Разработка технологии пряничных изделий функционального назначения с использованием пищевых волокон и стевиозида
На правах рукописи
КАРАЧАНСКАЯ Татьяна Алексеевна
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРЯНИЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН И СТЕВИОЗИДА
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, 2011г.
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО
«Кубанский государственный технологический университет»
| Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация: | доктор технических наук Красина Ирина Борисовна доктор технических наук Зайко Галина Михайловна кандидат технических наук Першакова Татьяна Викторовна ГНУ«Краснодарский НИИ хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии |
Защита состоится 1 декабря 2011 г. в 1500 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-251.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.
Автореферат разослан 1 ноября 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн.наук, доцент В.В. Гончар
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
- Актуальность работы. В настоящее время особая роль отводится созданию качественно новых пищевых продуктов, обогащенных биологически активными веществами, способными корректировать процессы метаболизма в организме человека, повышать его защитные функции, снижать риск развития алиментарнозависимых заболеваний.
Мучные кондитерские изделия являются важным элементом в рационе питания россиян и они принадлежат к числу излюбленных продуктов, пользующихся постоянно растущим спросом у всех категорий населения, что является достаточным основанием для придания им функциональных свойств путем совершенствования их состава.
Кондитерские изделия отличаются высоким содержанием сахара-песка, который не содержит физиологически функциональных ингредиентов. В связи с этим в кондитерской отрасли разных стран в последнее время уделяется большое внимание расширению ассортимента функциональных изделий.
Одним из путей решения проблемы создания мучных кондитерских изделий функционального назначения, является использование экологически безопасных нетрадиционных добавок растительного происхождения, в частности свекловичных пищевых волокон и подсластителя – стевиозида.
Использование новых видов сырья для целенаправленной коррекции состава мучных кондитерских изделий требует разработки новых технологических решений, обеспечивающих получение высококачественной и конкурентоспособной готовой продукции. В связи с этим разработка эффективных технологий производства мучных кондитерских изделий с функциональными свойствами с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства КубГТУ «Совершенствование технологии производства хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий повышенной пищевой и биологической ценности» (№ госрегистрации 01200612961).
1.2 Цель и задачи исследований. Целью исследования явилась разработка технологии пряничных изделий функционального назначения с использованием пищевых волокон и стевиозида.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- провести анализ имеющихся в научно-технической литературе данных по использованию пищевых волокон и подсластителей в производстве мучных кондитерских изделий;
- научно обосновать и экспериментально доказать целесообразность использования свекловичных пищевых волокон в качестве обогатителя в технологии пряничных изделий;
- обосновать эффективность использования стевиозида в качестве интенсивного подсластителя в технологии пряничных изделий;
- исследовать влияние совместного внесения свекловичных пищевых волокон и стевиозида на формирование реологических и физико-химических характеристик пряничного теста;
- разработать рецептуру пряничных изделий функционального назначения с оптимальным содержанием свекловичных пищевых волокон и стевиозида, не содержащих сахара, с оптимальным нутриентным составом;
- разработать технологические решения по использованию свекловичных пищевых волокон в композиции со стевиозидом для формирования функциональных свойств, улучшения качества продукции, повышения пищевой ценности и продления сроков сохранения свежести пряничных изделий;
- исследовать влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества готовых изделий в процессе хранения;
- обосновать сроки годности пряничных изделий функционального назначения;
- определить сохранность функциональных свойств пряничных изделий в ходе технологического процесса и при хранении;
- провести опытно-промышленную апробацию разработанной технологии пряничных изделий функционального назначения;
- разработать комплект технической документации на пряничные изделия функционального назначения с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида;
- оценить экономическую эффективность производства и реализации разработанных пряничных изделий функционального назначения.
1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность и эффективность использования свекловичных пищевых волокон в качестве эффективной комплексной добавки и стевиозида как натурального подсластителя при производстве пряничных изделий.
Установлено положительное влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на реологические и физико-химические показатели заварного пряничного теста, что позволяет рекомендовать их использование для регулирования технологического процесса.
Впервые на основе научных принципов подбора сырьевых компонентов с заданными свойствами методом математического моделирования разработана рецептура пряничных изделий функционального назначения с заданным нутриентным составом.
Выявлено положительное влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на потребительские свойства готовых пряничных изделий, включая пищевую ценность, органолептические, физико-химические показатели, а также влияние на сохранение качества пряничных изделий при хранении.
1.4 Практическая значимость. Разработана технология и рецептура заварных пряничных изделий функционального назначения «Богатырские» с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида, обладающих повышенной пищевой ценностью, пониженной энергетической ценностью и сахароемкостью.
Разработан комплект технической документации на пряники заварные «Богатырские» (ТУ 9137-195-02067862-2010; ТИ 02067862–195–2010 и РЦ 02067862-195).
На основании обобщения и анализа результатов теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований, разработаны практические рекомендации по выпуску пряничных изделий функционального назначения не содержащих сахара, с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида.
1.5 Реализация результатов исследований. Опытно – промышленные испытания разработанных технологических и технических решений проведены на ОАО «Кондитерский комбинат Кубань» (г. Тимашевск) и ОАО «Кубанский пряник» (г. Краснодар).
Разработанные технические и технологические решения рекомендованы к внедрению на этих предприятиях. Ожидаемый экономический эффект от внедрения в производство и реализации нового сорта заварных пряничных изделий, не содержащих сахара с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида, составляет 6тыс руб. на 1 тонну готовой продукции.
