Разработка технологических решений использования мальтозной патоки в хлебопекарном производстве
На правах рукописи
КОКАЕВА ЗОЯ КИРИЛЛОВНА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛЬТОЗНОЙ ПАТОКИ В ХЛЕБОПЕКАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Специальность 05.18.01- Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Москва 2009
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский Государственный Университет Технологий и управления (МГУТУ)» на кафедре «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств».
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Заслуженный деятель науки РФ, Цыганова Татьяна Борисовна
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ильина Ольга Александровна кандидат технических наук, доцент Лазарева Людмила Васильевна
Ведущая организация: Министерство сельского хозяйства и продовольствия РСО-А
Защита диссертации состоится «25» декабря 2009г. в «1530 » часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. при Московском государственном университете технологий и управления по адресу: 109803, Москва, ул. Талалихина, д. 31.
Автореферат размещен на сайте МГУТУ – www.mgutm.ru Отзывы высылать по адресу: 109004, Москва, ул. Земляной вал,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУТУ.
Автореферат разослан «25» ноября 2009г.
Учёный секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, доктор технических наук, профессор Р.К. Еркинбаева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Использование патоки предоставляет значительные возможности для создания новых видов пищевых продуктов. Рост объемов потреб ления патоки предусматривает более высокие требования к её качеству, потреби тельским свойствам и ассортименту, что обусловлено необходимостью повышения ее конкурентоспособности и удовлетворения потребности в такой продукции раз личных групп населения.
Актуальным является разработка технологии производства мальтозной патоки из отечественных видов сырья и применение ее в хлебопекарном производстве.
Применение мальтозной патоки в хлебопекарном производстве будет способство вать повышению качества хлебобулочных изделий, ускорению приготовления тес та, обеспечению необходимых реологических свойств теста, сохранению свежести хлеба, увеличению ассортимента и объема их выпуска. Большое значение имеет изменение ассортимента путем создания изделий, которые по своему химическому составу отвечают концепции сбалансированного питания по соотношению белков и углеводов, содержанию незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных ве ществ и других пищевых элементов.
При выработке некоторых сортов хлеба патоку используют в качестве рецеп турного компонента, при этом в рецептурах не указывается вид патоки, что может влиять как положительно, так и отрицательно на качество хлебобулочных изделий.
Но надо отметить, что, несмотря на проведенные ранее экспериментальные иссле дования, проблемы влияния патоки на свойства теста, качество готовой продукции, сохранение свежести хлеба остаются изученными недостаточно.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологических решений использования мальтозной патоки в производстве хлебо булочных изделий из пшеничной муки.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
• обоснование технологии получения мальтозной патоки с применением фер ментных препаратов;
• исследование состава и свойств мальтозной патоки;
• исследование влияния мальтозной патоки на хлебопекарные свойства пшенич ной муки;
• исследование влияния мальтозной патоки на реологические свойства теста;
• исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий;
• исследование влияние мальтозной патоки на состав сахаридов хлеба;
• исследование влияние мальтозной патоки на микроструктуру мякиша хлеба;
• исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий при хранении;
• разработка нормативной документации на хлебобулочные изделия и нацио нальные мучные изделия с начинкой с применением мальтозной патоки;
• разработка бизнес-плана производства мальтозной патоки и оценка экономи ческой эффективности разработанных технологических решений.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально доказана целесо образность и эффективность применения мальтозной патоки в качестве дополни тельного сырья при производстве хлеба из пшеничной муки высшего сорта, улуч шающее реологические свойства сырья, качество хлебобулочных изделий, качество национальных мучных изделий с начинкой.
Установлено, что, регулируя продолжительность гидролиза крахмала при од ной и той же дозировке ферментных препаратов Фунгамил 800 л и Термамил 120 Л, можно получить мальтозную патоку высокого качества и необходимого углеводного состава.
Выявлено положительное влияние мальтозной патоки на реологические свой ства теста, заключающееся в снижении вязкости, упругости и увеличении пластич ности, в обеспечении необходимой консистенции теста, что открывает перспективы ее использования в качестве сырья, улучшающего качество хлеба при переработке пшеничной муки высшего сорта со средней и сильной клейковиной.
