Разработка способов регулирования свойств и обогащения пшеничной муки на стадии ее производства
На правах рукописи
Белибова Юлия Андреевна
РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ И ОБОГАЩЕНИЯ ПШЕНИЧНОЙ МУКИ НА СТАДИИ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА
Специальность: 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2008
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении
высшего профессионального образования
«Московский государственный университет пищевых производств»
| Научный руководитель: | Доктор технических наук, старший научный сотрудник Шатнюк Людмила Николаевна | |
| Официальные оппоненты: | Доктор технических наук, старший научный сотрудник Мелешкина Елена Павловна Кандидат технических наук старший научный сотрудник Дремучева Галина Федоровна | |
| Ведущая организация: | ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» |
Защита состоится «27» ноября 2008 г. в ___ часов в ауд. 229 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП.
Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю Совета.
Автореферат разослан « » 2008 г.
| Ученый секретарь Совета к.т.н., доц. | И.Г.Белявская |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В России, где аграрный сектор занимает значительное место, качество производимого зерна не только оказывает большое влияние на экономику страны, но и является основой его продовольственной безопасности, что обусловлено определяющим значением зерна и хлебопродуктов в жизни человека и общества.
Вследствие негативных тенденций в качестве зерна пшеницы перед мукомольными и хлебопекарными предприятиями стоит проблема стабилизации хлебопекарных свойств муки и повышения ее качества до стандартного уровня.
Обоснованным и эффективным направлением корректировки свойств пшеничной муки является целевое использование ферментных препаратов.
Пшеничная мука высшего и первого сорта характеризуется пониженной пищевой ценностью, что связано с потерей важных микронутриентов в процессе переработки зерна в муку. В настоящее время в питании населения России отмечается дефицит важнейших микронутриентов, прежде всего витаминов группы В и железа, носителями которых являются зерно и продукты его переработки.
Наиболее эффективным путем улучшения обеспеченности организма человека незаменимыми пищевыми веществами является проведение на отечественных мелькомбинатах и хлебозаводах мероприятий по корректировке и улучшению хлебопекарных свойств муки с использованием микроингредиентов.
В связи с тем, что мука – это сырье для традиционного, массово потребляемого, доступного всем слоям общества продукта – хлеба, к вопросам применения пищевых добавок необходимо подходить с учетом их воздействия на организм человека. Вводимые в муку добавки должны не только корректировать и стабилизировать хлебопекарные свойства муки, но и одновременно повышать пищевую и биологическую ценность готового продукта, получаемого из этой муки, обеспечивать его гигиеническую безопасность.
Производство мукомольными предприятиями муки со стабильными хлебопекарными свойствами, отвечающими требованиям стандартов, с высокой пищевой ценностью является крайне актуальным. В связи с вышеизложенным, использование композиций ферментных препаратов и витаминов является перспективным и имеет большое практическое значение, т.к. позволяет стабилизировать и регулировать хлебопекарные свойства муки и одновременно повышать ее пищевую ценность.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилась разработка технологических решений регулирования хлебопекарных свойств и обогащения пшеничной муки. Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:
- научное обоснование и разработка составов комплексных пищевых добавок в виде витаминно-энзимных премиксов для хлебопекарной и мукомольной промышленности;
- изучение влияния витаминно-энзимных премиксов на хлебопекарные свойства пшеничной муки, свойства теста и качество хлебобулочных изделий в зависимости от различных технологических факторов;
- изучение влияния витаминно-энзимных премиксов на ход брожения теста из пшеничной муки;
- исследование содержания витаминов в витаминно-энзимных премиксах при хранении;
- исследование ферментативной активности -амилазы и ксиланазы в витаминно-энзимных премиксах при хранении;
- изучение технологической стабильности витаминно-энзимных премиксов при хранении;
- разработка технической документации на витаминно-энзимные премиксы;
- промышленная апробация применения витаминно-энзимных премиксов и технико–экономическое обоснование их использования.
Структурная схема исследований представлена на рис. 1.
Научная новизна работы. Научно обоснованы и разработаны технологические решения по стабилизации хлебопекарных свойств и обогащению пшеничной муки на стадии ее производства путем применения витаминно-энзимных премиксов.
На основе системного подхода впервые разработаны композиционные составы, технологии получения и применения пищевых добавок, включающих ферментные препараты, витаминные и витаминно-минеральные смеси (витаминно-
энзимные премиксы, ВЭП), обоснованы технологические решения по применению витаминно-энзимных премиксов в мукомольном и хлебопекарном производстве («Способ производства хлебобулочных изделий», приоритетная справка на патент от 22.08.2007).
Установлено, что использование ВЭП в составе муки позволяет оптимизировать способ приготовления теста за счет положительной биохимической модификации структурных компонентов муки. Это подтверждается динамикой скорости газообразования и изменением количественного и качественного составов сахаров в полуфабрикатах хлебопекарного производства. Витамины, входящие в состав ВЭП, оказывают положительное влияние на активные центры ферментов премикса, что обеспечивает дополнительный синергетический эффект улучшения качества хлеба.
Научно обоснованы различные составы витаминно-энзимных премиксов на основе выявленных корреляционных зависимостей между исходными свойствами муки, реологическими и биохимическими свойствами теста и качеством хлеба.