1.6 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученных автором, доложены, обсуждены и одобрены на науч.-практич. конф. с межд. участием «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2006 и 2007гг.); Всерос. науч.-практич. конф. мол. ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2006-2009гг.); X Всерос. форум мол. уч. и студ. «Конкурентоспособность территорий и предприятий меняющейся России» (г. Екатеринбург, 2007г.); II Межд. науч.–техн. конф. мол. уч. «Актуальные проблемы технологии живых систем» (г. Владивосток, 2007г.); Всерос. конф. мол. уч. с межд. участием «Пищевые технологии» (г. Казань, 2007 и 2009гг.); Общерос. науч. конф. «Современные проблемы науки и образования» (г. Москва, 2008, 2009гг.); I Всерос. студ. науч. конференция «Молодежная наука – пищевой промышленности России» (г. Ставрополь, 2009–2011гг.); III Межд. науч. студ. конф. «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (г. Ставрополь, 2009–2011гг.); Межд. науч.-практич. конф. «Функциональные продукты питания» (г. Краснодар, 2009г.); Межд. науч.-практич. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2009 и 2011гг.).
1.7 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 25 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента РФ на изобретения и авторское свидетельство на программу для ЭВМ.
1.8 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов и приложения. Текст диссертации изложен на 150 страницах компьютерного текста, включает 21 таблицу и 41 рисунок. Список литературных источников включает 180 наименований, в том числе 20 – зарубежных авторов.
2 объекты и методы исследований
2.1 Объекты исследования. В качестве объектов исследований были выбраны свекловичные пищевые волокна, пищевые волокна «Камецель FW-200» и «Витацель WF-200», подсластители – стевиозиды: «Стевитен» производства Южной Кореи, «Свита» производства Малайзии и «Экоцвет» производства России (ООО "Травы Байкала"), а так же полуфабрикаты и готовые пряничные изделия.
2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали общепринятые и специальные методы анализа состава и свойств продуктов, а также современные физико-химические методы анализа: хроматографические – ТСХ, ВЭЖХ, спектральные – ИК и УФ и атомно-абсорбционные.
Гигроскопичность подсластителя определяли в эксикаторе при 200С; гранулометрический состав и растворимость пищевых волокон в воде - седиментационным методом; активную кислотность пищевых волокон в их растворе 10% концентрации - на рН-метре И-130; массовую долю белка - методом Кьельдаля.
При проведении пробных лабораторных и производственных выпечек пряничных изделий использовали общепринятые и специальные методы оценки качества сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Определение реологических характеристик полуфабрикатов и готовых изделий проводили на приборах «Реотест-2» и Структурометр СТ-1.
Оценку результатов исследований и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью пакетов прикладных программ Microsoft. Office Excel 2003 и Statistic 6.0 for Windows.
Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Структурная схема исследования
3 экспериментальная часть
3.1 Обоснование выбора рецептурных компонентов. При разработке новых сортов мучных изделий с использованием натурального подсластителя стевиозида, необходимо учитывать традиционное направление вкуса готового продукта, а, следовательно, одной из важнейших задач является подбор оптимальных доз внесения подсластителя.
Для выбора подсластителя – стевиозида были отобраны образцы этого продукта трех производителей: «Стевитен» производства Южной Кореи, «Свита» производства Малайзии и «Экоцвет» производства России (ООО "Травы Байкала"), которые были подвергнуты химикоаналитическим исследованиям.
Полученные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Органолептические и физико-химические показатели стевиозидов
| Наименование показателя | «Стевитен» | «Свита» | «Экоцвет» | |
| Внешний вид | Мелкокристаллический, сыпучий порошок | |||
| Цвет | От белого до кремового | |||
| Запах | Слабый, не отталкивающий, свойственный продукту | |||
| Вкус | Сладкий | |||
| Коэффициент сладости | 210 | 180 | 120 | |
| Влажность, % | 3 | 2,97 | 2,98 | |
| Содержание стевиолгликозидов, % | 82,5 | 79,0 | 64,6 | |
| Гигроскопичность, % | 0,10 | 0,05 | 0,025 | |
| Зольность, % | 0,09 | 0,1 | 0,15 | |
Из данных таблицы 1 видно, что исследуемые подсластители имеют практически одинаковые органолептические показатели, но отличаются по степени сладости, т.к. содержат различное количество стевиолгликозидов, поэтому необходимо было определить их химический состав.
Результаты исследований химического состава рассматриваемых стевиозидов представлены в таблице 2.
Из данных, представленных в таблицах 1 и 2 видно, что подсластители «Стевитен», «Свита» и «Экоцвет» состоят большей частью из стевиозида, разрешённого к применению в нашей стране СанПиН 2.3.2.1293, углеводов, воды и белка и, следовательно, может применяться при разработке новых сортовмучных кондитерских изделий.
