реологических свойств теста, полученного из пшеничной муки первого сорта, использовали Структурометр СТ-1 и пенетрометр АП- 4/2 (ГДР).

Выпечку хлеба проводили в лабораторных и производственных условиях. Тесто в лабораторных условиях готовили опарным способом, опарным способом на бездрожжевом полуфабрикате, безопарным способом и по интенсивной «холодной» технологии. Оценку качества хлеба и его дегустацию проводили по физико-химическим и органолептическим показателям, принятым для характеристики качества хлеба и рекомендованным ГОСТом и другими руководствующими документами. Степень свежести-черствости хлеба определяли по структурно-механическим свойствам мякиша на автоматизированном пенетрометре АП-4/2. Влияние БАМ на пищевую ценность хлеба по изменению аминокислотного состава хлеба, измеряемого на аминокислотном анализаторе. Для математической обработки экспериментальных данных использовались статистические методы при планировании эксперимента.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование основных характеристик и химического состава семян новых сортов арахиса, районированных в Краснодарском крае. Результаты исследования основных характеристик семян арахиса новых сортов, районированных в Краснодарском крае Краснодарец-13 и Краснодарец-14 (таблица 1) показывают, что они отличаются от других сортов достаточно высоким содержанием высококачественного пищевого невысыхающего масла, которое является одним из самых богатых растительных источников ненасыщенных жирных кислот.

Таблица 1 – Характеристика семян арахиса новых сортов

Наименование показателя	Значение показателя для семян арахиса сорта
	Краснодарец-13	Краснодарец-14
Урожайность в Краснодарском крае, ц/га	20-26	19,9-22,7
Масса 1000 семян, г	500-540	541-726
Лузжистость, % Массовая доля, % влаги и летучих веществ липидов белков углеводов, в том числе: редуцирующих сахаров дисахаридов крахмала пентозанов целлюлозы пектиновой кислоты минеральных веществ	21-24 6,8-7,5 50,6-50,8 24,0-24,3 16,1-16,2 0,1-0,2 4,7-4,8 4,1-4,2 1,7-1,8 2,0-2,1 3,1-3,5 1,8-1,9	20,8-22,7 6,0-6,8 50,3-50,4 24,5-24,6 16,8-17,3 0,06-0,1 5,0-5,1 4,6-4,7 2,0-2,1 2,2-2,3 2,9-3,0 1,6-1,7

Следует отметить, что семена арахиса сорта Краснодарец-14 отличаются большей крупностью (масса 1000 семян 541-726 г) и пониженной лузжистостью (20,8-22,7 %). Особенностью семян, анализируемых сортов арахиса, является значительное содержание белков и углеводов. Учитывая значимость белков и углеводов в процессе хлебопечения, исследовали групповой состав белков и углеводов семян арахиса. Установлено, что белки арахиса относятся к типу альбуминов, глобулинов, имеющих высокую биологическую ценность и глютелина, играющего существенную роль в образовании клейковинного каркаса.

Таким образом, проведённая оценка особенностей химического состава семян арахиса исследуемых сортов, подтверждает рациональность использования их в качестве сырья для получения биологически активной добавки, применяемой в хлебопечении. При этом следует иметь в виду, что семена арахиса, поступающие на переработку, покрыты семенной пленкой (кожицей, 3-4% от массы семян), которая содержит грубые пищевые волокна, замедляющие расщепление не только белков, но и крахмала. Кроме того, окраска семенной пленки обусловлена красящим веществом, включающим соли железа, что придает конечным белковым продуктам не только тёмный цвет, но и горький привкус.

Поэтому важным технологическим этапом подготовки семян арахиса к получению высококачественной белковой массы является эффективное шелушение, обеспечивающее практически полное отделение семенной пленки.

3.2 Изучение закономерностей процесса ИК термообработки семян арахиса и совершенствование установки с ИК-энергоподводом. Как показал анализ научно-технических источников процессы ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению до сих пор не изучены. В связи с этим, изучение процесса ИК термообработки семян арахиса с целью их подготовки для эффективного удаления семенной пленки выполнено на усовершенствованной стендовой установке, включающей типовой блок с ИК излучателями (лампы КГТ-220-1000). Лабораторная установка создана в КубГТУ для термообработки семян масличных культур.