Выявлена технологическая стабильность и сохранность витаминов в витаминно-энзимных премиксах в течение 6 мес. хранения. Установлено, что содержание витаминов в хлебобулочных изделиях, приготовленных из пшеничной муки высшего сорта с добавлением ВЭП, соответствует требованиям к обогащенным продуктам, изложенным в Постановлении Главного государственного санитарного врача РФ № 148 от 16 сентября 2003 г.
Практическая значимость. Показана возможность стабилизации качества хлебобулочных изделий путем формирования свойств используемой пшеничной муки.
Разработаны технологические решения по корректировке качества пшеничной муки в процессе ее производства на мукомольных предприятиях с использованием витаминно-энзимными премиксов.
Разработаны составы витаминно-энзимных премиксов «ВИТАЗИМ»®, на которые утверждена техническая документация (Добавки пищевые комплексные для хлебопекарной и мукомольной промышленности «ВИТАЗИМ». ТУ, ТИ, РЦ 9291-042-17028327-08).
Социальная значимость работы заключается в возможности эффективного использования ВЭП для повышения пищевой ценности продуктов массового потребления для детского и взрослого населения РФ – пшеничной муки высшего и
первого сорта и хлебобулочных изделий из нее.
Проведена промышленная апробация применения витаминно-энзимных премиксов на ЗАО «Дедовский хлеб» (Московская обл.) и ОАО «Истра-Хлебопродукт» (Московская обл.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на III Всероссийском конгрессе зернопереработчиков «Нивы России» (г.Барнаул, 25-27 октября 2005 г.); VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (г.Казань, 9-10 апреля 2007 г.); IV Mеждународной конференции «Cовременное хлебопечение – 2007» (г.Москва, 4-7 декабря, 2007 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, получена приоритетная справка на патент «Способ производства хлебобулочных изделий».
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 176 страницах основного текста, включает 61 рисунок и 39 таблиц. Список литературы включает 132 источника российских и зарубежных авторов.
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре научно-технической литературы систематизированы данные по качеству российского зерна пшеницы и пшеничной муки для хлебопекарной промышленности, рассмотрены хлебопекарные свойства пшеничной муки; обобщены данные по повышению пищевой ценности продуктов питания и формированию свойств пшеничной муки для производства хлебобулочных изделий; рассмотрены научные принципы обогащения пищевых продуктов микронутриентами.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технологии хлебопекарного и макаронного производств», «Технология переработки зерна» ГОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств»; во ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН (г. Москва), в лабораториях витаминов и минеральных веществ и технологии новых специализированных продуктов профилактического действия ГУ НИИ питания РАМН; НТЦ «Лекбиотех» (Научно-технический центр «Лекарства и биотехнология», г. Москва); ЗАО «Валетек Продимпэкс» (г. Москва).
Производственные испытания осуществляли в условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (Московская обл., г.Дедовск) и ОАО «Истра-Хлебопродукт» (Московская обл., Истринский район, п/о Холщевики).
2.1. Объекты и методы исследования
При проведении исследований использовали 10 проб пшеничной муки (таблица 1), отобранных на мелькомбинатах г. Москвы и Московской области.
При приготовлении витаминно-энзимных премиксов использовали ферментные препараты производства компании Новозаймс (Дания): -амилазу грибного происхождения Фунгамил 2500 СГ (активность 2500 FXU/г); эндо-ксиланазу Пентопан 500 БГ (активность 2700 FXU/г); глюкозооксидазу Глюзим Моно 10000 БГ (активность 10000 GODU/г); липазу Липопан 50 БГ (активность 50 KLU/г); аскорбиновую кислоту, поливитаминные и витаминно-минеральные смеси производства компании «DSM Nutritional Products» (Голландия) и ЗАО «Валетек Продимпэкс» (Россия).
Для изучения влияния ферментных препаратов, поливитаминных и витаминно-минеральных смесей, витаминно-энзимных премиксов на качество хлеба и булочных изделий, приготовленных безопарным, опарным и ускоренным способами по трем рецептурам (без жира и сахара; с добавлением 4% сахара-песка и 3% маргарина; с добавлением 10% сахара-песка и 8% маргарина) проводили лабораторные выпечки. Контролем служили пробы хлеба, приготовленные без добавок. Анализ проб хлеба проводили через 14-16 ч после выпечки.
В работе использовали общепринятые и специальные методы исследований свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции
Активную кислотность теста из пшеничной муки высшего сорта анализировали на приборе pH-метр ОР-116. Динамику скорости газообразования при брожении теста изучали волюмометрическим методом. Подъемную силу теста определяли по длительности всплывания шарика теста.