Таблица 2 – Химический состав стевиозидов
| Составляющие компоненты | Стевиозиды | ||
| «Стевитен» | «Свита» | «Экоцвет» | |
| Массовая доля, %: | |||
| влаги | 3,00 | 2,97 | 3,5 |
| белка | 0,51 | 0,60 | 0,65 |
| углеводов | 3,11 | 3,82 | 4,01 |
| золы | 0,09 | 0,10 | 0,15 |
| оксикоричных кислот | 4,6 | 6,7 | 10,2 |
| гликозидов, в т.ч. | 88,3 | 84,2 | 72,8 |
| стевиозида | 57,6 | 55,3 | 46,4 |
| ребаудиозида А | 24,9 | 23,7 | 19,2 |
| флавоноидов | 0,5 | 0,6 | 0,7 |
| Содержание, мг/100г: | |||
| натрия | 18,9 | 20,1 | 27,2 |
| кальция | 61,3 | 69,9 | 74,7 |
| магния | 186 | 202 | 221 |
| Содержание витаминов, мг%: | |||
| В1 | 0,30 | 0,38 | 0,42 |
| В2 | 1,34 | 1,57 | 1,85 |
Установлено, что изменение рН в сторону кислой среды незначительно уменьшает степень сладости стевиозида и только в очень кислых средах (рН 2,5) коэффициент сладости снижается на 40-50 единиц. В щелочных растворах снижение степени сладости стевиозида происходит значительно медленнее и лишь при рН=12 и выше отмечается снижение сладости на 20-30 единиц.
Показано также, что с повышением температуры степень сладости стевиозида изменяется незначительно, причем наиболее высокая степень сладости отмечается при температуре раствора 34-350С.
Полученные данные показывают, что исследуемые стевиозиды соответствуют всем требованиям безопасности, предъявляемым к добавкам и продуктам растительного происхождения и препятствий для их использования в пищевых целях нет.
Для проведения дальнейших исследований на основании полученных данных нами был выбран стевиозид «Свита», который имеет достаточно высокую степень сладости по отношению к сахарозе – 180 ед. и цену – ниже, чем у стевиозидов других производителей.
Так как сахар в тесте для пряничных изделий выполняет роль пластификатора, то исключение его из рецептуры изделий может привести к негативному изменению реологических свойств теста, и в конечном итоге готовых изделий. Так же исключение сахара приводит к снижению выхода готовых изделий, следовательно, необходимо включать в рецептуру таких изделий рецептурные ингредиенты, обладающие аналогичными свойствами, поэтому в качестве второго объекта исследования были выбраны свекловичные пищевые волокна и пшеничные пищевые волокна «Камецель FW-200» и «Витацель WF-200».
Органолептическая оценка пищевых волокон выявила, что все исследуемые пищевые волокна имеют чистый, нейтральный вкус, без посторонних запахов, следовательно, способны удерживать и подчеркивать вкус и запах других рецептурных компонентов и вносимых добавок, расширяя тем самым, вкусовые ощущения продукта.
В таблице 3 приведены данные по физико- химическим показателям качества всех исследуемых образцов пищевых волокон
Таблица 3 – Физико-химические показатели качества пищевых волокон
| Наименование показателя | Значения показателей качества пищевых волокон | ||
| Свекловиные волокна | «Камецель FW-200» | «Витацель WF-200» | |
| Массовая доля влаги, % | 7,70 | 5,50 | 6,07 |
| Активная кислотность, рН | 7,39 | 6,28 | 7,05 |
| Активность воды, ед.пр. | 0,412 | 0,210 | 0,345 |
| Плотность, кг/м3 | 275 | 260 | 245 |
| Адсорбционная емкость, мг-экв/гПВ | 20,1 | 16,8 | 12,5 |
| Гранулометрический состав, % | 90 16мкм | 66 71мкм | 90 120мкм |
| Насыпная масса, г/л (по DIN 53 4680) | 210±12,5% | 200±14,0% | 85±15,0% |
Из приведенных в таблице 3 данных можно сделать вывод, что все образцы пищевых волокон отличаются друг от друга размером частиц, что определяет их насыпной вес, а также активностью воды, что характеризует их высокую микробиологическую устойчивость.
Исследуемые пищевые волокна получены из различных видов сырья и по различным технологиям, в связи с этим их химический состав может значительно отличаться, в связи с этим исследовали химический состав пищевых волокон.
Результаты исследований химического состава пищевых волокон представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Химический состав пищевых волокон
| Показатели | Наименование пищевых волокон | |||||
| Свекловиные волокна | «Камецель FW-200» | «Витацель WF-200» | ||||
| Массовая доля, % влаги белков углеводов, в т.ч. пищевых волокон | 7,7 7,3 75 71,8 | 6,50 0,7 89,8 89,8 | 6,1 0,4 90,6 89,9 | |||
| нерастворимые растворимые | 73,4 5,6 | 86,7 3,1 | 87,1 2,8 | |||
| минеральных веществ | 4,2 | 3 | 2,9 | |||
Из представленных в таблице 4 данных видно, что пищевые волокна «Камецель FW 200» и «Витацель WF-200» имеют наибольшее содержание пищевых волокон - 90%. Высокое содержание пищевые волокна обусловлено способом получения «Камецель FW 200» и «Витацель WF-200», которые получают путем многостадийных очисток структурообразующих частей пшеницы, а свекловичные пищевые волокна, более тонким измельчением вторичного продукта свеклосахарного производства – жома, вырабатываемые в качестве побочного продукта на сахарном заводе ОАО «Каневсксахар».
Поскольку пищевые волокна состоят из клеточных стенок сырья, из которого они получены, то они имеют различный состав, т.е. содержат комплекс нерастворимых и растворимых фракций. Изучение фракционного состава пищевых волокон показало (таблица 4), что во всех образцах содержание нерастворимых фракций превышает содержание растворимых фракций.
Сравнительный анализ пищевых волокон, позволяет сделать вывод о целесообразности использования в производстве пряничных изделий свекловичных пищевых волокон, которые являются богатым источником белка и пектин – целлюлозного комплекса и имеют невысокую цену, т.к. являются вторичным сырьем.