Исследовано влияние ИК-облучения на изменение температуры нагрева и степень шелушения семян арахиса - как отношение количества отделенной семенной пленки к ее общей массе. Построение статистической модели выполнено методом планирования эксперимента по плану Рехтшафнера. Основными изучаемыми факторами были: h – расстояние между слоем семян и ИК лампами (мм), – приведенная мощность потока облучения, отнесенная к площади поверхности облучения (кВт/м2), t1 – время первого облучения (сек), t2 – время отлежки (сек), и t3 – время второго облучения (сек). В качестве функции отклика были приняты - температура семян арахиса после облучения, 0С и - степень шелушения семян, %. После исключения незначимых членов соответственно нами получены следующие уравнения регрессии при относительной ошибке эксперимента 8,5 % и 7 %:

	(1)
	(2)

где

Адекватность уравнений (1 и 2) проверена по критерию Фишера на 5% уровне значимости.

Для оценки влияния роли факторов в уравнении (2) провели их сравнительное ранжирование по соответствующим однофакторным зависимостям при стабилизации остальных факторов на уровне соответствующем координатам зоны лучшего выхода, т.е. максимальной степени шелушения.

Ранжирование в зоне лучшего выхода дает следующий ряд:

Таким образом, наибольшее влияние на степень шелушения арахисовых семян оказывает h, а затем t3. Влияние величины и t1 практически одинаковы. Наименьшее влияние оказывает t2.

Для получения информации о взаимодействии изученных факторов построили двухфакторные графические зависимости в функции попарных влияний h, , t1, t2, и t3 при фиксировании трех факторов в координатах зоны лучшего выхода степени шелушения арахисовых семян.

В качестве примера на рисунках 2-5 представлены двухфакторные графические зависимости в функции влияний по h, как наиболее значимого параметра, от , t1, t2, и t3. Графическая интерпретация полученных зависимостей позволяет оценить информацию о темпах влияния изученных факторов на функцию отклика.

Как видно из рисунков темпы изменения выходного показателя по h изменяются соответственно с увеличением q (рисунок 2), по t1 изменяются незначительно (рисунок 3), по t2 практически независимы (рисунок 4) и с увеличением t3 (рисунок 5). Очевидно, что эти изменения связаны с интенсивной подсушкой тонкой семенной пленки арахисовых семян, что и обеспечивает в дальнейшем ее эффективное отслаивание от ядра.

Полученная адекватная модель (уравнение 2), использована для оптимизации параметров процесса ИК-термоподготовки к шелушению семян арахиса. Оптимизационная задача поставлена в виде:

(3)

Система ограничений имеет вид:

< 90 0C, , , , , .

(4)

Решение задачи проводилось методом Ньютона с использованием надстройки «Поиск решения» табличного процессора MS-Exel-2003. Для диапазона изменения параметров, принятых в эксперименте, получено следующее сочетание их значений h – 70 мм, q – 28,1 кВт/м2, t1 – 90 сек, t2 – 43,5 сек, t3 – 90 сек, при которых достигнута максимальная = 98,7%.

Развита методика инженерного расчета основных конструктивно-технологических параметров установки с ИК энергоподводом для термообработки семян арахиса с целью их подготовки к шелушению, в которой использованы зависимости (1, 2).

На основании полученных результатов усовершенствована конструкция ИК-установки для обжарки семян арахиса, обеспечивающая их подготовку к эффективному отделению семенной пленки. На рисунке 6 представлена схема конструкции ИК-установки для обжарки арахисовых семян (патент РФ на полезную модель № 72385 от 20.04.2008 г.).

