Совершенствование технологий хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки овощей

На правах рукописи

РОДИЧЕВА Наталья Викторовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОВОЩЕЙ

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 – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Черных Валерий Яковлевич

Официальные оппоненты:

Иунихина Вера Сергеевна

доктор технических наук, профессор,

НОУ ДПО «Международная промышленная академия», заведующая кафедрой пищевых производств
Стребыкина Анна Игоревна

кандидат технических наук,

ГНУ ГОСНИИ хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии, ученый секретарь

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского»

Защита состоится «08» ноября 2012г. в 12⁰⁰ часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д.11, ауд.302, корп. А.

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан «05» октября 2012 г.

Ученый секретарь Совета к.т.н., доц. Белявская И.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В соответствии c государственной политикой Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года, планируется наращивание производства обогащенных и функциональных пищевых продуктов. В связи с этим большое внимание уделяется разработке новых видов продуктов питания с использованием нетрадиционного растительного сырья, богатого витаминами, макро и микроэлементами, а также пищевыми волокнами.

Исследованием эффективности использования нетрадиционного растительного сырья при производстве пищевых продуктов, в том числе хлебобулочных изделий занимались многие отечественные и зарубежные исследователи: Ф. Н. Вертяков, Г. Г. Дубцов, С. Я. Корячкина, Г. О. Магомедов, А. Н. Остриков, Л. И. Пучкова, Л. П. Пащенко, В. Я. Черных, J. Pongjanta, G. Schleining и др.

Использование достаточно дешевого овощного сырья при производстве хлебобулочных изделий позволит обеспечить население РФ независимо от их социального положения и уровня жизни, необходимыми питательными веществами. При производстве хлебобулочных изделий из пшеничной муки внесение, например, продуктов переработки тыквы и моркови позволяет повысить не только пищевую ценность готовых изделий, но и улучшить органолептические и физико-химические показатели их качества, в первую очередь это касается цвета и структуры пористости мякиша хлеба, а также его вкуса и аромата.

Выбор продуктов переработки овощей, в частности, тыквы, моркови и столовой свеклы при производстве хлебобулочных изделий связан с особенностями химического состава вносимых рецептурных компонентов, в состав которых входят: пищевые волокна, витамины группы А, В, РР, пантотеновая и фолиевая кислоты, макро и микроэлементы, такие как калий, кальций, фосфор, железо, цинк и др. Кроме этого, например, в столовой свекле содержатся такие физиологически важные вещества, как бетанин и бетаин, способствующие снижению кровяного давления, улучшению жирового обмена и предупреждению атеросклероза.

Внесение овощных рецептурных ингредиентов оказывает влияние на протекание биотехнологических операций процесса производства хлебобулочных изделий – созревание теста и окончательную расстойку тестовых заготовок, через интенсификацию жизнедеятельности микроорганизмов, а также изменяет реологическое поведение полуфабрикатов. Установление критических точек (в соответствии с требованиями HACCP) реологических свойств полуфабрикатов с овощными добавками – деформационных характеристик, эффективной вязкости, скорости релаксации механических напряжений и др. позволит с одной стороны определять оптимальные дозировки овощных рецептурных ингредиентов и соответственно дозировку воды с учетом технологических свойств муки, а с другой стороны прогнозировать качество производимых хлебобулочных изделий.

Таким образом, совершенствование технологий хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки овощей является актуальной задачей для хлебопекарной промышленности России.

Цели и задачи исследования. Целью настоящих исследований являлась разработка обогащенных хлебобулочных изделий из пшеничной муки высшего сорта и ржаной обдирной муки, на основе использования овощных рецептурных ингредиентов, полученных из тыквы, моркови и столовой свеклы.