Исследуемые пищевые волокна, благодаря своей трехмерной и капиллярной структуре, способны связывать воду и жир намного лучше, чем в балластных веществах с поверхностным распределением частиц.
Для определения условий подготовки пищевых волокон в производстве пряничных изделий исследовали водоудерживающую способность, характеризовали степенью набухания, которую определяли в интервале температур от 15 0С до 45 0С. Результаты исследований представлены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Изменение степени набухания пищевых волокон в зависимости от температуры:
1 – свекловичные пищевые волокна;
2 – «Камецель WF-200»;
3 – «Витацель WF-200».
Выявлено, что степень набухания всех видов пищевых волокон при увеличении температуры снижается. Максимальная степень набухания для свекловичных пищевых волокон составляет 493 % при температуре 22 0С; пищевых волокон «Витацель WF-200» - 450% при температуре 20 0С; пищевых волокон «Камецель WF-200» - 414 % при температуре 29,5 0С.
Учитывая технологические параметры производства заварных пряничных изделий, для которых температура теста должна быть в интервале от 19 до 250С, в дальнейших исследованиях выбрана средняя температура - 22 0С.
Таким образом, проведенные исследования позволили сделать вывод о целесообразности применения свекловичных пищевых волокон в качестве эффективной комплексной добавки и стевиозида в качестве натурального подсластителя, при производстве мучных кондитерских изделий.
3.2 Исследование влияния свекловичных пищевых волокон и стевиозида на формирование реологических свойств пряничного теста. При разработке новых видов мучных кондитерских изделий с использованием подсластителей, необходимо учитывать традиционное направление вкуса готового продукта, а, следовательно, одной из важнейших задач является подбор оптимальных доз их внесения. Использование стевиозида в качестве натурального подсластителя предполагает внесение его в таком количестве, чтобы в результате были получены пряничные изделия по степени сладости адекватные аналогичным изделиям с сахарозой.
При определении влияния стевиозида на свойства пряничного теста для заварных пряников, вносили стевиозид, количество которого определялось исходя из того, что сладость, выбранного стевиозида составляет 160-180 единиц по отношению к сахару. Его дозировка при этом составляла 0,23%; 0,25% и 0,27% к массе муки.
Для компенсации массы сахара в тесто вносили свекловичные пищевые волокна, дозировку которых изменяли от 5 до 20 %.
Основными критериями оценки качества теста являются его реологические характеристики, в частности, упругая и пластическая деформация, величина которых зависит от рецептурного состава, а также от параметров технологического процесса. Особенности реологических свойств теста являются фактором непосредственного формирования потребительских свойств готового изделия.
На рисунке 3 приведены данные по комплексному влиянию стевиозида и свекловичных пищевых волокон на пластичность теста в зависимости от их дозировки.
Рисунок 3 – Влияние свекловичных пищевых волокон на пластичность пряничного теста при дозировках стевиозида:
1 – 0,23%
2 – 0,25%
3 – 0,27%
Из полученных зависимостей (рисунок 3) видно, что увеличение дозировки свекловичных пищевых волокон приводит к позитивному изменению реологических свойств теста, которое выражается в уменьшении величины сопротивления образцов деформирующей нагрузке, т.е. увеличению пластичности пропорционально дозе добавки.
Внесение добавок в количестве 10-15% к массе муки приводило к повышению пластичности теста на 10-14% при одновременном снижении упругих свойств.
Как показали исследования, внесение стевиозида и свекловичных пищевых волокон оказывает влияние на реологические свойства теста, определяемые также адгезионными свойствами теста.
Результаты определения адгезии в тесте с различными концентрациями свекловичных пищевых волокон и стевиозида в пряничном тесте представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 –Зависимость адгезионных свойств пряничного теста от содержания свекловичных пищевых волокон при дозировке стевиозида:
1 – 0,23%
2 – 0,25%
3 – 0,27%
Как видно из графика (рисунок 4), при внесении в тесто свекловичных пищевых волокон наблюдается уменьшение адгезии, что вероятнее связано с тем, что пищевые волокна обладают высокой водосвязывающей способностью в результате чего они связывают свободную влагу и тесто в результате получается менее липким. Это значит, уменьшается взаимодействие тестовой заготовки с поверхностью, на которую они отсаживаются. Снижение адгезии говорит о том, что изделия легче будут сниматься с пода печи.
При приготовлении пряничного теста большое значение имеет его консистенция, которая обуславливает его качественные и технологические показатели, а также поведение в процессах деформации. Одной из механических характеристик теста, определяющих его консистенцию, является вязкость, зависящая от природы и химического состава рецептурных компонентов. Поэтому нами были также проведены исследования влияния свекловичных пищевых волокон и стевиозида на вязкость теста для заварных пряников.
Результаты исследования влияния свекловичных пищевых волокон и стевиозида на пластическую вязкость теста для заварных пряников представлены на рисунке 5. Данные приводятся при 300С.
Из приведенных на рисунке 5 диаграмм видно, что введение в заварное пряничное тесто свекловичных пищевых волокон и стевиозида, повышает степень структурообразования в опытных образцах по сравнению с контрольным, что позволяет рекомендовать их для регулирования технологического процесса.