3.3 Влияние температурных режимов ИК-обработки на функциональные свойства белков арахиса. С целью модификации ИК-обработкой функциональных свойств белков семян арахиса на усовершенствованной лабораторной установке с ИК-энергоподводом изучали влияние температурных режимов. В процессе эксперимента варьировалась конечная температура ИК-обработки семян арахиса от 55 до 95°С с шагом 10°С. Установлено, что при конечной температуре ИК-обработки 90 °С и выше, происходит обугливание семенной пленки. После ИК термообработки удаляли семенную пленку, семена измельчали, обезжиривали гексаном и высушивали при комнатной температуре под тягой в вытяжном шкафу, затем определяли функциональные свойства белков. Наиболее высокие функциональные свойства белков семян арахиса проявились при ИК-обработке с конечной температурой 85°С. С увеличением конечной температуры ИК-обработки семян арахиса до 95-100°С были зафиксированы более низкие функциональные свойства. Очевидно, это связано с увеличением температурного воздействия на белки, в результате чего интенсивно протекают сахароаминные реакции, взаимодействие с липидами, прежде всего содержащими окисленные группы, фосфолипидами и более глубокая денатурация белков. Все эти реакции связаны с потерей аминокислот белков и, прежде всего незаменимых, отсутствие которых нежелательно в питании человека.

Экспериментально установленные параметры ИК-обработки, обеспечивают получение белковой арахисовой массы с заданными технологическими свойствами. Ее целесообразно использовать при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.

3.4 Изучение химического состава и качественных показателей БАМ. В качестве объекта исследования использовали белковую арахисовую массу, полученную из семян арахиса, подвергнутых ИК-обработке и очищенных от семенной пленки, с последующим измельчением их на типовом шнековом измельчителе марки ТМ-32.

Проведена идентификация липидной и белковой фракций БАМ, полученных при ИК-обработке семян арахиса, конечная температура которых достигала 85 0С (БАМ-85) и 95 0С (БАМ-95).

При исследовании витаминного комплекса липидной части БАМ было установлено, что содержание токоферолов находится в пределах от 41 до 42 мг/100 г, при этом в среднем 46 % приходится на -токоферолы, 31 % - на -токоферолы. Количество каротина + витамина А составляет от 0,12 до 0,13 мг/кг.

Выявлено, что содержание крахмала в термомодифицированной БАМ-85 и БАМ-95 немного снижается от 4,2 % до 3,9 %, за счёт чего увеличивается общее количество моно- и дисахаридов от 5,3 % до 5,5 %. В образце БАМ-85 отмечено уменьшение относительной доли водо- и солерастворимых белков при одновременном возрастании доли щелоче- и нерастворимых. В образцах БАМ, полученных при более высоких температурах ИК-обработки семян арахиса, установлено увеличение доли водо- и солерастворимых белков и уменьшение доли щелоче- и нерастворимых, что нежелательно для хлебопечения. Полученные данные исследований и установленные значения показателей по безопасности БАМ-85, а также её микробиологической чистоте, соответствующие требованиям СанПиН, подтверждают целесообразность ее применения при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.

3.5 Влияние БАМ на хлебопекарные свойства пшеничной муки, структурно-механические свойства теста и качество готовых хлебобулочных изделий. Исследовали влияние различных дозировок БАМ на реологические свойства клейковины и теста. Контрольным образцом служило тесто с добавлением подсолнечного масла (ПМ) в количестве эквивалентном содержанию жирного масла в БАМ, а в опытные пробы вносили БАМ, полученную из семян арахиса не подвергнутых ИК-обработке, БАМ-75 и БАМ-85, в дозировках от 2 до 5 % к массе муки в тесте. Установлено, что все три белково-липидных продукта оказывают укрепляющее действие на клейковину муки по сравнению с контрольным образцом, причём наибольшие значения укрепления клейковины наблюдались при внесении БАМ-85. Значительное увеличение укрепления клейковины муки при внесении БАМ-75 и БАМ-85 по сравнению с БАМ без ИК-обработки объясняется более высоким содержанием в них углеводов и, прежде всего, моно- и дисахаридов, участвующих в образовании гликопротеинов, упрочняющих структуру белковой молекулы.

Влияние БАМ-85 на газообразующую способность муки исследовали по степени интенсивности газообразования в тесте из пшеничной муки с добавлением БАМ-85. Установлено, что внесение 3, 4 и 5 % БАМ увеличивает газообразование в тесте по сравнению с контрольным образцом на 8, 10, 22 % соответственно. Наблюдали усиление процесса спиртового брожения, которое, по-видимому, связано с обогащением питательной среды сахарами, аминокислотами, витаминами и минеральными соединениями, вносимыми с этим продуктом. Можно также предположить, что в процессе набухания крахмальных гранул семян арахиса, подвергшихся ИК-обработке, в структуре семян происходят необратимые изменения. Увеличение размера крахмальных гранул, прошедших ИК-обработку по сравнению с исходными семенами, по-видимому, способствует получению крахмальных гранул с более рыхлой упаковкой полисахаридных цепей, т.е. крахмал становится более податливым действию ферментов.

