Совершенствование технологии получения пищевых порошков из виноградной выжимки и их использование в хлебопечении
На правах рукописи
Сидоренко Александр Владимирович
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ
ПИЩЕВЫХ ПОРОШКОВ ИЗ ВИНОГРАДНОЙ ВЫЖИМКИ
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ХЛЕБОПЕЧЕНИИ
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, 2012 г.
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный
технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Деревенко Валентин Витальевич
Официальные оппоненты: Донченко Людмила Владимировна
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Кубанский
государственный аграрный
университет», кафедра технологии хранения и переработки сельхозпродукции, профессор
Першакова Татьяна Викторовна
кандидат технических наук, доцент,
Краснодарский кооперативный
институт (филиал) АНО ВПО ЦС РФ «Российский университет
кооперации», проректор по научной работе
Ведущая организация: ГНУ «Краснодарский научно-
исследовательский институт хранения
и переработки сельскохозяйственной
продукции» Россельхозакадемии
Защита диссертации состоится 20 декабря 2012 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус Г, ауд. Г-248.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».
Автореферат разослан 19 ноября 2012 года
Ученый секретарь
диссертационного совета
канд. техн. наук, доцент В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ[1]
1.1 Актуальность работы. Напряженный ритм жизни и дефицит времени для большинства людей стал причиной нарушения поступления в организм питательных веществ, привел к качественному и количественному изменению рациона питания, в котором преобладают рафинированные, высококалорийные, но бедные растительным белком, полиненасыщенными жирными кислотами, пищевыми волокнами, витаминами, минеральными и другими необходимыми веществами продукты.
Хлеб – наиболее употребляемый продукт питания, поэтому введение в его состав полезных компонентов, содержащих, в том числе пищевые волокна, оказывает позитивное влияние на здоровье человека. Одним из важных источников получения пищевых порошков, в состав которых входит до 20 % клетчатки и 5–8 % пектиновых веществ, является выжимка винограда (ВВ), которая практически не перерабатывается на предприятиях первичного виноделия РФ и в виде отходов производства вывозится в качестве органического удобрения на поля. В 2011 году на предприятиях Краснодарского края было переработано 165 тысяч тонн винограда и получено около 25 тыс. тонн выжимки (без гребней), из которой можно было бы получить около 7 тыс. тонн пищевого порошка (ПП) и столько же виноградных семян, являющихся сырьем для получения ценного виноградного масла. Только за счет потери виноградных семян предприятиями края недополучено до 32 млн. рублей при среднем расчётном выходе виноградного масла 10%.
Проблема повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий, в том числе с добавками, полученными из выжимок винограда, отражена в работах многих ученых: Л.Я. Ауэрмана, Р.Д. Поландовой, С.Я. Корячкиной, В.Д. Малкиной, Т.Б. Цыгановой, А.С. Джабоевой, В.С. Колодязной, Т.В. Першаковой, А.Н. Мусаевой, Д.В. Кондратьева, В.И. Мартовщука и других.
В связи с этим, совершенствование технологии получения пищевых порошков из выжимок винограда красных и белых сортов и использование их в хлебопечении для повышения пищевой ценности хлеба является актуальным, имеет важное научное и практическое значения.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с х/д № 6.34.03.05-11 «Обоснование технологических параметров конвективной сушки виноградных выжимок» с ООО «Фирма Сомелье» и с гос. заданием Министерства образования и науки РФ № 4.1897.2011 «Разработка инновационной технологии продуктов питания функционального назначения на основе глубокой и комплексной переработки растительного сырья».
1.2 Цель и задачи исследований. Цель исследований – совершенствование технологии получения пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов и их применение в технологиях получения новых сортов пшеничного и ржано-пшеничного хлеба повышенной пищевой ценности.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
– провести аналитический обзор информационных источников по теме исследований;
– исследовать влияние основных технологических и кинетических параметров на эффективность конвективной сушки выжимки винограда красных и белых сортов;
– усовершенствовать технологию получения пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов;
– исследовать химический состав пищевых порошков из виноградных выжимок белых и красных сортов, определить показатели их безопасности;
– исследовать влияние порошков из выжимки белых и красных сортов винограда на хлебопекарные свойства пшеничной и ржаной муки и возможности его использования для активации прессованных дрожжей;
– исследовать влияние порошков из выжимки винограда белых и красных сортов на свойства теста, качество хлеба из пшеничной и смеси ржаной и пшеничной муки;
– определить оптимальную дозировку пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов, оптимальное соотношение ржаной и пшеничной муки, а также обосновать способ внесения порошка;
– разработать технологические решения и рецептуры на новые сорта пшеничного и ржано-пшеничного хлеба и оценить их пищевую ценность;
– провести опытно-промышленную апробацию предложенных технологий новых сортов хлеба из пшеничной, смеси ржаной и пшеничной муки, разработать и утвердить техническую документацию на новые сорта хлеба;
– оценить экономическую эффективность от внедрения разработанных технологических решений.