Учитывая особенности технологии производства пряников и требования к пряничному тесту, можно сделать вывод, что внесение стевиозида в количестве 0,23-0,25% и свекловичных пищевых волокон в количестве 10-15% положительно влияет на реологические свойства теста. При увеличении пластических свойств и уменьшении упругих тесто становится более пластичным и эластичным, что ведет к уменьшению нагрузок и энергии, затрачиваемой на формование изделий, и получению пряников более высокого качества.
Рисунок 5 – Влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на пластическую вязкость пряничного теста
3.3 Влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на физико-химические и органолептические показатели качества пряников. При исследовании влияния полной замены сахара-песка на стевиозид и свекловичные пищевые волокна необходимо было, прежде всего, определить насколько адекватными по органолептическим показателям получаются разрабатываемые пряничные изделия аналогичным изделиям с сахарозой. В связи с этим были определены изменения органолептических показателей качества пряничных изделий при внесении различных дозировок свекловичных пищевых волокон и стевиозида.
Проведенные исследования показали, исключение из рецептуры опытных образцов сахара и замена их стевиозидом и свекловичными пищевыми волокнами не повлияло на структуру и форму готовых изделий. Внесение свекловичных пищевых волокон и стевиозида придало пряничным изделиям более выраженный вкус и аромат сухих духов, золотистый цвет; стабилизировало форму и поверхность за счет структурообразующей, водо-и жиросвязывающей способности свекловичных пищевых волокон.
Таким образом, можно отметить положительное влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на органолептические показатели качества пряничных изделий.
Так как в опытных образцах пряничных изделий полностью заменяли сахар стевиозидом, необходимо было определить адекватность вкуса опытных образцов пряничных изделий аналогичным изделиям с сахаром, поэтому объектом исследования был выбран вкус изделия. Для дегустации были приготовлены пряничные изделия с различным содержанием стевиозида, при этом свекловичные пищевые волокна вносили в количестве 10% к массе муки.
На рисунку 6 приведены профилограммы вкуса, разработанных пряничных изделий.
Рисунок 6 – Профилограмма вкуса пряников, с дозировкой стевиозида, %:
1 – Контроль;
2 – 0,23;
3 – 0,25;
4 – 0,27.
Для всех разработанных изделий характерна высокая оценка по показателям «сладкий», «сдобный» и «пряный». Во всех изделиях отсутствуют отрицательные признаки и послевкусие, характерное для стевиозида.
Физико-химические показатели разработанных видов пряничных изделий приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Физико-химические показатели качества пряников
| Наименование показателя | «Северные» (контроль) | Дозировка стевиозида, % | |||||||||||
| 0,23 | 0,25 | 0,27 | |||||||||||
| Дозировка свекловичных пищевых волокон, % | |||||||||||||
| 5 | 10 | 15 | 20 | 5 | 10 | 15 | 20 | 5 | 10 | 15 | 20 | ||
| Влажность, % | 12,6 | 13,9 | 15,2 | 16 | 16,8 | 14,1 | 15,0 | 15,9 | 16,9 | 13,8 | 15,1 | 16,0 | 16,8 |
| Плотность,кг/м3 | 478 | 470 | 460 | 452 | 463 | 470 | 459 | 450 | 461 | 472 | 461 | 455 | 462 |
| Щелочность, град. | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| Намокаемость, % | 235 | 239 | 241 | 245 | 243 | 240 | 243 | 250 | 247 | 240 | 242 | 248 | 244 |
| Комплексный показатель качества | 85 | 85 | 88 | 90 | 87 | 87 | 90 | 92 | 89 | 86 | 89 | 91 | 88 |
Данные приведенные в таблице 5 показывают, что опытные образцы пряников отличаются большим объемом, меньшей плотностью и большей намокаемостью.
Для исследования взаимодействия различных факторов, определяющих органолептические и физико-химические показатели заварных пряничных изделий, применены математические методы планирования эксперимента. Математическая модель имеет вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе экспериментов. Переходя от кодированных значений к натуральным значениям, получили следующие оптимальные соотношения рецептурных компонентов для приготовления пряников (таблица 6).
Таблица 6 – Зависимость намокаемости и комплексного показателя качества заварных пряничных изделий от массовой доли свекловичных пищевых волокон и стевиозида
| Параметр | Обозначение | Значение |
| Массовая доля свекловичных пищевых волокон, % к массе муки | Х1 | 10,9-15,9 |
| Массовая доля стевиозида, % к массе муки | Х2 | 0,23-0,25 |
| Намокаемость, % |  | 240-246 |
| Комплексный показатель качества |  | 85-92 |
3.4 Разработка рецептур и технологии приготовления пряничных изделий функционального назначения со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом. Разработку рецептур новых кондитерских изделий осуществляли, применяя метод математического моделирования по критерию минимизации энергетической ценности, подбирая сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых показателей.
Решение систем уравнений осуществляли при использовании пакетов программ по оптимизации рецептур кондитерских изделий, позволяющих в результате их математической обработки определить относительное содержание сырьевых компонентов, а также величину энергетической ценности проектируемых композиций.
Выбор наиболее выгодного с позиций физиологических потребностей варианта рецептуры пряничных изделий осуществлён нами в результате такого моделирования.
Разработанная рецептура пряников, не содержащих сахара и обогащенных пищевыми волокнами со стевиозидом, приведена в таблице 7.
При разработке технологии пряничных изделий, с использованием свекловичных пищевых волокон и стевиозида, необходимо было разработать технологические режимы и параметры приготовления заварного пряничного теста с необходимыми реологическими свойствами. Реологические характеристики пряничного теста зависят от многих параметров и в первую очередь от скорости сдвига, температуры и влажности.