Таблица 1
Характеристика муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта
| № пробы | Показатели качества проб пшеничной муки высшего сорта | Показатели качества хлеба | |||||||
| Влажность, % | Кислотность, град | Содержание сырой клейковины, % | Деформирующая нагрузка сжатия, ед.приб. (Нидк) | Число падения, с | Газообразующая способность, см3/100 г теста | Удельный объем хлеба, см3/г | Порис-тость, % | Формоустой-чивость | |
| Проба 1 | 13,3 | 3,0 | 22,8 | 57,5 | 274 | 1143 | 2,90 | 71 | 0,32 |
| Проба 2 | 14,3 | 3,1 | 18,0 | 78,0 | 288 | 1211 | 3,10 | 80 | 0,42 |
| Проба 3 | 12,7 | 3,0 | 28,0 | 72,5 | 324 | 1358 | 3,56 | 84 | 0,62 |
| Проба 4 | 12,0 | 2,9 | 26,0 | 72,5 | 308 | 1300 | 3,62 | 84 | 0,41 |
| Проба 5 | 14,0 | 2,6 | 30,0 | 77,0 | 456 | 1223 | 3,59 | 83 | 0,50 |
| Проба 6 | 14,0 | 3,0 | 25,6 | 73,0 | 318 | 1168 | 3,74 | 84 | 0,46 |
| Проба 7 | 14,5 | 3,0 | 28,0 | 46,5 | 280 | 1410 | 4,10 | 83 | 0,61 |
| Проба 8 | 14,0 | 3,1 | 25,1 | 56,5 | 291 | 1460 | 4,00 | 83 | 0,50 |
| Проба 9 | 14,2 | 2,9 | 27,8 | 70,2 | 315 | 1364 | 3,81 | 84 | 0,60 |
| Проба 10 | 11,8 | 3,0 | 28,0 | 70,0 | 280 | 1380 | 2,94 | 80 | 0,50 |
Показатели качества пшеничной муки определяли на приборах «Амилотест АТ-97 (ЧП-ТА)», фаринограф «Brabender» и альвеограф «Chopin».
Определение содержания сахаров в муке, тесте и хлебе осуществляли методом ионообменной хромотографии. Содержание витаминов в витаминно-энзимных премиксах в процессе хранения и в хлебобулочных изделиях определяли по ГОСТ 29138-91 методом флюоресценции; ферментативную активность – амилолитическую и ксиланазную – по ГОСТ 20264.4-89 и ТУ 9291-033-34588571-2001 соответственно.
2.2. Результаты исследований и их анализ
Ниже приведены результаты исследований и их анализ.
2.2.1. Научное обоснование корректировки хлебопекарных свойств и обогащения пшеничной муки
Мониторинговые исследования зерна пшеницы в России и ведущих странах мира свидетельствуют об устойчивой тенденции снижения его качества, что является причиной получения муки c неудовлетворительными хлебопекарными свойствами, предназначенной для хлебопекарной отрасли.
Результаты анализа проб пшеничной муки высшего сорта, полученных с мелькомбинатов Москвы и Московской области в период 2004-2007 гг., по основным показателям качества (табл. 1), показали следующее.
Массовая доля сырой клейковины в муке изменялась в широких пределах – от 18 до 30%. В целом этот показатель в представленных пробах не отвечал требованиям ГОСТ Р 52189-2003 к хлебопекарной муке высшего сорта. Качество клейковины по показателю деформирующей нагрузки сжатия изменялось от 46,5 до 78 ед. ИДК, т.е. соответствовало качеству клейковины от I группы – хорошей до II группы удовлетворительно слабой.
Показатель числа падения (ЧП) в исследуемых пробах имел высокое значение и изменялся в широком диапазоне от 274 до 456 с и свидетельствовал о низкой автолитической активности муки.
Дополнительная оценка хлебопекарных свойств муки по пробным лабораторным выпечкам хлеба, проведенная в соответствии с ГОСТ 27669-88, показала, что по объемному выходу формового хлеба и показателю формоустойчивости подового хлеба не все партии муки соответствовали требованиям к хлебопекарной муке высшего сорта. Кроме того, отдельные показатели хлебопекарных свойств муки не всегда коррелировали с показателями качества хлеба.
Вследствие негативных тенденций в качестве зерна пшеницы, усилившихся
в последние годы, перед мукомольными предприятиями стоит серьезная проблема стандартизации и регулирования хлебопекарных свойств муки. Это обусловливает целесообразность внедрения на отечественных предприятиях принятых в мировой практике методов корректировки и улучшения качества муки на основе использования микроингредиентов, в том числе ферментных препаратов, витаминов, минеральных веществ и др.
Анализ исследуемых проб пшеничной муки позволил научно обосновать выбор добавок с различным механизмом действия. Препарат -амилазы способствует увеличению газообразующей способности пшеничной муки. Ферментный препарат ксиланазы повышает газоудерживающую способность теста, его стабильность и улучшает структуру пористости хлеба. Совместное добавление аскорбиновой кислоты и глюкозооксидазы способствует укреплению теста и улучшает реологические свойства мякиша. Применение липазы придает мякишу мелкую, тонкостенную равномерную пористость, отбеливает мякиш и увеличивает объем хлеба. Комплекс витаминов группы В (особенно тиамин и рибофлавин) оказывает стимулирующее действие на процесс брожения теста и биотехнологические свойства дрожжей.