1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность получения пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов и высокая эффективность применения их в производстве новых сортов хлеба из пшеничной, смеси ржаной и пшеничной муки.
Установлено влияние основных технологических и кинетических параметров на эффективность конвективной сушки сладкой выжимки винограда сорта Шардоне, сброженной выжимки сортов Шираз и Каберне, а также выжимки, полученной из замороженного винограда сорта Рислинг. Показано, что выжимка винограда относится к коллоидным капиллярно-пористым материалам, а соотношение в ней форм свободной и связанной влаги определяющим образом зависит от способа переработки винограда.
Установлены рациональные технологические параметры конвективной сушки выжимок исследованных сортов винограда. Получены эмпирические уравнения для расчёта продолжительности первого и второго периодов сушки, позволяющие определить общую продолжительность процесса сушки при заданной влажности высушенной выжимки.
Усовершенствована технология получения пищевых порошков из выжимок белых и красных сортов винограда.
Установлено положительное влияние порошка, полученного из выжимки винограда белых сортов, на подъёмную силу дрожжей, обусловленное воздействием его компонентов на дрожжевые клетки, приводящее к улучшению показателей качества хлебобулочных изделий. Показана возможность и обоснована эффективность применения его в виде компонента питательной смеси для улучшения качества активированных прессованных дрожжей.
Установлена оптимальная дозировка порошка, полученного из выжимок винограда красных сортов, обеспечивающая в сочетании максимально возможные значения пористости, упругости мякиша и формоустойчивости ржано-пшеничного хлеба. Экспериментально и научно обоснованы способы внесения пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов при производстве пшеничного и ржано-пшеничного хлеба.
Новизна предложенных технологических решений подтверждена патентом РФ на полезную модель: № 110603 от 27.11.2011 г. «Линия приготовления жидкой закваски и теста из ржаной и ржано-пшеничной муки».
1.4 Практическая значимость. Разработаны и переданы ООО фирме «Сомелье» и ООО АФ «Саук Дере» технологические инструкции с рациональными параметрами конвективной сушки виноградных выжимок для практического применения в производстве.
Разработаны и утверждены комплекты технической документации для новых сортов пшеничного и ржано-пшеничного хлеба: «Новый» и «Особенный», обогащённых пищевым порошком из виноградных выжимок, которые апробированы в условиях ОАО «Краснодарский хлебозавод № 3».
Фактический экономический эффект от внедрения разработанных технологических решений и реализации новых видов продукции в объёме 100 тонн в год составил 36 тыс. руб.
1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных семинарах кафедры процессы и аппараты пищевых производств КубГТУ (г. Краснодар, 2009–2011 гг.); X Международной конференции молодых учёных «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2009 г.); III Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» (г. Пенза, 2009 г.); Двенадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2009 г.); 9-ой Международной научно-практической конференции «Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства» (г. Ростов на Дону, 2010 г.); 2-ой Международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2011 г.).
1.6 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 статьи в журнале, рекомендованном ВАК Минобрнауки РФ, и получен один патент РФ на полезную модель.
1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора информационных источников по теме исследования, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 117 страницах компьютерного текста, включает 25 таблиц и 22 рисунка. Список литературных источников включает 106 наименований, в том числе 13 – зарубежных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали выжимку после брожения из винограда красных сортов Шираз и Каберне, свежевыработанную выжимку белого винограда сорта Шардоне и выжимку из замороженного белого винограда сорта Рислинг урожая 2008–2010 гг., выращенного в Краснодарском крае и полученные в ЗАО агрофирме «Мысхако», а также пищевые порошки (ПП), полученные из кожицы высушенных выжимок винограда белых и красных сортов.
При проведении исследований также использовали: муку пшеничную общего назначения типа М 75-23 (ГОСТ Р 52189-2003), муку ржаную обдирную (ГОСТ Р 52809-2007), дрожжи хлебопекарные прессованные, соль поваренную пищевую, сахар, отвечающие требованиям соответствующих нормативных документов на сырьё.