Различия в степени влияния белково-липидных продуктов (БАМ, БАМ-75 и БАМ-85) на показатели клейковины отражались и на реологических характеристиках теста, определяемых на приборах «Структурометр СТ-1» и пенетрометре АП-4/2. Улучшение реологических свойств теста, по-видимому, можно объяснить более высокой водопоглотительной способностью белков и углеводов, содержащихся в БАМ-75 и БАМ-85.

Установлено, что БАМ-85, как ценная пищевая добавка, более благоприятно влияет на хлебопекарные свойства пшеничной муки, а наилучший эффект наблюдается при внесении БАМ-85 в дозировке 4-5% к массе муки.

Для определения влияния БАМ-75 и БАМ-85 на качество готовых хлебобулочных изделий проводили ряд пробных лабораторных выпечек. Проведено сравнительное изучение влияния различных дозировок БАМ на качество хлеба при безопарном способе приготовления. Установлено, что добавление в тесто БАМ-75 и БАМ-85 приводит к улучшению органолептических показателей хлеба, повышению удельного объёма, пористости, сжимаемости мякиша и формоустойчивости, наибольший эффект достигнут при добавлении БАМ-85. Методом математического планирования эксперимента найдена оптимальная дозировка БАМ – 4 % к массе муки, которую использовали при приготовлении теста различными способами: безопарным, по интенсивной "холодной" технологии (ускоренный способ), на обычной густой (ГО) и большой густой опаре (БГО). Лучшие результаты были получены при приготовлении теста ускоренным способом с внесением в него БАМ. Отмечено, что в этих пробах увеличивается удельный объем хлеба на 3,8 – 10 % (рисунок 7), формоустойчивость подовых изделий на – 2-8%, пористость на 1-2%, сжимаемость мякиша на 4-17% по сравнению с пробами, приготовленными безопарным и опарными способами.

Рисунок 7 – Влияние БАМ на удельный объём хлеба при разных

способах приготовления теста

Исследовали основные показатели качества хлеба, выпеченного из теста, приготовленного ускоренным способом. БАМ при этом вносили: в нативном состоянии, в виде жиро–водной эмульсии и в составе бездрожжевого полуфабриката. Использование БАМ в виде эмульсии было предпочтительнее. Удельный объём хлеба при этом увеличивался на 2-4 %, пористость на 1,2-2,5 %, формоустойчивость на 2-6 %, а общая сжимаемость мякиша на 5,4-8 %.

Влияние БАМ-75 и БАМ-85 на сохранение свежести хлеба оценивали по изменению структурно-механических свойств мякиша в процессе его хранения. Установлено, что внесение БАМ-85 позволяет получить хлеб, сохраняющий свежесть до 48 часов.

Таким образом, внесение в рецептуру хлеба БАМ-85 положительно влияет на основные показатели его качества и позволяет увеличить допустимую продолжительность хранения хлеба, задерживая черствение.

3.6 Разработка технологий и рецептур хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ. На основании проведённых исследований разработаны рецептуры новых сортов хлебобулочных изделий: Хлеб «Лабинский», хлеб «Михайловский», рожки обсыпные «Лабинские» и булочку сдобную «Арахисовая», обогащённых БАМ-85, а также технологические режимы их производства. Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили высокую эффективность применения БАМ-85 для обогащения хлебобулочных изделий с целью получения готовой продукции, обладающей повышенной пищевой и биологической ценностью.

Разработаны и утверждены комплекты технической документации на хлеб «Лабинский», хлеб «Михайловский», рожки обсыпные «Лабинские» и булочку сдобную «Арахисовая», обогащённые БАМ, включающие технические условия, технологическую инструкцию и рецептуру на каждое изделие.

Разработанные рецептуры и технологические режимы производства новых сортов хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ-85, внедрены в производстве в IV квартале 2007 года в ОАО «Лабинский хлебозавод».