Актуальным аспектом корректировки качества муки является повышение ее пищевой ценности путем увеличения содержания основных (белки) и незаменимых (витамины, минеральные вещества) пищевых веществ. Это связано с тем, что технологическая переработка зерновых культур в муку сопровождается существенными потерями микронутриентов – витаминов и минеральных веществ, удаляемых вместе с оболочкой зерна и зародыша. Приготовление хлебобулочных изделий из муки вызывает дополнительную потерю этих важных микронутриентов. Так например, содержание витаминов группы В (тиамина, ниацина, витамина В6, фолиевой кислоты) в процессе приготовления хлеба, начиная от помола зерна и до стадии выпечки готовых изделий, снижается в 2 – 6 раз.
Наиболее целесообразным и эффективным с физиологической, технологической и экономической точек зрения способом повышения витаминной и минеральной ценности пшеничной муки и хлебобулочных изделий является их обогащение специально разработанными витаминными или витаминно-минеральными смесями, позволяющими получить продукт с гарантированным содержанием витаминов и минеральных веществ.
Перспективным направлением решения проблемы разнокачественности российского зерна и его пониженных технологических свойств является использование ферментных препаратов различного принципа действия и витаминно-энзимных премиксов различного состава в зависимости от исходных свойств муки.
Нами впервые предложен комплексный подход к решению проблемы применения ВЭП на мельничных предприятиях, сочетающий в себе как регулирование технологических свойств муки, так и одновременное повышении ее пищевой и биологической ценности (рис. 2).
2.2.2. Разработка композиционных составов витаминно-энзимных премиксов
Для формирования составов ВЭП в качестве базовых компонентов были выбраны ферментные препараты, поливитаминная и витаминно-минеральная смеси. Первоначальной задачей при разработке ВЭП явилось определение композиционного состава ферментных препаратов и их оптимального соотношения, обеспечивающих корректировку и стабилизацию хлебопекарных свойств муки.
Для этого исследовали влияние различных дозировок ферментных препаратов амилолитического, гемицеллюлазного, липолитического и окислительного принципов действия (рис. 3), поливитаминной и витаминно-минеральной смеси, и различных составов ВЭП на качество хлеба. Контролем служили пробы хлеба без добавок.
Добавление ферментных препаратов, поливитаминной и витаминно- минеральной смесей к пробам муки с различными характеристиками (числом падения, массовой долей и качеством сырой клейковины) и сочетаниями этих показателей оказывало положительное влияние на качество хлеба независимо от пробы муки.
Рис. 2. Системный подход к разработке витаминно-энзимных премиксов
Рис. 3. Влияние дозировок ферментных препаратов на изменение суммарной балловой оценки хлеба при использовании различных проб пшеничной муки
На основании полученных результатов установлены оптимальные дозировки ферментных препаратов: -амилазы - 12,5 - 25 FAU/кг муки, гемицеллюлазы - 81-135 FXU/кг муки, липазы - 1500 LU/кг муки, глюкозооксидазы – 100 -300 GODU/кг муки. Для поливитаминных и витаминно-минеральных смесей были выбраны дозировки, обеспечивающие рекомендуемые уровни витаминов группы В в готовых хлебобулочных изделиях, приготовленных с добавлением ВЭП.
Разработаны составы витаминно-энзимных премиксов представляющие собой сбалансированные комбинации ферментных препаратов, поливитаминных и витаминно-минеральных смесей.
Практическое значение имеет изучение влияния ВЭП оптимальных составов: №3, 7, 8 и 9 (составы представлены в табл. 2) на качество хлеба различного ассортимента, приготовленного опарным, безопарным и ускоренным способами тестоприготовления по рецептурам, описанным в разделе 2.1. автореферата. Максимальный технологический эффект был отмечен при безопарном и опарном способах приготовления хлеба по сравнению с ускоренным что, вероятно, связано с длительностью контакта активных составляющих ВЭП с компонентами теста. Эффективность ВЭП при приготовлении хлеба по рецептуре с высоким содержанием жира и сахара снижалась по сравнению с рецептурами без жирового продукта и сахара-песка или с минимальным их содержанием.
Достигаемый положительный эффект обусловлен воздействием компонентов ВЭП на состояние белково-протеиназного и углеводно-амилазного комплексов муки, а также процессы, протекающие при созревании полуфабрикатов. В результате улучшались органолептические и физико-химические показатели качества хлеба.
При использовании ВЭП качество готовых изделий улучшалось в большей степени, а количество витаминов тиамин и рибофлавин увеличивалось в 1,9 – 2,5 раза по сравнению с контрольными пробами, что обосновывает целесообразность введения в состав ВЭП сбалансированных комбинаций ферментных препаратов и витаминов (табл. 3).