Выявлено, что углеводы, входящие в состав мальтозной патоки, не влияли от рицательно на качество теста и готовой продукции, а вызывали изменения, заклю чающиеся в положительном влиянии на процесс брожения теста, в улучшении каче ства хлебобулочных изделий из муки с пониженными хлебопекарными свойствами.
Выявлена зависимость между количеством внесенной мальтозной патоки и показателями качества хлебобулочных изделий, в том числе и национальных муч ных изделий с начинкой, заключающаяся в изменении реологических свойств теста, показателей качества хлебобулочных изделий и сохранением ими свежести.
Методом электронного сканирующего микроскопирования мякиша установ лено, что применение мальтозной патоки обусловливает образование пор равномер но распределенных по всему объему мякиша хлеба. С увеличением дозировки маль тозной патоки создается плотная белково-углеводная структура за счет равномер ного обволакивания клейковиной крахмальных зерен, что приводит к образованию более однородной структуры мякиша, развитой пористости с тонкими стенками пор, увеличению удельного объема и повышению сохраняемости в свежем виде.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований обосно вано практическое применение мальтозной патоки, полученной ферментативным способом гидролиза крахмала, в технологии пшеничного хлеба для повышения ка чества хлеба.
Определены способы приготовления теста с внесением мальтозной патоки и оптимальная дозировка мальтозной патоки для производства хлеба из пшеничной муки высшего сорта.
На основании проведенных исследований разработана и утверждена в установ ленном порядке нормативная документация, ТУ 9114-005-41155826 – 2006, ТУ 9116-008-41155826-2006, ТУ 9119-011-41155826 – 2006 необходимая для промыш ленного производства хлеба «Румяный», сдобных любительских булочек «Нежен ка», национальных осетинских пирогов с сыром «Олибах», а также соответствую щие рецептуры и технологические инструкции. Освоен выпуск нового вида хлеба «Румяный», сдобных любительских булочек «Неженка», национальных осетинских пирогов с сыром «Олибах» в пекарне ООО «Агрофирма Фат» г.Владикавказа в I кв.2007г.
Разработан бизнес-план производства мальтозной патоки для Бесланского маисового комбината. Годовой экономический эффект от внедрения и реализации пшеничного хлеба «Румяный» - 500 тыс.руб., сдобной любительской булочки «Не женка - 600тыс.руб., национальны пирогов «Олибах» - 2 500тыс.руб.
Подана заявка на изобретение «Способ приготовления хлеба» № 2009122362/13 (030878) 14июля 2009г.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доклады вались и обсуждались на научно-практической конференции МГУТУ, посвящен ной 100-летию со дня рождения Н.П. Козьминой (Москва, 2005г.), на XII Междуна родной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промыш ленности» (Москва, 2006), региональной научной конференции «Актуальные про блемы экологии и сохранения биоразнообразия Северного Кавказа (Владикав каз,2007), научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития тех нологии производства продуктов питания» (Воронеж, 2008), I Международной на учно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промыш ленности» (Пятигорск, 2008), всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия» (Владикавказ, 2008), II Между народном форуме «Аналитики и аналитика» (Воронеж,2008), II Международной на учно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промыш ленности» (Пятигорск, 2009).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано печатных работ, из них одна в реферируемом журнале, рекомендуемом ВАК РФ при защите кандидатских диссертаций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, приложений.
Работа изложена на 140 страницах основного текста, включает 16 рисунков и таблицы. Список литературы включает 190 источников российских и зарубежных авторов.
Основное содержание работы
1. Обзор литературы В обзоре научно-технической литературы рассмотрены научно теоретические способы производства сахаристых продуктов ферментативным спо собом, дана их сравнительная характеристика.
Рассмотрены основные факторы, влияющие на получение мальтозной патоки с различным углеводным составом.