Для реализации поставленной цели решали следующие задачи:

анализ продуктов переработки овощей, в том числе их химического состава, используемых при производстве хлебобулочных изделий;
выбор сортов овощей и способа приготовления на их основе рецептурных ингредиентов в виде порошков и определение их физико-химических характеристик;
определение минерального состава, произведенных и используемых в работе овощных порошков моркови, тыквы и столовой свеклы;
разработка методов контроля реологических характеристик пшеничного и ржаного теста после замеса;
обоснование выбора вида растительного масла, повышающего степень сохранности и усвояемости витаминов, содержащихся в пшеничном хлебе с овощными рецептурными ингредиентами и исследование влияния его на свойства пшеничного теста и качество готового хлеба;
исследование влияния различных дозировок порошков тыквы и моркови на протекание стадии приготовления пшеничного теста, изменение его реологических свойств и качества готового хлеба;
определение критической точки консистенции ржаного теста и исследование влияния титруемой кислотности ржаного теста на изменение его вязкости;
исследование влияния различных дозировок порошка столовой свеклы на протекание стадии приготовления ржаного теста, изменение его реологических свойств и качества готового хлеба;
исследование влияния продолжительности хранения новых видов хлебобулочных изделий на изменение реологических свойств их мякиша;
определение витаминного, минерального состава и антиоксидантной емкости хлебобулочных изделий с порошками тыквы, моркови и столовой свеклы;
разработка технической документации на овощные порошки и на новые виды хлебобулочных изделий;
апробация технологии хлебобулочного изделия «Булочка функциональная с морковью» при совместном внесении порошка моркови и рисового масла в производственных условиях.

Научная новизна работы. На основании проведенных комплексных исследований физико-химических свойств овощных рецептурных ингредиентов и приготовленного с их использованием пшеничного и ржаного теста, а также анализа показателей текстуры, витаминного и минерального состава выпеченных хлебобулочных изделий:

определены показатели технологических свойств тыквы, моркови и столовой свеклы – твердость и продолжительность релаксации механических напряжений, а для овощных порошков – насыпная плотность, гранулометрический состав и деформация прессования;
установлен минеральный состав порошков тыквы, моркови и столовой свеклы, полученных путем измельчения высушенной в инфракрасной сушилке стружки исходных овощей, внесение которых позволяет обогатить хлебобулочные изделия;
установлены температуры перехода волокнистой структуры используемых овощных порошков в пластическое состояние: для порошков тыквы - 172˚С, для моркови и столовой свеклы - 150˚С, указывающие на сохранение их нативных физиологических свойств при выпечке хлебобулочных изделий;
установлено влияние рисового масла, с учетом его жирнокислотного состава и технологических свойств, на кинетику протекания операций замеса и брожения пшеничного теста и его реологическое поведение;
разработаны методы контроля вязкости пшеничного и ржаного теста после замеса, заключающиеся в определении усилия нагружения на инденторе, обеспечивающим определенную относительную деформацию полуфабрикатов, а затем в установлении параметров экспоненциального закона релаксации механических напряжений для пшеничного теста и параметров течения ржаного теста, с последующим расчетом искомой реологической характеристики;
установлена критическая точка консистенции ржаного теста, равная 250±10е.Ф., позволяющая устанавливать водопоглотительную способность ржаной муки и параметры замеса теста;
установлена динамика изменения вязкости ржаного теста в зависимости от его титруемой кислотности, подтверждающая критическую точку титруемой кислотности ржаного теста после замеса (в пределах 6,0±0,5град.) и устанавливающая критическую точку титруемой кислотности теста после процесса брожения (в пределах 9,0±0,5), включающего операции созревания теста и окончательной расстойки тестовых заготовок;
разработанные новые виды хлебобулочных изделий, обладают антиоксидатной емкостью.

Практическая значимость. Разработаны технологические решения производства обогащенных хлебобулочных изделий из пшеничной муки высшего сорта с использованием порошков тыквы и моркови и из ржаной обдирной муки с использованием порошка столовой свеклы.

- при производстве булочных изделий с порошками моркови и тыквы их рациональные дозировки соответственно составили 4 и 5%, замес теста (при частоте вращения месильных органов тестомесильной машины 63 об/мин) осуществлялся до готовности, в течение 120-130с с консистенцией, равной 640-650е.Ф. и температурой - 26-28ºС, продолжительность созревания теста (при температуре в термостате 28-30ºС) находилась в пределах 110-130мин, окончательная расстойка тестовых заготовок (при температуре 36-38ºС и относительной влажности воздуха 80-85% в расстойном шкафу) составляла 40-50мин, выпечка хлебобулочных изделий проходила при температуре 220-230ºС в течение 24-26мин.