Таблица 2
Составы витаминно-энзимных премиксов для корректировки свойств муки
| Вариант премикса | Наименование корректоров | Дозировка Ед. Акт./1 кг муки | Дозировка ррm (г/т муки) |
| ВЭП №3 Дозировка 0,05% к массе муки | альфа-амилаза эндо-ксиланаза липаза витаминно-минеральная смесь мука (носитель) | 12,5 FAU 54 FXU 1 KLU - - | 5 20 20 125 330 |
| ВЭП №7 Дозировка 0,05% к массе муки | альфа-амилаза эндо-ксиланаза глюкозооксидаза аскорбиновая кислота поливитаминная смесь мука (носитель) | 12,5 FAU 54 FXU 200,0 GODU - - - | 5 20 12 15 102 346 |
| ВЭП №8 Дозировка 0,025% к массе муки | альфа-амилаза эндо-ксиланаза липаза витаминно-минеральная смесь сахарная пудра (носитель) | 12,5 FAU 54 FXU 1 KLU - - | 5 20 20 125 80 |
| ВЭП №9 Дозировка 0,025% к массе муки | альфа-амилаза эндо-ксиланаза глюкозооксидаза аскорбиновая кислота поливитаминная смесь сахарная пудра (носитель) | 12,5 FAU 54 FXU 200,0 GODU - - - | 5 20 12 15 102 96 |
Таблица 3
Влияние ВЭП на содержание витаминов в хлебе из пшеничной муки
| Проба хлеба | Содержание тиамина, мг/100 г хлеба | Содержание рибофлавина, мг/100 г хлеба |
| Контроль | 0,18 | 0,06 |
| + ферментые препараты | 0,17 | 0,06 |
| + витамины | 0,35 | 0,15 |
| +ферментые препараты +витамины | 0,34 | 0,14 |
2.2.3. Влияние витаминно-энзимных премиксов на свойства теста в процессе его приготовления
Для объяснения механизма улучшающего действия витаминно-энзимных премиксов на качество хлеба исследовали влияние ВЭП на биотехнологические и физико-химические свойства теста, приготовленного по трем рецептурам (см. радел 2.1.) безопарным, опарным и ускоренным способами.
Определяли влияние ВЭП на содержание сахаров в дрожжевом и с исключением дрожжей из рецептуры (модельный опыт, далее называемый
«бездрожжевой») тесте и хлебе.
Показано, что внесение ВЭП в тесто независимо от рецептуры и способа тестоприготовления, приводило к интенсификации процесса газообразования, повышению количества выделяющегося диоксида углерода и снижению величины подъемной силы теста, что связано, по нашему мнению, с наличием в составе ВЭП амилолитического фермента -амилазы, гидролизующего крахмал с образованием декстринов, и комплекса витаминов группы В, стимулирующих рост дрожжевых клеток и повышающих выделение диоксида углерода. Таким образом, добавление в пшеничное тесто витаминно-энзимных премиксов приводило к интенсификации его созревания.
Установлена доминирующая роль показателя интенсивности выделения диоксида углерода на стадиях брожения и расстойки теста. На стадии расстойки скорость газообразования в пробах теста с внесением ВЭП была выше, чем в контрольных пробах без добавок. Показана эффективность ВЭП в интенсификации брожения на стадии расстойки, и выявлена зависимость между количествами выделяющегося диоксида углерода на этапе расстойки и удельного объема хлеба (рис. 4).
Рис. 4. Зависимость удельного объема хлеба от выделяющегося СО2 на этапе расстойки при ускоренном способе тестоприготовления с внесением ВЭП
Сравнительный анализ качественного и количественного составов сахаров в «бездрожжевом» и дрожжевом тесте показал, что за счет внесения ВЭП интенсифицируется накопление сбраживаемых сахаров в полуфабрикатах и активизируется процесс их сбраживания дрожжами.
2.2.4. Влияние витаминно-энзимных премиксов на свойства пшеничной муки
Основные закономерности изменения технологических свойств муки (показатели фаринограмм и альвеограмм, количество и качество клейковины, число падения и газаобразующая способность) при внесении ВЭП позволяют оптимизировать технологический процесс приготовления хлеба для прогнозирования его наилучшего качества.
Исследование свойств клейковины, отмытой из теста, и альвеографических показателей муки с добавлением ВЭП свидетельствовало об укреплении клейковины.
Внесение ВЭП оказывало влияние на альвеографические характеристики: наблюдалось изменение показателя упругой деформации на 3,0-19,5%, отношения P/L - на 3-44%, индекса набухания – на 3 – 15% по отношению к контролю в зависимости от составов ВЭП и качества исходной пробы муки. Укрепление свойств теста, очевидно, вызвано действием глюкозооксидазы в составе ВЭП, которая окисляет глюкозу пшеничной муки в присутствии кислорода воздуха с образованием пероксида водорода, который, в свою очередь, является окислителем и действует на SH-содержащие аминокислоты белков клейковины с образованием дополнительных дисульфидных связей.
Количество диоксида углерода, выделяющееся за 5 часов брожения теста, приготовленного из 100 г муки, при внесении витаминно-энзимных премиксов повышалось на величину до 20% по сравнению с пробой без добавок. Это объясняется интенсификацией процесса брожения за счет увеличения количества сбраживаемых сахаров при внесении ВЭП, содержащих амилолитический и гемицеллюлазный ферментные препараты и комплекс витаминов группы В, стимулирующих биотехнологические свойства дрожжей.
Установлена слабая корреляционная взаимосвязь между фаринографическими показателями муки (табл. 4) и качеством хлеба, приготовленного с добавлением ВЭП. По нашему мнению, это связано с тем, что активная часть вносимых витаминно-энзимных премиксов, которая обусловливает улучшение качества хлеба, является ферментными препаратами с узко избирательными свойствами. Условия анализа тестовой системы при замесе на фаринографе по значениям рН, температуре и продолжительности анализа существенно отличаются от реальных процессов, происходящих при приготовлении теста, что не позволяет выявить строгую корреляционную зависимость между действием компонентов ВЭП на показатели фаринограмм и показатели качества хлеба.