3.7 Оценка пищевой и биологической ценности хлеба, обогащённого БАМ. Целесообразность применения БАМ-85 для повышения пищевой и биологической ценности хлебобулочных изделий подтверждена результатами исследований. Проведенная оценка пищевой и биологической ценности хлеба, обогащённого БАМ-85, показала, что потребление взрослым человеком 350 г хлеба «Лабинский» играет существенную роль в покрытии его потребности в белке, наиболее важных аминокислотах и многих физиологически ценных ингредиентах на 8,0-57,6 % от суточной потребности. Хлеб «Лабинский», также как и другие новые сорта разработанных хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ, можно рекомендовать как пищевые продукты повышенной пищевой и биологической ценности.

Экономический эффект от внедрения разработанных технологических решений и реализации новых сортов хлебобулочных изделий для ОАО «Лабинский хлебозавод» за период IV квартал 2007 года и I-II квартал 2008 года составил более 110 тыс. руб. на 521 тонну выпускаемой продукции.

ВЫВОДЫ

На основании результатов выполненных исследований теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения продуктов переработки семян арахиса в технологии хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.

1. Исследованы основные характеристики и химический состав новых сортов семян арахиса, районированных в Краснодарском крае.

2. Обоснована целесообразность и эффективность применения новых сортов семян арахиса, районированных в Краснодарском крае («Краснодарец-13» и «Краснодарец-14») в качестве сырья для получения белковой арахисовой массы, используемой при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой и биологической ценности.

3. Изучены закономерности процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению в интервале параметров: h – 70-110 мм, q – 14,6-30,9 кВт/м2, t1 – 60-90 сек, t2 – 30-50 сек, t3 – 60-90 сек.

4. Разработаны статистические модели процесса ИК-термоподготовки семян арахиса к шелушению и влияния конечной температуры обработки, которые использованы для определения оптимальных конструктивно-технологических параметров усовершенствованной установки с ИК-энергоподводом.

5. Развита методика инженерного расчета установки для ИК-термоподготовки семян арахиса и усовершенствованна ее конструкция.

6. Изучено влияние ИК-термообработки на функциональные свойства белков арахиса. Установлено, что ИК-термообработка семян арахиса позволяет повысить питательные и функциональные свойства белков арахиса, что определяет их дальнейшее технологическое использование в хлебопечении.

7. Изучен химический состав и качественные показатели полученного белково-липидного продукта – белковой арахисовой массы. Показано, что ИК-обработка семян арахиса позволяет изменить групповой состав белковой фракции, уменьшить массовую долю крахмала от 4,2 % до 3,9 %, за счёт чего увеличивается общее количество моно- и дисахаридов от 5,3 % до 5,5 %.

8. Установлено, что БАМ-85 в большей степени позволяет улучшить хлебопекарные свойства пшеничной муки I сорта, структурно-механические свойства теста по сравнению с другими продуктами переработки семян арахиса.

9. Наибольший улучшающий качество хлеба эффект наблюдается при внесении БАМ-85 в тесто в виде жиро-водной эмульсии при соотношении БАМ : вода, равном 1 : 2, при приготовлении теста ускоренным способом, в дозировке 4 % к массе муки, которая определена методом математического планирования эксперимента.

10. Использование БАМ-85 при производстве хлебобулочных изделий улучшает органолептические показатели качества хлеба: пористость становится более развитой, равномерной, тонкостенной, мякиш – более нежным и эластичным с приятным ароматом и арахисовым привкусом. Удельный объём хлеба увеличивается на 2-4 %, пористость – на 1,2-2,5 %, формоустойчивость подовых изделий – на 2-6 %, сжимаемость мякиша – на 5,4-8 %.

11. Использование БАМ-85 при производстве хлебобулочных изделий повышает их пищевую и биологическую ценность, а также увеличивает сроки сохранения свежести готовых хлебобулочных изделий до 48 часов.

12. Разработан эффективный способ приготовления хлебобулочного изделия (патент РФ № 228727) с применением БАМ, рецептуры и технологии новых сортов хлебобулочных изделий из пшеничной муки первого сорта, обогащённых БАМ, с сокращённым технологическим циклом и повышенной пищевой и биологической ценностью, а также комплекты технической документации, включающие ТУ, ТИ и РЦ.