Таблица 7 – Рецептура заварных пряничных изделий
| Наименование сырья | Расход на 1 т, кг | |
| «Северные» (контроль) | «Богатырские» | |
| Мука пшеничная | 508,68 | 586,44 |
| Патока | 96,72 | 111,42 |
| Сахар-песок | 220,82 | отсутствие |
| Стевиозид | отсутствие | 1,25 |
| Свекловичные пищевые волокна | отсутствие | 72,13 |
| Маргарин | 43,42 | 49,85 |
| Масло растительное | 14,63 | 17,01 |
| Сода питьевая | 1,68 | 1,76 |
| Углеаммонийная соль | 5,06 | 5,81 |
| Сухие духи | 3,29 | 3,81 |
| Итого Выход | 1021,43 1000,00 | 849,48 1000,00 |
Установлено, что при одной и той же влажности и температуре тесто для пряников с внесением свекловичных пищевых волокон и стевиозида имеет большее значение напряжения сдвига, чем контрольный образец, что вероятнее всего связано с тем, что пищевые волокна обладают естественными эмульгирующими свойствами.
Тесто, приготовленное с внесением свекловичных пищевых волокон, имеет хорошую консистенцию при более высокой его влажности. Такое тесто очень пластично, хорошо формуется, что обусловлено гидратационными свойствами свекловичных пищевых волокон, которые притягивают и удерживают значительное количество влаги.
Снижение температуры заварного пряничного теста при замесе ниже 280С приводит к повышению предельного напряжения сдвига, что говорит о затягивании теста. Тогда как при повышении температуры выше 340С приводит к снижению пластической прочности, в результате чего тесто становится более текучим и хуже формуется.
Таким образом, получение готовых изделий высокого качества обеспечивается при влажности заварного пряничного теста 21-22% и температуре 30-320С. При этих параметрах пряничное тесто имеет оптимальную консистенцию, хорошие пластичные свойства, легко формуется, хорошо удерживает форму.
Продолжительность замеса теста будет зависеть от факторов определяющих протекание коллоидных процессов в тесте и его физических свойств.
Результаты исследования упругих и пластичных деформаций заварного и пряничного теста в процессе его замеса представлены на рисунке 7
Рисунок 7 – Изменение упруго-пластичных деформаций заварного пряничного теста в зависимости от продолжительности замеса:
- «Северные» (контроль)
- «Богатырские»
Анализ рисунка 7 показал, что с введением свекловичных пищевых волокон сокращается процесс образования пластичных свойств заварного пряничного теста с 30 до 25 минут. Сильное структурирование прослоек жидкой фазы на поверхности муки вызывает первоначальное упрочнение структуры теста. При внесении свекловичных пищевых волокон экстремум снижается, прочность теста уменьшается.
Проведенные исследования позволили установить, что разработанная рецептура пряничных изделий позволяет получить тесто с высокими качественными показателями.
В производственных условиях ОАО «Кондитерский комбинат «Кубань» (г. Тимашевск) и ОАО «Кубанский пряник» (кондитерский цех, г. Краснодар) были проведены опытные выпечки заварных пряничных изделий по разработанным технологическим режимам приведенным в таблице 8.
Таблица 8 – Технологические режимы производства заварных пряников со свекловичными пищевыми волокними и стевиозидом
| Наименование режима технологического процесса | Параметры технологического режима производства пряников |
| Температура готового сиропа, °С Продолжительность замеса заварки, мин Влажность заварки, % Продолжительность гидратации свекловичных пищевых волокон, мин Температура гидратации, °С Продолжительность замеса теста, мин Температура теста, °С Влажность теста, % Температура выпечки, °С Продолжительность выпечки, мин Продолжительность охлаждения пряников, мин Продолжительность выстойки, мин | 50-65 10-15 25-36 30-40 21,5-22,5 25-30 30-32 21-22 210-220 7-12 5-10 120-150 |
3.5 Оценка пищевой ценности заварных пряничных изделий функционального назначения со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом. Установлено что с внесением свекловичных пищевых волокон и заменой сахара стевиозидом пищевая ценность пряничных изделий повышается за счет увеличения содержания в них пищевых волокон (таблица 9).
Проведенные исследования показали, что потребление человеком пряничных изделий в количестве 100г позволяет удовлетворить потребность организма человека в пищевых волокнах на 16,6% от суточной потребности, таким образом, пряники можно рекомендовать как пищевой функциональный продукт.
Таблица 9 – Содержание пищевх волокон в пряничных изделиях со свекловичными пищевыми волокними и стевиозидом
| Показатели | Содержание в 100 г | |
| «Северные» (контроль) | «Богатырские» | |
| Содержание пищевых волокон, %, в т.ч. нерастворимые растворимые | следы | 5,20 4,83 0,37 |
Функциональные свойства свекловичных пищевых волокон основаны на их сорбционной способности, учитывая это положение проведены исследования по определению сохранности сорбционной способности свекловичных пищевых волокон, внесенных в рецептуры пряников, в ходе технологического процесса, которая составила 15,4 мг/г по метиленовому синему, что говорит о высокой сорбционной способности свекловичных пищевых волокон в составе пряничных изделий. Полученные результаты свидетельствуют о сохранении функциональных свойств свекловичных пищевых волокон в ходе технологического процесса, в частности при выпечке изделий, что говорит об их высокой термостойкости.