Таблица 4
Влияние ВЭП на показатели фаринограммы
| № п/п | Наименование показателя | Показатели фаринограмм при внесении витаминно-энзимных премиксов по вариантам | ||||
| контроль | 3 | 7 | 8 | 9 | ||
| Проба муки 8 | ||||||
| 1 | ВПС, % | 59,2 | 59,2 | 59,4 | 59,0 | 59,0 |
| 2 | Время образования теста, мин | 2 | 2 | 2,2 | 1,8 | 2 |
| 3 | Устойчивость, мин | 2,6 | 2,7 | 2,5 | 3,4 | 3 |
| 4 | Разжижение теста, ед.фар. | 90 | 83 | 83 | 81 | 86 |
| 5 | Номер качества по фаринографу | 37 | 37 | 37 | 44 | 40 |
| Проба муки 9 | ||||||
| 1 | ВПС, % | 57,8 | 57,4 | 57,5 | 57,2 | 57,1 |
| 2 | Время образования теста, мин | 2 | 2,5 | 2,2 | 2,7 | 2,5 |
| 3 | Устойчивость, мин. | 7,5 | 7,9 | 4,5 | 4,0 | 3,4 |
| 4 | Разжижение теста, ед.фар. | 61 | 48 | 85 | 92 | 97 |
| 5 | Номер качества по фаринографу | 65 | 54 | 45 | 47 | 40 |
Различия между условиями проведения эксперимента по определению «числа падения» в пробах муки с добавлением ВЭП и реальными условиями брожения теста также не показали четкой корреляционной зависимости между эффективностью ВЭП и изменением «числа падения».
2.2.5. Исследование свойств витаминно-энзимных премиксов
в процессе хранения
Исследование технологической стабильности витаминно-энзимных премиксов, сохранности витаминов и ферментативной активности в витаминно-энзимных премиксах в процессе хранения является основой разработки и реализации практических рекомендаций по применению ВЭП.
Показано, что технологическая эффективность витаминно-энзимных
премиксов на протяжении всего периода хранения для всех исследуемых рецептур и способов приготовления теста стабильна.
Установлено, что ВЭП как свежеприготовленные, так и хранившиеся в течение 6 мес., оказывали влияние на органолептические и физико-химические показатели качества хлеба из различных проб пшеничной муки высшего сорта, приготовленного различными способами по исследуемым рецептурам: увеличивался удельный объем, пористость становилась более равномерной, тонкостенной, мякиш становился более эластичным, нежным на ощупь, наблюдалось его осветление. Наибольшее улучшение качества хлеба отмечалось при добавлении образцов ВЭП №8 и №9.
Установлено, что амилолитическая и ксиланазная активность снижалась на 8-10 и 3-9% соответственно. Анализ сертификатов анализа от производителя на ферментные препараты -амилазу и ксиланазу за последние 3 года показал, что ферментные препараты -амилазы поставляются с активностью на 7-16 %, а гемицеллюлазы – на 9-12% выше заявленной. Снижение активностей данных ферментных препаратов в витаминно-энзимных премиксах (табл. 5) находится в данных пределах, следовательно, к концу сроков хранения, активность будет соответствовать заявленной активности.
Таблица 5
Влияние продолжительности хранения витаминно-энзимных премиксов на активность -амилазы и эндо-ксиланазы
| Показатели | Значения ферментативной активности в ВЭП по вариантам | ||||
| №3 | №7 | №8 | №9 | ||
| Амилолитическая активность (АС), ед./г // % к начальной | Начальная | 194 | 193 | 376 | 377 |
| 30 суток | 188//96,9 | 186//96,4 | 365//97,1 | 370//98,1 | |
| 90 суток | 183//94,3 | 184//95,3 | 356//94,7 | 360//95,5 | |
| 180 суток | 176//91,8 | 177//91,8 | 338//90,0 | 340//90,2 | |
| Ксиланазная активность (КсА), ед./г // % к начальной | Начальная | 660 | 635 | 1270 | 1300 |
| 30 суток | 660//100 | 635//100 | 1305//100 | 1300//100 | |
| 90 суток | 633//95,9 | 609//95,9 | 1222//96,2 | 1249//96,1 | |
| 180 суток | 645//97,7 | 616//97,0 | 1167//91,9 | 1180//90,7 | |
Полученные данные (табл. 6) свидетельствуют о высокой сохранности витаминов В1 и В2 в витаминно-энзимных премиксах при хранении.