- при производстве хлебобулочных изделий из ржаной обдирной муки с порошком столовой свеклы, рациональная дозировка которой составила 6%, замес теста (при частоте вращения месильных органов тестомесильной машины 63об/мин) осуществлялся до готовности, в течение 640-680с с консистенцией, равной 250±10е.Ф., температурой - 26-28ºС и титруемой кислотностью 6±0,5град, продолжительность созревания теста (при температуре в термостате 28-30ºС) находилась в пределах 80-90мин, окончательная расстойка тестовых заготовок (при температуре 36-38ºС и относительной влажности воздуха 80-85% в расстойном шкафу) составляла 50-60мин, выпечка проходила при температуре 220-230ºС в течение 38-40 мин.

Разработана технология получения порошков тыквы, моркови и столовой свеклы с соответствующим комплектом технической документации: ТУ и ТИ.

Разработаны проекты технической документации: ТУ и ТИ на «Булочку функциональную с тыквой», «Булочку функциональную с морковью» и «Хлеб ржаной витаминный».

Проведена промышленная апробация технологии «Булочки функциональной с морковью» в условиях ЗАО «Дедовский хлеб».

Апробация работы. Основные результаты исследований, выполненных автором, представлены на второй научно-практической конференции и выставке с международным участием «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (г.Москва, МГУПП, 29-31 марта 2010г.), на 25-ом Симпозиуме по реологии (г.Осташков, 2010г.); на 7^th Annual European Rheology Conference (г.Суздаль, 2011г.), на III конференции молодых ученых «Реология и физико-химическая механика гетерофазных систем» (г.Суздаль, 2011г.); на 18-й Международной выставке «Современное хлебопечение России-2012г», на 26 Симпозиуме по реологии (г. Тверь, 2012г.)

По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 150 страницах основного текста, включает 67 рисунков и 25 таблиц. Список литературы содержит 140 источников российских и зарубежных авторов.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре научно-технической литературы систематизированы общие вопросы, связанные с производством хлебобулочных изделий, обладающих функциональными свойствами, в рецептуру которых входят продукты переработки растительного сырья, в том числе и овощей. Рассмотрены способы переработки овощного сырья в пюре, концентрированное пюре, подварки, джемы, и порошки, получаемые как с помощью распылительных, так и инфракрасных сушилок. Проанализирован ассортимент вырабатываемых обогащенных хлебобулочных изделий и пути повышения их пищевой ценности.

На основании анализа научно-технической литературы обоснована целесообразность дальнейшего совершенствования технологий хлебобулочных изделий с использованием продуктов переработки овощного сырья в виде порошков, получаемых с использованием инфракрасной сушки.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедр «Технологий хлебопекарного и макаронного производств» и «Процессы, аппараты и теплотехнологии пищевых производств», в испытательном лабораторном центре «Биотест» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», в лаборатории «Химия пищевых продуктов» НИИ питания РАМН; в ФГБУН «Институт биологического приборостроения с опытным производством» РАН (г.Пущино). Производственные испытания осуществляли в условиях ЗАО «Дедовский хлеб» (г.Дедовск, Московская область).

Объекты и методы исследования

При проведении исследований использовали:

3 пробы хлебопекарной пшеничной муки высшего сорта и 3 пробы хлебопекарной ржаной обдирной муки, соответствующие требованиям ГОСТов Р 52189-2003 и 52809-2007 (см. табл. 1);
соль поваренную пищевую - ГОСТ Р 51574-2000;
дрожжи хлебопекарные прессованные - ГОСТ 171-81;
густые ржаные закваски (ЗАО «Хлебозавод №22»), влажностью 48-50% и бродильной активностью 16-18мин;
молочную кислоту 40% пищевую (E-270) - фирма ЗАО "Лавернастройинжиниринг";
рисовое масло - ТУ 9141-001-5811041-03, жирно-кислотный состав, которого приведен в таблице 2;
порошки тыквы, моркови и столовой свеклы, удовлетворяющие требованиям ТУ 9761-028-02068634-12, ТУ 9761-029-02068634-12 и ТУ 9761-030-02068634-12 соответственно.

Таблица 1 – Физико-химические показатели качества хлебопекарной пшеничной муки в.с и хлебопекарной ржаной обдирной муки.