2.2 Методы исследований. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы исследований качества сырья, свойств полуфабрикатов и готовых изделий.
Определение массовой доли сухих веществ, углеводов и золы проводили по общепринятым методикам. Содержание общего азота определяли по методу Къельдаля. Определение массовой доли витаминов в порошке 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, а также молибдено-ванадиевым и флуориметрическим методами.
Пищевую безопасность порошков из выжимок винограда белых и красных сортов, а также хлебобулочных изделий оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям.
Исследование конвективной сушки проводили на стендовой циркуляционной сушилке по известной методике при скорости сушильного агента (воздуха) от 6,0 до 11,0 м/с и его температуре 60–80 °С.
Массовую долю и качество клейковины муки определяли по ГОСТ 27839-88; упруго-эластичные свойства клейковины – по показаниям прибора ИДК-2, по показателю К20 на приборе АП-4/2 (ГДР); газообразующую способность муки – на приборе Яго-Островского. Для оценки углеводно-амилазного комплекса ржаной муки использовали прибор «Амилотест АТ-97», определение реологических характеристик теста (общая деформация сжатия и адгезионная способность теста) проводили на приборах «Реотест-2», «Структурометр СТ-1» и пенетрометр АП-4/2. Активацию дрожжей проводили по методике ГОСНИИХП. Подъёмную силу дрожжей определяли стандартным методом по ГОСТ 171-81 и ускоренным методом по скорости всплывания шарика теста. Выпечку хлебобулочных изделий проводили в лабораторных и производственных условиях. Оценку качества хлебобулочных изделий проводили по физико-химическим и органолептическим показателям, принятым для характеристики качества хлеба и рекомендованным государственным стандартом. Структурно-механические свойства мякиша хлеба исследовали на приборах «Структурометр СТ-1» и пенетрометр АП 4/2. Содержание пектиновых веществ в исследуемых образцах хлеба проводили карбазольным методом.
Статистическую достоверность результатов исследований оценивали по известным методикам с использованием пакетов прикладных компьютерных программ Microsoft Office Excel – 2007 и Statistica 6.0 for Windows.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Исследование влияния основных технологических и кинетических параметров на эффективность конвективной сушки выжимки винограда красных и белых сортов. Выжимки из красного винограда сортов Шираз и Каберне получены после брожения с отжимом на шнековом прессе К1-ВПС-20. Выжимки из белого винограда сортов Шардоне и Рислинг получены соответственно из свежесобранного сырья на мембранном прессе Della Toffola при щадящих режимах отжима и из замороженного винограда на гидравлическом прессе Vaslin Bucher. На рисунке 2 представлены кривые скорости конвективной сушки N() = dU/d, полученные численным дифференцированием экспериментальных данных кинетики сушки ВВ. В первом периоде постоянной скорости сушки влагосодержание материала уменьшается по линейному закону, когда испаряется свободная влага. Заканчивается этот период достижением первого критического влагосодержания 
, значения которого для исследованных образцов ВВ составляли 73,3–287,2 % на абсолютно сухое вещество.
Во втором периоде убывающей скорости сушки ВВ форма S-образных кривых, разделенных на две зоны в местах перегиба точкой второго критического влагосодержания (составляло 20,5–141,7 %), определяет различный характер связанной влаги.
В 1-й зоне кривая скорости сушки обращена выпуклостью к оси влагосодержания, что характерно для сушки капиллярно-пористых материалов, а 2-й зоне – обращена к оси ординат, что наблюдается при сушке кол-
лоидных тел и в целом характерно для сложных систем. Согласно классификации А.В. Лыкова влажных тел по коллоидно-физическим свойствам, ВВ относится к коллоидным капиллярно-пористым материалам.
Все графические зависимости имеют качественную аналогию, но существенно отличаются численными значениями характеристических точек: начальных, критических и конечных значений влагосодержания.
Для расчета времени сушки в первом периоде 1=U/ N1 получена в общем виде эмпирическая зависимость скорости сушки 
от скорости 
сушильного агента (воздуха), м/с:
. (1)\
где А1 и В1 – коэффициенты, полученные на основании экспериментальных результатов для каждого сорта ВВ.