Таблица 6
Сохранность витаминов В1 и В2 в лабораторных пробах ВЭП, хранившихся в течение 6 месяцев
| Витамины | Содержание витаминов (мг/100 г) в ВЭП при хранении в течение, сут. | |||
| По закладке | 0 | 90 | 180 | |
| Витаминно-энзимный премикс №3 | ||||
| Тиамин (В1) | 292,5 | 274,1 | 265,6 | 238,6 |
| Потери тиамина по отношению к контролю, % | - | - | 3 | 13 |
| Рибофлавин (В2) | 264,0 | 250,6 | 251 | 214,0 |
| Потери рибофлавина по отношению к контролю, % | - | - | 0 | 15 |
| Витаминно-энзимный премикс №7 | ||||
| Тиамин (В1) | 292,5 | 283 | 278,4 | 234,0 |
| Потери тиамина по отношению к контролю, % | - | - | 2 | 17 |
| Рибофлавин (В2) | 264,0 | 254,7 | 250,3 | 225,2 |
| Потери рибофлавина по отношению к контролю, % | - | - | 2 | 12 |
| Витаминно-энзимный премикс №8 | ||||
| Тиамин (В1) | 585,0 | 525,8 | 500,4 | 478,6 |
| Потери тиамина по отношению к контролю, % | - | - | 5 | 9 |
| Рибофлавин (В2) | 528 | 521,7 | 517,8 | 470,4 |
| Потери рибофлавина по отношению к контролю, % | - | - | 1 | 10 |
| Витаминно-энзимный премикс №9 | ||||
| Тиамин (В1) | 585,0 | 567,8 | 540,8 | 496,4 |
| Потери тиамина по отношению к контролю, % | - | - | 5 | 13 |
| Рибофлавин (В2) | 528,0 | 526,4 | 504 | 482,8 |
| Потери рибофлавина по отношению к контролю, % | - | - | 4 | 8 |
2.2.6. Производственные испытания и внедрение в промышленность разработанных способов
Для реализации биохимических способов регулирования свойств и обогащения пшеничной муки предложена технология введения витаминно-энзимных премиксов в муку.
Для практической реализации предложенных технологических решений разработаны технические условия ТУ 9291-042-17028327-08 на добавки пищевые комплексные для хлебопекарной и мукомольной промышленности «ВИТАЗИМ»®.
В условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (Московская обл.) и ОАО «Истра-Хлебопродукт» (Московская обл.) проведены производственные испытания ВЭП, подтверждающие эффективность и целесообразность их использования при производстве пшеничной муки и хлебобулочных изделий из нее. Акты производственных испытаний представлены в диссертации.
Проведенные производственные испытания показали, что комплексные пищевые добавки «ВИТАЗИМ»® могут быть рекомендованы для внесения в муку на мелькомбинатах или при приготовлении хлебобулочных изделий на хлебопекарных предприятиях для корректировки свойств пшеничной муки и получения стабильного хорошего качества хлебобулочных изделий.
3. ВЫВОДЫ
Проведены комплексные исследования по разработке способов регулирования свойств и обогащения пшеничной муки на стадии ее производства. На основании полученных результатов сделаны нижеследующие выводы.
1. Научно обоснованы и разработаны многокомпонентные составы комплексных пищевых добавок в виде ВЭП для регулирования свойств и обогащения пшеничной муки на стадии ее производства. Определен композиционный состав и установлены оптимальные дозировки ферментных препаратов, входящих в состав ВЭП. Составы ВЭП представляют собой сбалансированные комбинации ферментных препаратов, поливитаминных и витаминно-минеральных смесей.
2. Отдельные показатели хлебопекарных свойств проанализированных проб муки (количество и качество сырой клейковины, число падения) изменяются в широких пределах, не отвечают требованиям ГОСТ Р 52189-2003 к хлебопекарной муке высшего сорта и не коррелируют с пробной лабораторной выпечкой. Обоснованными критериями оценки технологических свойств пшеничной муки с внесением витаминно-энзимных премиксов являются пробная лабораторная выпечка хлеба, динамика газообразования в процессе брожения теста (от замеса до
посадки в печь).
3. Поливитаминные и витаминно-минеральные смеси, входящие в состав ВЭП, обеспечивают рекомендуемый уровень витаминов и высокое качество готовых изделий. Качество хлеба с внесением ВЭП улучшается в большей степени, чем в пробах хлеба с добавлением отдельных ферментных препаратов или витаминов, что обосновывает целесообразность введения в состав ВЭП сбалансированных комбинаций ферментных препаратов и витаминов.
4. ВЭП влияют на качество хлебобулочных изделий в зависимости от хлебопекарных свойств муки, рецептуры и способа тестоприготовления:
4.1. Показана целесообразность внесения ВЭП в количестве 0,05% (носитель мука) и 0,025% (носитель сахарная пудра) к массе муки при приготовлении хлебобулочных изделий из пшеничной муки при всех исследуемых способах приготовления теста и рецептурах.
4.2. Наибольший улучшающий качество хлеба эффект от применения ВЭП достигается при безопарном способе тестоприготовления.
5. Витаминно-энзимные премиксы влияют на биотехнологические и физико-химические свойства теста:
5.1. Внесение ВЭП в количестве 0,025-0,05% к массе муки приводит к интенсификации процесса газообразования на величину до 20% в течение процесса брожения теста, и особенно на этапе расстойки.
5.2. Кислотонакопление в пробах теста, приготовленных с применением ВЭП, происходит интенсивнее, чем в контрольных пробах независимо от способа тестоприготовления.
6. ВЭП влияет на структурные компоненты пшеничной муки:
6.1. Внесение ВЭП оказывает влияние на альвеографические характеристики: обеспечивается увеличение показателя формы кривой, изменение энергии деформации, индекса раздувания и среднего значения абсциссы при разрыве.