3.6 Влияние свекловичных пищевых волокон и стевиозида на качество пряничных изделий при хранении. В процессе хранения пряники черствеют, при этом изменяются физико-химические свойства мякиша и корки, а также аромат и вкус.
Это подтверждают результаты исследований изменения предельного напряжения сдвига при хранении, которые представлены на рисунке 5.
Из приведенных зависимостей видно, что нарастание структурной прочности в опытных образцах пряничных изделий происходит значительно медленнее, чем в контрольном образце. Следовательно, внесение в заварные пряники свекловичных пищевых волокон и стевиозида значительно замедляет процесс черствения готовых изделий.
Рисунок 8 – Изменение структурной прочности разработанных заварных пряничных изделий при хранении:
- «Северные» (контроль)
- «Богатырские»
Полученные данные по изменению перекисного числа жировой фазы в процессе хранения показывают, что внесение свекловичных пищевых волокон и стевиозида, содержащих в своем составе природные антиоксиданты, позволяет увеличить срок хранения по сравнению с контролем заварных пряничных изделий до 40 дней, что на 10 дней больше срока хранения традиционных пряников.
На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации на пряники заварные «Богатырские» со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом, не содержащие сахара, включающий технические условия, технологическую инструкцию и рецептуру.
ВЫВОДЫ
Выполнено комплексное исследование, позволившее теоретически и экспериментально обосновать целесообразность применение свекловичных пищевых волокон и стевиозида в качестве высокоэффективных добавок для регулирования технологических свойств теста и формирования функциональных свойств заварных пряничных изделий.
- Научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность использования свекловичных пищевых волокон в качестве обогатителя в технологии пряничных изделий. Определено, что свекловичные пищевые волокна по органолептическим и физико-химическим показателям не уступают пшеничным пищевым волокнам «Камецель FW-200» и «Витацель WF-200». В составе свекловичных пищевых волокон содержится в большем количестве, чем в пшеничных пищевых волокнах, белка и пектин-целлюлозного комплекса, которые имеют важное физиологическое значение. Кроме того они являются вторичным сырьем сахарного производства, в следствии чего имеют низкую цену.
- Выявлено, что свекловичные пищевые волокна имеют максимальную степень набухания 493% при 220С, а длительность их набухания до достижения динамического равновесия составляет 35 мин.
- Обоснована эффективность использования стевиозида «Свита» производства Малайзии в качестве подсластителя при производстве пряничных изделий.
- Установлено, что стевиозид «Свита» имеет степень сладости 180 ед. по отношению к сахарозе. Изменение рН среды и температуры незначительно уменьшают степень его сладости.
- Установлено, что замена сахара в рецептуре пряничных изделий свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом улучшает реологические свойства пряничного теста, на 10-14% повышается его пластичность, а адгезионное напряжение снижается на 28-30%.
- Показано, что замена сахара свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом улучшает органолептические и физико-химические показатели качества пряничных изделий, при этом на 5-10% снижается плотность готовых изделий и на 10-12% увеличивается их намокаемость.
- С использованием методов математического планирования эксперимента установлено, что внесение свекловичных пищевых волокон в количестве 10,9-15,9% и стевиозида – 0,23-0,25% к массе муки обеспечивает наиболее высокие показатели качества пряничных изделий.
- На основе научных принципов подбора сырьевых компонентов с заданными свойствами методом математического моделирования разработана рецептура функциональных пряничных изделий «Богатырские» с пищевыми волокнами и стевиозидом.
- Определены оптимальные технологические параметры приготовления теста для заварных пряничных изделий: время замеса теста составляет 24 мин при температуре 30-320С; при этом гидратированные свекловичные пищевые волокна и стевиозид вносятся при замесе теста.
- Установлено, что внесение свекловичных пищевых волокон и стевиозида значительно замедляет процесс черствения пряничных изделий при хранении и обеспечивает сохранение качественных показателей при стандартных условиях хранения. При этом срок хранения разработанных пряничных изделий увеличивается до 40 суток, что на 10 суток больше срока хранения традиционных пряничных изделий.
- Показано, что сорбционная способность свекловичных пищевых волокон в составе пряничных изделий в ходе технологического процесса и при хранении остается на высоком уровне и составляет 15,4 мг/г.
- Разработанные пряничные изделия «Богатырские» со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом относятся к функциональным пищевым продуктам, т.к. употребление их в пищу позволяет удовлетворить суточную потребность организма человека в пищевых волокнах на 16,6%.
- Разработан и утвержден комплект технической документации на производство заварных пряничных изделий функционального назначения «Богатырские», со свекловичными пищевыми волокнами и стевиозидом.
- Выработаны опытно-промышленные партии заварных пряничных изделий функционального назначения в производственных условиях ОАО «Кондитерский комбинат «Кубань» (г. Тимашевск) и ОАО «Кубанский пряник» (кондитерский цех, в г. Краснодаре). Ожидаемый экономический эффект от производства и реализации 1 тонны разработанного нового сорта пряничных изделий функционального назначения составляет 6 тыс. руб.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
- И.Б. Красина, Н.А. Тарасенко, Т.А. Карачанская. Мучные кондитерские изделия для нутрициальной коррекции при сахарном диабете. – Краснодар: Издательский дом–Юг, 2010.- 202с.
- Карачанская Т.А Применение стевиозида в производстве мучных кондитерских изделий функционального назначения / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Е.И. Стратьева // VIII науч.-практич. конф. с межд. участием «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» АЛГТУ, 2006.- С.13-16.