Для расчета скорости сушки во 2-м периоде для 1-й и 2-й зоны сушки получены соответственно следующие эмпирические уравнения в общем виде от текущего значения влагосодержания U:
, (2)
. (3)
Установлены зависимости для расчета продолжительности времени сушки в 1-й и 2-й зонах второго периода при заданном влагосодержании высушенной выжимки, которые представлены в общем виде:
, (4)
, (5)
где 
, 
, 
, 
– линейные уравнения, полученные на основании экспериментальных данных для каждого сорта ВВ.
Сравнительный анализ влияния технологических и кинетических параметров на эффективность конвективной сушки ВВ показал следующее. Если для сброженной ВВ красных сортов (рис. 3) содержание свободной и связанной влаги сопоставимо, то в выжимке, полученной из замороженного винограда сорта Рислинг, содержание капиллярно-пористой и коллоидной влаги соответственно почти в 2 и 9 раз больше, чем в сладкой ВВ сорта Шардоне.
Для получения ВВ влажностью 10 % общая продолжительность сушки, рассчитанная по уравнениям (1–5), составила соответственно для сброженной выжимки Каберне и Шираз 27,8 мин. и 32,9 мин., для сладкой 53,2 мин. и для выжимки из замороженного винограда 92 мин.
Заметные отличия имеют и кинетические параметры, например, скорость сушки в 1-ом периоде (при 
= 11м/c и 
= 80 °С) для ВВ сорта Рислинг в 1,32 раз больше, чем для сорта Шардоне, а для сортов Шираз и Каберне соответственно больше в 1,43 и 1,46 раз.
   а) Каберне |  б) Шираз |
   в) Шардоне |  г) Рислинг |
Рисунок 3 – Распределение форм свободной и связанной влаги в ВВ сортов: а) Каберне; б) Шираз; в) Шардоне; г) Рислинг:
1 – свободная, 2 – капиллярно-пористая;
3 – коллоидная
Таким образом, эффективность конвективной сушки ВВ в первую очередь зависит от ее структурно-механических свойств, которые формируются в процессе переработки винограда (свежего, после брожения или замороженного), что и обуславливает соотношение форм свободной и связанной влаги.
3.2 Усовершенствование технологии получения пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов. Подготовленную выжимку подвергали сушке в конвективной сушилке при температуре горячего воздуха 75–80 °С и его скорости движения 11 м/с с получением высушенной выжимки с влажностью 10–11 % при заданной продолжительности процесса для каждого сорта. Затем выжимку просеивали через сито (d = 14 мм). Сходовая фракция – кожица, проходовая фракция – семена винограда, которые являются ценным сырьем для получения высококачественного виноградного масла.
Измельчение кожицы осуществляли на лабораторной технологической мельнице ЛМТ-1 с последующим просеиванием через шёлковое сито № 21, а сходовую фракцию направляли на повторное измельчение. Полученный порошок из ВВ имел однородный по дисперсности состав с размером частиц от 30 до 160 мкм влажностью 8,0–10,0 % светло коричневого цвета, кисло-сладкого терпкого цвета, с приятным виноградным ароматом. На основании проведённых исследований разработана на операторном уровне функционально-структурная схема линии (рис. 4) для получения пищевого порошка (ПП) из ВВ белых и красных сортов.
3.3 Исследование химического состава пищевых порошков из выжимки винограда белых и красных сортов, определение показателей их безопасности. Для подтверждения целесообразности и возможности применения пищевых порошков из ВВ белых и красных сортов в качестве добавок, обогащающих хлебобулочные изделия важными нутриентами, проводили оценку их химического состава (табл. 1).