13. Проведена опытно-промышленная апробация и дегустация разработанных изделий, подтверждающие целесообразность их промышленного производства.

Экономический эффект от производства и реализации новых сортов хлебобулочных изделий, обогащённых БАМ в объёме 521 тонны составил 165,60 тыс. руб.

Список публикаций по теме диссертации

1. Михайлов В.А. Возможности использования высокобелкового растительного сырья в хлебопечении / В.А. Михайлов, Ю.Ф. Росляков // Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России: Матер. Всерос. семинара, Орёл, 2003. – С. 137.

2. Михайлов В.А. Использование арахиса при производстве хлебобулочных изделий / В.А. Михайлов, Ю.Ф. Росляков, О.Л. Вершинина, В.В. Гончар // Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности: Матер. 2-ой Межд. науч.-технич. конф., Воронеж, 2004. ч. 1. – С. 138-139.

3. Михайлов В.А. Использование высокобелкового растительного сырья в хлебопечении / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, В.В. Гончар // Успехи современного естествознания, № 9, 2004. – С. 93.

4. Михайлов В.А. О возможности использования белковой арахисовой массы в хлебопечении / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков // Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в ХХ1 веке: Матер. 2-го Межд. симпозиума, Владивосток, 2004. – С. 157-159.

5. Михайлов В.А. Влияние белковой арахисовой массы на хлебопекарные свойства пшеничной муки / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, В.В. Гончар // Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства: Сб. статей 1V Всерос. науч.-практич. конф., Пенза, 2004. – С. 78-81.

6. Михайлов В.А. Характеристика семян арахиса и их применение в хлебопечении / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков // Успехи современного естествознания, № 5, 2005. – С. 55.

7. Михайлов В.А. Микробиологическая характеристика семян арахиса, используемых в хлебопечении / В.А. Михайлов, В.В. Гончар, Ю.Ф. Росляков, М.Е. Дамения // Успехи современного естествознания, № 5, 2005. – С. 56.

8. Михайлов В.А. О целесообразности использования высокобелкового растительного сырья в хлебопечении / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков // Инновационные технологии в создании продуктов питания нового поколения: Матер. Всерос. науч.-практич. конф. с межд. участием, Краснодар, КубГТУ, 2005. – С. 169-170.

9. Михайлов В.А. О целесообразности использования семян арахиса в хлебопечении / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков // Пищевые технологии: Сб. матер. конф. молодых учёных, Казань, 2005. – С. 38 – 39.

10. Михайлов В.А. Исследование возможности использования семян арахиса при производстве хлебобулочных изделий функционального назначения / В.А. Михайлов, О.Л. Вершинина, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков // Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации: Сб. докл. юб. конф. с межд. участием, Москва, 2005. – С. 33-34. 11. Вершинина О.Л. Использование масличных семян при производстве хлебобулочных изделий функционального назначения / О.Л. Вершинина, В.А. Михайлов, Ю.Ф. Росляков, А.В. Шпаков, Ю.М. Самченко // Известия вузов. Пищевая технология, № 2-3, 2006. – С.60 - 61.

12. Патент на изобретение РФ № 2287279 от 20.11.2006. МПК7: А 21 D 2/36, 8/02. Способ приготовления хлебобулочного изделия / Ю. Ф. Росляков, О.Л. Вершинина, В.А. Михайлов, В.В. Деревенко, В.В. Гончар, А.В. Шпаков, Д.В. Кравченко.

13. Вершинина О.Л. Хлеб с использованием семян арахиса / О.Л. Вершинина, В.А. Михайлов, Ю.Ф. Росляков, И.Р. Уруджева // Хлебопёк, № 4, 2007. – С. 28-30.

14. Деревенко В.В. Основные закономерности ИК-термообработки семян арахиса / В.В. Деревенко, О.Л. Вершинина, В.А. Михайлов, А.А. Романенко // Масложировая индустрия - 2007: Матер. докл. 7-ой межд. конф., 2007. – С. 89-90.

15. Патент на полезную модель № 72385 от 20.04.2008. ИК-установка для термообработки семян / В.В Деревенко., А.А Романенко, В.А Михайлов, О.Л. Вершинина