- Карачанская Т.А Влияние стевиозида на качество пряников / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.А. Головко // Х Всерос. форум молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территорий и предприятий меняющейся России».- Екатеринбург, 2007.- С.69.
- Карачанская Т.А Использование стевиозида в технологии пряников / Т.А.Карачанская, И.Б.Красина, Н.А.Головко //Всерос. конф. молодых ученых с межд. участием. – Казань, 2007.- С.65.
- Карачанская Т.А Пряно-ароматическое сырье в производстве пряников / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.А. Головко, И.Н. Безуглая // Кондитерское производство. -2007.- №4.- С.6-7.
- Карачанская Т.А Влияние нетрадиционных фитодобавок на технологические свойства пряничного теста / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.А. Головко, И.Н. Безуглая // Известия вузов. Пищевая технология.- 2008.- № 1.- С.48-50.
- Карачанская Т.А Функциональные пищевые добавки в производстве пряников / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Г.М. Арутюнян // Тезисы докладов III межд. науч. студ. конф. «Научный потенциал студенчества в XXI веке».- Ставрополь, 2009.
- Карачанская Т.А Технологические свойства пищевых волокон в производстве мучных кондитерских изделий / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, А.В. Красюк // Межд. науч.-практич. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века».- Краснодар, 2009.- С.281-286.
- Карачанская Т.А Использование нетрадиционного сырья в производстве пряничных изделий для диетического питания / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Г.М. Арутюнян // Матер. 1 Всерос. студ. конф. «Молодежная наука – пищевой промышленности России». – Ставрополь, 2009. – С.70-71.
- Карачанская Т.А Кондитерские изделия без сахара для питания диабетиков / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Г.М. Арутюнян, Т.Б. Карапетян // Техника и технология пищевых производств.- 2009. - №1.- С. 40-43.
- Карачанская Т.А Кондитерские изделия функционального назначения / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, А.В. Красюк // Матер. Межд. науч.-практич. конф. «Функциональные продукты питания».- Краснодар, 2009.- С.124-128.
- Карачанская Т.А Применение сахарозаменителей в создании здоровых продуктов питания./ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.К. Данович // Матер. IV Межд. науч. студ. конф. «Научный потенциал студенчества в XXI веке». – Ставрополь, 2010.- Т1. С.465-466.
- Карачанская Т.А Применение стевиозида и пищевых волокон Камецель FW200 в кондитерских изделиях без сахара / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.К. Данович, А.В. Красюк // Известия ВУЗов. Пищевая технология.-2010.- № 4.- С.43-44.
- Карачанская Т.А Кондитерские изделия без сахара для диетического питания./ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.К. Данович // XXXVII науч. конф. студ. и молодых ученых вузов ЮФО.- Краснодар, 2010.- С.29.
- Карачанская Т.А Использование пищевых волокон в производстве пряничных изделий./ И.Б. Красина, Т.А. Карачанская, Н.В. Зубко //Матер. II Межд. науч.-технич. конф. «Новое в технологии и технике пищевых производств»- Воронеж, 2010.- С.171-172.
- Карачанская Т.А Инновационные технологии диетических мучных кондитерских изделий / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.А. Зубко // ХI Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии».- Казань, 2010.- С.174.
- Способ приготовления мучного кондитерского изделия/ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, И.Н. Безуглая, И. Жестовская // Патент RU№2342839.
- Способ приготовления мучного кондитерского изделия/ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, И.Н. Безуглая, И. Жестовская // Патент RU № 2342840.
- Карачанская Т.А Функциональные кондитерские изделия: их место в здоровом питании./ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, А.В. Красюк // Матер. XIII Всерос. форума молодых ученых и студентов «Конкурентноспособность регионов и субъектов хозяйствования в условиях преодоления кризиса». – Екатеринбург, 2010.- С.43-44.
- Подбор оптимального состава рецептурных компонентов мучных кондитерских изделий / Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Н.А. Тарасенко, О.И. Джахимова, Н.К. Данович, А.В. Красюк // Свидетельство о государственной регисации программы для ЭВМ №2010611746, зарегисировано 04.03.2010.
- Карачанская Т.А Технологические аспекты производства мучных кондитерских изделий для диабетиков/ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина // Матер. IV межд. науч.-практич. конф «Инновационные направления в пищевых технологиях».- Пятигорск, 2010.- С.122-123.
- Карачанская Т.А Расширение ассортимента мучных кондитерских пониженной калорийности/ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Е.В. Капаева // Матер. Всерос. науч.-практич. конф. студентов и аспирантов «Казанские научные чтения».- Казань, 2010.- С.286.
- Карачанская Т.А Разработка диетических мучных кондитерских изделий пониженной калорийности без сахара./ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина, Б.Б. Хашпакянц // Матер. II межд. науч. конф. «Молодёжная наука – пищевой промышленности».- Ставрополь, 2011.- С.93-95.
- Карачанская Т.А Особенности проектирования сбалансированных поликомпонентных продуктов./ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина // Матер. Межд. науч-практич. конф. «Модернизация современного общества: проблемы, пути развития и перспективы».- Ставрополь, 2011.- С.50-51.
- Карачанская Т.А Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании рецептур функциональных продуктов/ Т.А. Карачанская, И.Б. Красина // Матер. Межд. науч.-техн. конф. «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века».- Краснодар, 2011.- С.334-335.