Рисунок 4 – Функционально-структурная схема линии получения ПП из ВВ: I – подсистема сушки; II – подсистема разделения; III – подсистема измельчения; ТО (технологический оператор) 1 – конвективная сушилка; ТО2 – вентилятор; ТО3 – калорифер; ТО4 – сепаратор; ТО5 – контрольный сепаратор; ТО6 – измельчитель грубого помола; ТО7 – измельчитель тонкого помола
Таблица 1 – Химический состав пищевых порошков из ВВ белых и красных сортов
| Наименование показателя | Сорт выжимки | |||
| Шираз | Каберне | Шардоне | Рислинг | |
| Массовая доля углеводов, %, в том числе: – пектиновых веществ, % – клетчатки, % | 68,65 5,5 17,1 | 65,8 6,4 16,8 | 71,2 8,32 20,6 | 60,5 7,8 19,38 |
| Массовая доля кислот, % | 7,9 | 8,2 | 6,8 | 9,3 |
| Массовая доля дубильных и красящих веществ, % | 0,85 | 0,96 | 0,62 | 0,66 |
| Содержание минеральных веществ: – железа, мг % – марганца, мг % – цинка, мг % – меди, мг % – йода, мкг % – натрия, мг % – калия, мг % – кальция, мг % – магния, мг % | 17,81 1,35 3,75 2,0 42 7,25 781,2 81,3 92,2 | 18,31 1,36 3,37 2,1 36 7,85 812,5 83,3 91,3 | 11,25 1,08 6,2 1,5 30 10,25 760,4 77,7 72,8 | 12,88 1,25 5,8 1,2 28 9,81 770,1 63,3 68,9 |
| Содержание витаминов, мг %: – С – -каротина – В6 | 16,7 17,4 0,08 | 17,6 18,9 0,09 | 14,1 16,1 0,07 | 12,3 14,8 0,06 |
Как видно из таблицы 1, основным компонентом полученных добавок являются углеводы, представленные в основном пектиновыми веществами и клетчаткой. В значительном количестве в порошках из виноградных выжимок содержатся витамины, минеральные вещества и пищевые волокна, оказывающие укрепляющее действие на клейковину муки и позитивное физиологическое воздействие на организм человека.
Пектиновые вещества, содержащиеся в порошках из виноградных выжимок, обладают хорошей связывающей способностью, что свидетельствует о его эффективности в качестве детоксиканта.
В полученных порошках из виноградных выжимок содержатся также дубильные вещества, обладающие биопротекторными свойствами, которые являются необходимыми для организма.
Полученные результаты исследований и установленные значения показателей безопасности пищевых порошков из ВВ, соответствующие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, подтверждают целесообразность их использования при производстве хлебобулочных изделий повышенной пищевой ценности.
3.4 Исследование влияния порошков из виноградной выжимки на хлебопекарные свойства пшеничной, ржаной муки, и возможности использования при активации прессованных дрожжей. Учитывая благоприятное влияние порошков, полученных из ВВ, на хлебопекарные свойства пшеничной и ржаной муки, а также их богатый химический состав, проводили исследования по их влиянию на предварительную активацию прессованных дрожжей. В качестве контроля использовали активированные прессованные дрожжи на водно-мучной суспензии. В опытные образцы добавляли порошок из ВВ в количестве 0,5–2,5 % к массе муки, что повышает биологическую активность дрожжей и сокращает продолжительность активации прессованных дрожжей до 1 часа (продолжительность активации прессованных дрожжей без внесения ПП из ВВ – 2,5 часа). Это является очень важным показателем, по которому можно судить о возможном сокращении продолжительности технологического процесса.
3.5 Исследование влияния порошков из виноградной выжимки на свойства теста из пшеничной и смеси ржаной и пшеничной муки. Результаты исследований влияния ПП из ВВ белых сортов на реологические свойства пшеничного теста представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Влияние ПП из ВВ белых сортов на реологические свойства теста из муки пшеничной общего назначения типа М 75-23
| Продукт, вводимый в муку | Дозировка, % к массе муки | Показатель пенетрометра К60, ед. прибора | Показания Структурометра СТ-1 | ||
| Н1, мм | Н2, мм | ||||
| Контроль | 0 | 202 | 13,65 | 13,12 | |
| ПП из ВВ | 3 | 190 | 10,37 | 9,52 | |
| 5 | 181 | 8,75 | 7,87 | ||
| 7 | 172 | 7,15 | 6,37 | ||
Определение реологических характеристик ржано-пшеничного теста осуществляли сразу после замеса и в конце брожения на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Внесение 7,0 % – 11,0 % ПП из ВВ красных сортов способствовало увеличению предельного напряжения сдвига после замеса в 1,3–2,6 раза, коэффициента консистенции в 1,25–1,75 раза, эффективной вязкости в 1,5–1,7 раза соответственно по сравнению с контролем.
3.6 Определение оптимальной дозировки пищевых порошков из виноградной выжимки, оптимального соотношения ржаной и пшеничной муки и обоснование способа внесения порошка. Экспериментальные исследования проводили по плану Рехтшафтнера. За функции отклика были приняты: YП – пористость ржано-пшеничного хлеба, %; YУ – упругость мякиша, ед. прибора; YФ – формоустойчивость, которая определялась как отношение высоты к диаметру подового хлеба. Изучаемыми факторами были: П – дозировка порошка из выжимки винограда красных сортов, %; Д – дозировка дрожжей, %; Р – доля ржаной муки; С – дозировка сахара, %.