6.2. Отсутствуют корреляционные зависимости между улучшением качества хлеба и изменением показателей фаринограммы, выявлены тенденции изменения фаринографических характеристик, зависящие от исходных свойств пшеничной
муки.
7. ВЭП в процессе хранения в течение 6 месяцев проявляют высокую технологическую и биохимическую стабильность по показателям активности ферментов и сохранности витаминов.
7.1. Амилолитическая активность ВЭП в процессе хранения в течение 6 месяцев снижается на 8-10% к концу сроков хранения в зависимости от композиционного состава ВЭП. Ксиланазная активность ВЭП также уменьшается на 3 – 9% к концу сроков хранения.
7.2. Сохранность витаминов в процессе хранения зависит от состава ВЭП (композиционного состава и вида носителя). При использовании в качестве носителя пшеничной муки в составе ВЭП сохранность витаминов колеблется в пределах 83-88%, сахарной пудры – 87-92%. Наиболее высокая сохранность витаминов В1 и В2 отмечена в витаминно-энзимных премиксах, приготовленных с использованием -амилазы, ксиланазы и липазы на носителе сахарная пудра.
7.3. Применение ВЭП, хранившихся в течение 6 месяцев, обеспечивает высокое стабильное качество хлеба для всех исследуемых рецептур и способов приготовления.
8. Внесение ВЭП с включением в состав витаминной или витаминно-минеральной смесей оказывает влияние на пищевую ценность хлеба.
9. Проведена промышленная апробация разработанных витаминно-энзимных премиксов в условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (Московская обл., г.Дедовск) и ОАО «Истра-Хлебопродукт» (Московская обл., Истринский район, п/о Холщевики), разработана техническая документация, рассчитана экономическая эффективность применения ВЭП при производстве пшеничной муки.
Автор диссертации выражает искреннюю благодарность доктору технических наук, профессору Матвеевой Ирине Викторовне за помощь, оказанную при выполнении работы.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
- Матвеева, И.В. Корректировка качества муки с использованием ферментных препаратов [Текст] / И.В. Матвеева, Ю.А. Белибова // Сборник материалов III Специализированный конгресс зернопереработчиков «Нивы России». –
Барнаул, 2005. – С. 54.
- Белибова, Ю.А. Корректировка пшеничной муки ферментными препаратами [Текст] / Ю.А. Белибова, И.В. Матвеева // Хлебопродукты. - 2006. - № 3. – С. 52-55.
- Матвеева, И.В. Концепция корректировки качества муки на основе ферментных
препаратов [Текст] / И.В. Матвеева, Ю.А. Белибова, М.В. Попов // Хлебопродукты. - 2006. - № 12. – С. 43-44.
- Матвеева, И.В. Корректировка качества муки на основе ферментных препаратов [Текст] / И.В. Матвеева, Ю.А. Белибова, М.В. Попов // Хлебопродукты. - 2007. - № 3. – С. 55-57.
- Дешко, О.В. Влияние улучшителя-обоготителя на свойства теста и качество хлеба из пшеничной муки [Текст] / О.В. Дешко, И.В. Матвеева, Ю.А. Белибова // Труды VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии». – Казань, 2007. – С. 64.
- Матвеева, И.В. Корректировка качества муки на основе ферментных препаратов [Текст] / И.В. Матвеева, Ю.А. Белибова, М.В. Попов // Хлебопекарное производство. - 2007. - № 10. – С. 28-29.
- Колупаева, Т.Г. Ферментные препараты – природные улучшители для корректировки качества и продления свежести хлебобулочных изделий [Текст] / Ю.А. Белибова, Т.Г. Колупаева // Труды IV Mеждународной конференции «Cовременное хлебопечение – 2007». – М., 2007, С. 31-32.
- Белибова, Ю.А. Корректировка хлебопекарных свойств пшеничной муки на основе биотехнологии [Текст] / Ю.А. Белибова // Хлебопродукты. - 2008. - №7. – С. 48-50.
- Матвеева, И.В. Комплексные пищевые добавки – хлебопекарные улучшители на основе ферментов и витаминов [Текст] / И.В.Матвеева, Ю.А. Белибова, Л.Н.Шатнюк // Хлебопечение России. – 2008. - № 5. – С. 18-19.
- Белибова, Ю.А. Инновационные решения для мукомольной промышленности на основе биотехнологии [Текст] / Ю.А. Белибова, Т.Г. Колупаева // Материалы VIII Съезда мукомольных и крупяных предприятий России/ Международная промышленная академия - М.: Пищепромиздат, 2008. – С. 105 – 107.
Wheat Flour Correction and Fortification Methods and Their Development
Belibova Y.A.
Technological solutions for wheat flour properties have been obtained and methods of fortification have been developed on the base of vitamin-enzymatic premixes (VEP).
The positive performance of VEP on rheological, biochemical, and physico-chemical properties have been achieved. The possibilities for bread quality regulation with VEP by the application of different dough procedures and formulas have been offered. In order to implement these technological solutions, it has been important to develop and submit for approval technical requirements TY 9291–042–17028327–08 for complex-valued food additives in baking and flour-milling industry “ Vitazym”.