Наименование показателей	Значение показателей
	Пшеничная мука высшего сорта			Ржаная обдирная мука
	Проба №1	Проба №2	Проба № 3	Проба № 1	Проба № 2	Проба № 3
Влажность, %	13,0	13,4	10,5	12,0	11,1	10,4
Водопоглотительная способность муки,%	58,5	59,0	67,0	77,0	78,5	85,0
Кислотность, град	3,0	2,5	3,9	4,2	4,5	4,0
Число падения, с	429	545	336	187	190	236
Белизна муки, ед.пр. Р3-БПЛ	54,7	59,5	59,5	7	-	7
Содержание сырой клейковины, %	30,0	31,6	28,0	-	-	-
Общая деформация клейковины, ед.пр. ИДК	65	44	47	-	-	-
Среднэквивалентый размер частиц, d_экв, мкм	120	112	143	108	128	131
Газообразующая способность, см³	1118	1331	1334	1213	1409	1398

Таблица 2 – Жирнокислотный состав липидов рисового масла

№ п/п	Наименование жирных кислот	Gжк, %	№ п/п	Наименование жирных кислот	Gжк, %
1	Миристиновая (14:0)	0,04	9	Вакценовая (18:1) 11-транс	0,70
2	Пальмитиновая (16:0)	11,80	10	изо-октадекадиеновая (18:2i)	0,04
3	Гексадеценовая (16:1)	0,07	11	Линолевая (18:2)	46,98
4	Пальмитолеиновая (16:1) 9-цис	0,11	12	α-линоленовая (18:3) ω-6	1,43
5	Маргариновая (17:0)	0,08	13	Арахиновая (20:0)	0,51
6	Гептадеценовая (17:1)	0,03	14	Гондоиновая (20:1)	0,31
7	Стеариновая (18:0)	2,15	15	Бегеновая (22:0)	0,01
8	Олеиновая (18:1) 9-цис	35,60	16	Эруковая (22:1)	0,14

При проведении лабораторных выпечек хлебобулочных изделий пшеничное тесто готовили безопарным способом, а ржаное - на густых ржаных заквасках или с использованием 40% молочной кислоты.

Замес пшеничного и ржаного теста осуществляли до готовности, на приборе «Do-Corder C3» (фирма «Brabender»-Германия), которая фиксировалась по экстремальному максимальному значению величины крутящего момента на приводе месильных органов. После замеса пшеничное и ржаное тесто имели консистенцию 640е.Ф. и 250е.Ф., соответственно и температуру 26-28ºС.

Определение реологических характеристик пшеничного и ржаного теста после замеса осуществляли с использованием прибора «Структурометр СТ-2» (Россия).

Брожение пшеничного и ржаного теста контролировали по скорости изменения давления образующегося диоксида углерода с использованием прибора «Rheofermentometrе F3» (фирма «Chopin»-Франция), разбивая оптимальную продолжительность брожения на две технологические операции - созревание теста и окончательную расстойку тестовых заготовок.

Созревание теста проводили в термостате при температуре 28-30ºС. Формование тестовых заготовок осуществляли вручную, а окончательную расстойку проводили в шкафу «The Bailey 505-SS Fermentation Cabinet» (фирма «National MFG Company»-США).

Выпечку хлебобулочных изделий проводили в лабораторной хлебопекарной печи «Miwe-condo» (фирма «Miwe»-Германия). Оценку качества готовых хлебобулочных изделий осуществляли по органолептическим и физико-химическим характеристикам.

Содержание витаминов в мякише хлебобулочных изделий определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (хроматограф «Knauer», Германия), антиоксидантную активность - методом Trolox Equivalent Antioxidant Capacity с использованием катион радикала 2,2'-азино-ди-{3-этилбензтиазолин сульфонат} на спектрофотометре Carry 100 Bio (Varian, США), макро и микроэлементы методом атомно-адсорбционной спектрометрии (AAS 30N «Атомно-абсорбционный спектрофотометр»). Жирнокислотный состав липидов рисового масла и «Булочки функциональной с морковью» определяли методом газожидкостной хроматографии с использованием газового хроматографа «Сarlo Erba Strumentazione», HRGC 5300 Mega Series (Италия) и интегратора «С-R6A Chromatopac» (фирма «Shimadzu»).

2.4 Результаты исследования их анализ

Структурная схема исследований представлена на рис.1

Рисунок 1 - Структурная схема исследований