После исключения незначимых членов по величине доверительного интервала с учетом ошибки эксперимента, диагональных элементов информационной матрицы и критерия Стьюдента, получены соответственно следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие эксперимент на 10%-ом уровне значимости по критерию Фишера при относительной ошибке эксперимента не более 3,1%:
(6)
(7)
(8)
где 
; 
; 
; 
.
Определение влияния роли факторов в уравнениях (6–8) проводили путем их сравнительного ранжирования. Для этого по соответствующим однофакторным зависимостям 
проводили стабилизацию остальных изучаемых факторов 
на уровне, который соответствует зоне лучшего выхода, т.е. при максимальной пористости ржано-пшеничного хлеба, максимальной упругости мякиша и максимальной формоустойчивости ржано-пшеничного хлеба.
Установлено, что наибольшее влияние на пористость ржано-пшеничного хлеба оказывает дозировка порошка из ВВ сорта Каберне, затем доля ржаной муки, дозировка дрожжей и менее всего оказывает влияние дозировка сахара. На упругость мякиша наибольшее влияние оказывают доля ржаной муки, затем дозировка порошка из ВВ, дозировка сахара и наименьшее влияние оказывает дозировка дрожжей. На формоустойчивость ржано-пшеничного хлеба наибольшее влияние оказывают дозировка порошка из ВВ сорта Каберне, затем доля ржаной муки, дозировка сахара и наименьшее влияние оказывает дозировка дрожжей.
Для зоны лучшего выхода определена оптимальная дозировка порошка из ВВ сорта Каберне при производстве ржано-пшеничных сортов хлеба равная 9,5 % к массе муки в тесте при соотношении муки ржаной обдирной и пшеничной первого сорта 50 : 50. При оптимальной дозировке порошка из ВВ были рассчитаны по уравнениям регрессии (6, 7, 8) значения пористости, упругости мякиша и формоустойчивости, которые соответственно равны 73,6 %; 31,6 и 0,57.
Полученные результаты показали, что по физико-химическим показателям (объёму, пористости, кислотности) хлеб, содержащий ПП из ВВ, превосходит хлеб без добавок. Однако при приготовлении хлеба из сортовой пшеничной муки порошок из ВВ белых сортов несколько затемняет мякиш. Поэтому в тесто из пшеничной муки его целесообразно добавлять не более 3 % к массе муки в тесте.
Исследовали различные способы внесения порошка из виноградных выжимок в оптимальных дозировках при приготовлении пшеничного и ржано-пшеничного теста соответственно безопарным способом и на густой закваске. Наилучшими по органолептическим и физико-химическим показателям были пробы хлеба, приготовленные с внесением порошка из виноградных выжимок в виде суспензии в воде и при смешивании порошка с суспензией прессованных дрожжей. Пробы хлеба отличались большим удельным объемом, нежным эластичным мякишем с более развитой тонкостенной пористостью. Также улучшились структурно-механические свойства мякиша и пористость.
3.7 Разработка технологических решений, рецептур на новые сорта пшеничного и ржано-пшеничного хлеба и оценка их пищевой ценности. На основании полученных результатов разработаны рецептуры новых сортов пшеничного и ржано-пшеничного хлеба: хлеб «Новый» и хлеб ржано-пшеничный «Особенный», обогащённые соответственно порошками из ВВ белых и красных сортов. Разработаны и утверждены комплекты технической документации на хлеб «Новый» и хлеб ржано-пшеничный «Особенный». Результаты опытно-промышленных испытаний подтвердили эффективность применения порошков из ВВ с целью сокращения продолжительности технологического процесса и получения продукции высокого качества, обладающей повышенной пищевой ценностью.
В результате исследований установлено, что внесение в рецептуры хлеба городского и столичного порошков из ВВ соответственно белых и красных сортов способствует повышению в них калия соответственно на 9,7 и 15,7 %, кальция – на 10,8 и 27,2 %, магния – на 8,1 и 21,1 %, железа – в 1,2 и 1,4 раза, пектиновых веществ – на 8,9 и 13,5 %, клетчатки – в 1,2 и 1,4 раза соответственно по сравнению с контрольным образцом. Кроме того внесение ПП из ВВ позволяет обогатить хлеб витамином С, -каротином, витами- ном В6.
Общий экономический эффект от внедрения новых видов продукции составил 53,4 тыс. руб. при производстве 148,8 тонн продукции.
ВЫВОДЫ
1. Экспериментально исследовано влияние основных технологических и кинетических параметров на эффективность конвективной сушки сладкой выжимки винограда сорта Шардоне, сброженной выжимки сортов Шираз и Каберне, а также выжимки из замороженного винограда сорта Рислинг. Анализ изменения характера S-образных кривых второго периода скорости сушки, построенных на основании экспериментальных данных, показал, что виноградная выжимка относится к коллоидным капиллярно-пористым телам. Соотношение форм свободной и связанной влаги в выжимках определяющим образом зависит от способа переработки винограда.
2. Установлены рациональные технологические параметры конвективной сушки выжимки исследованных сортов винограда – температура горячего воздуха 80 С и его скорость 11,0 м/с. Получены эмпирические уравнения для расчёта важного технологического параметра - продолжительности первого и второго периодов сушки, позволяющие определить общую продолжительность процесса сушки при заданной влажности высушенной выжимки.
3. Усовершенствована технология получения пищевых порошков из выжимки исследованных сортов винограда. Разработана функционально-структурная схема линии получения пищевых порошков из ВВ, включающая подсистемы сушки, разделения и измельчения.
4. Исследован химический состав пищевых порошков из высушенной выжимки винограда красных и белых сортов, полученной различными способами, и определены показатели их безопасности. Установлено, что по показателям безопасности и микробиологической чистоте пищевые порошки из ВВ соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, содержат биологически активные вещества и могут быть полезной добавкой, повышающей пищевую ценность хлебобулочных изделий.
5. Установлено, что пищевые порошки из ВВ белых и красных сортов как ценная пищевая добавка положительно влияют на хлебопекарные свойства пшеничной и ржаной муки, что позволило использовать порошок из ВВ белых сортов в дозировке не более 3 % при производстве хлебобулочных изделий из пшеничной муки.
6. Доказана целесообразность использования порошка из выжимки винограда белых сортов для активации хлебопекарных дрожжей. Установлено, что внесение пищевого порошка из ВВ позволяет сократить продолжительность активации прессованных дрожжей до 1 часа (продолжительность активации прессованных дрожжей без внесения ПП из ВВ – 2,5 часа), что позволило существенно сократить весь технологический процесс.
7. Установлено, что внесение пищевых порошков из ВВ положительно влияет на реологические свойства теста из пшеничной, а также из смеси ржаной и пшеничной муки как после замеса, так и в конце брожения. При этом внесение в рецептуру хлеба столичного 7,0 % – 11,0 % ПП из ВВ красных сортов способствовало увеличению предельного напряжения сдвига после замеса в 1,3–2,6 раза, коэффициента консистенции в 1,25–1,75 раза, эффективной вязкости в 1,5–1,7 раза соответственно по сравнению с контролем. В конце брожения предельное напряжение сдвига увеличилось в 1,4–5 раза соответственно по сравнению с контролем, коэффициент консистенции в 1,3–2 раза соответственно, эффективная вязкость в 1,1–1,4 раза соответственно экспериментальных образцов по сравнению с контрольным образцом без добавки.
8. Показано, что ПП из ВВ целесообразно вносить в тесто в виде суспензии в воде, а так же путём смешивания с суспензией прессованных дрожжей и последующей подачей через дозировочные станции. Удельный объем пшеничного хлеба при этом возрастал на 4,7–7,6 % и пористость – на 3,9–5,2 %, а общая сжимаемость мякиша – на 9,1–10,9 %. Удельный объем ржано-пшеничного хлеба при этом возрастал на 18,9–24,3 % и пористость – на 3,1–4,6 %, а общая сжимаемость мякиша – на 9,3–11,9 %. Установлена оптимальная дозировка порошка из ВВ красных сортов при производстве ржано-пшеничных сортов хлеба равная 9,5 % к массе муки в тесте при соотношении муки ржаной обдирной и пшеничной первого сорта 50 : 50.
9. С применением ПП из выжимки винограда красных и белых сортов разработаны технология и рецептуры ржано-пшеничного хлеба «Особенный» и пшеничного хлеба «Новый». Использование порошков из ВВ позволяет не только улучшить качество пшеничных и ржано-пшеничных сортов хлеба, но и повысить их пищевую ценность. Использование в рецептуре пшеничного хлеба ПП из ВВ белых сортов позволило сократить время технологического процесса на 67 минут, а использование в рецептуре ржано-пшеничного хлеба ПП из ВВ красных сортов позволило сократить время технологического процесса на 95 минут.
10. Разработаны схема линии приготовления жидкой закваски и теста из ржаной и ржано-пшеничной муки (патент на полезную модель № 110603 от 27.11.2011 г.) и комплекты технической документации, включающие ТУ, ТИ и РЦ, на новые сорта ржано-пшеничного хлеба «Особенный» и пшеничного хлеба «Новый».
11. Общий экономический эффект от внедрения разработанных технологических решений и реализации новых видов продукции в объёме 100 тонн в год составил 36 тыс. руб.
Список публикаций по теме диссертации
1. Сидоренко А.В. Безотходная технология переработки винограда / А.В. Сидоренко, В.В. Деревенко // Пищевые технологии и биотехнологии: Матер. X Межд. конф. молодых ученых, Казань, 2009. – С. 59.
2. Деревенко В.В. Ресурсосберегающая технология переработки отходов винодельческих предприятий / В.В. Деревенко, А.В. Сидоренко // Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения проблемы, перспективы: Сб. докл. III Межд. науч.- практич. конф., Пенза, 2009. – С. 32–35.
3. Деревенко В.В. Функционально-структурный анализ линии для переработки косточкового сырья / В.В. Деревенко, А.В. Сидоренко, Л.М. Бакирова // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Матер. XII Межд. науч.- практич. конф., Барнаул, 2009. – С. 365–370.
4. Сидоренко А.В. Особенности конвективной сушки виноградной выжимки / А.В. Сидоренко, В.В. Деревенко, Е.С. Кузьменко // Инновация, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства: Матер. IX Межд. науч.- практич. конф., Ростов на Дону, 2010. – С. 206–208.
5. Деревенко В.В. Кинетика конвективной сушки выжимки винограда сорта Шираз / В.В. Деревенко, А.В. Сидоренко, В.А. Ковалев, Н.Г. Володько // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 2–3. – С. 74–76.
6. Деревенко В.В. Закономерности конвективной сушки выжимки белого винограда / В.В. Деревенко, А.В. Сидоренко, В.А. Ковалев, Н.Г. Володько // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 4. – С. 88–89.
7. Сидоренко А.В. Высокоэффективная технология утилизации виноградной выжимки и получения хлебобулочных изделий, обогащенных продуктами их переработки / А.В. Сидоренко, Д.В. Шаповалова, Н.Г. Володько // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: Матер. 4-ой Всерос. науч.-практич. конф. студ., аспир. и молодых учёных с Межд. участием, Бийск, 2011.– С. 314–316.
8. Вершинина О.Л. Использование порошка из кожицы виноградных выжимок для активации прессованых хлебопекарных дрожжей / О.Л. Вершинина, А.В. Сидоренко, Д.В. Шаповалова // Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века: Матер. 2-ой межд. науч.-практич. конф., Краснодар, 2011. – С. 144–147.
9. Сидоренко А.В. Технологические особенности приготовления хлебобулочных изделий обогащенных порошком из кожицы виноградных выжимок / А.В. Сидоренко, О.Л. Вершинина, В.В. Деревенко, Д.В. Шаповалова // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 4. – С. 26–28.
10. Сидоренко А.В. Применение порошка из кожицы виноградных выжимок в технологии хлеба / А.В. Сидоренко, О.Л. Вершинина, Д.В. Шаповалова // Матер. 61-ой Межд. науч.- практич. конф. Астраханского госуд. технич. ун-та, Астрахань, 2011. – С. 300.
11. Вершинина О.Л. Использование порошка из кожицы виноградных выжимок в приготовлении жидкой ржаной закваски / О.Л. Вершинина, А.В. Сидоренко, Д.В. Шаповалова // Современные достижения биотехнологии: Матер. Межд. науч.- практич. конф., Ставрополь, 2011. – С. 34–36.
12. Деревенко В.В. Технологические особенности сушки выжимки замороженного винограда сорта Рислинг / В.В. Деревенко, А.В. Сидоренко, В.А. Ковалев, Н.Г. Володько // Известия вузов. Пищевая технология. – 2012. – № 1. – С. 90–91.
13. Патент РФ на полезную модель № 110603 от 27.11.2011. МПК7: А 21 С 14/00. Линия приготовления жидкой закваски и теста из ржаной и ржано-пшеничной муки / А.В. Сидоренко, В.В. Деревенко, О.Л. Вершинина, Д.В. Шаповалова.
[1] Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, канд. техн. наук, доценту кафедры технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства О.Л. Вершининой за оказанную помощь при выполнении данной работы