Рассмотрены и проанализированы основные направления применения мальтозной патоки в производстве пищевых продуктов, в том числе в производстве хлеба.
Проанализировано значение применения мальтозной патоки в улучше нии качества хлеба. На основе проведенного анализа сформулированы цель и зада чи исследований.
2. Экспериментальная часть Исследования проводили в лабораториях кафедры «Технология хлебопекар ного, макаронного и кондитерского производств» Московского государственного университета технологий и управления, в испытательном центре ГУ НИИ питания РАМН, в лаборатории ООО «Агрофирма ФАТ» г.Владикавказа, в лаборатории ОАО «Бесланский маисовый комбинат», в лаборатории структуры полимерных материа лов института синтетических полимерных материалов РАН, филиале ФГУ «Центр оценки безопасности и качества зерна и продуктов его переработки» (г.Владикавказ). Производственные испытания и выработку опытных партий хлебо булочных изделий осуществляли в пекарне ООО «Агрофирма Фат»г.Владикавказа.
Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
2.1 Объекты и методы исследований Объектами исследований являлись: крахмал кукурузный, патока мальтозная, 4 пробы пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта (1-4) с содержанием клейковины 28, 30, 32, 27,7% и Нидк 75,50,55,85 единиц прибора ИДК соответст венно, тесто, хлебобулочные изделия.
Разработка технологических решений использования мальтозной патоки в хлебопекарном производстве Научное обоснование технологии получения мальтозной патоки с применением фер ментных препаратов Исследование состава и свойств патоки Физико-химические показатели Свойства (вкус, сла Углеводный состав дость, вязкость) Исследование влияния мальтозной патоки на хлебопекарные свойства пшеничной муки Сила муки (количество и Газообразующая способность качество клейковины) муки.
Исследование влияния мальтозной патоки на реологические свойства теста Определение свойств тес- Определение свойств Исследование реологических та с применением фарино- теста с применением свойств теста на приборе альвеографа Шопена графа Брабендера «Реотест RV- 2» Исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий Исследование влияния мальтозной патоки на углеводный составхлеба Исследование влияния мальтозной патоки на состав сахаридов хлеба Исследование влияния мальтозной патоки на микроструктуру мякиша хлеба Исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий при хранении Разработка нормативной документации на хлебобулочные изделия и национальные мучные изделия с начинкой с применением мальтозной патоки Разработка бизнес-плана производства мальтозной патоки и оценка экономической эф фективности разработанных технологических решений Рисунок 1- Структурная схема исследований В работе использовали общепринятые и специальные химические, физико химические, органолептические методы исследования свойств сырья, полуфабрика тов и готовой продукции Качество кукурузного крахмала анализировали по следующим показателям:
массовая доля влаги, массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество, мас совая доля протеина в пересчете на сухое вещество, содержание диоксида серы (SО2), кислотность, содержание, примеси других крахмалов, жир экстрагируемый, органолептические показатели (внешний вид, вкус и запах, цвет) по ГОСТ 7698 – 93, ГОСТ Р 51985-2002.
Качество мальтозной патоки анализировали по ГОСТ Р 52О6О-2003 по сле дующим показателям: массовая доля сухих веществ, массовая доля редуцирующих веществ в пересчете на сухое вещество (глюкозный эквивалент), массовая доля общей золы, водородный показатель (рН).
Качество хлебопекарной пшеничной муки определяли по следующим пока зателям: массовая доля влаги (ГОСТ 9404-88), белизна (ГОСТ 26361-84), кислот ность (ГОСТ 27493-87), массовая доля и качество (упругие свойства) сырой клейко вины (ГОСТ 27839-88), крупность помола (ГОСТ 27560-87).
Упругие свойства сырой клейковины определяли на приборе ИДК-3М.
Дрожжи хлебопекарные прессованные анализировали по ГОСТ 171-81, соль поваренную пищевую по ГОСТ Р 51574-2000.
Газообразующую способность муки определяли на приборе АГ-1М.
Реологические свойства теста определяли на альвеогрофе «Chopin»(ИСО 5530-4, ГОСТ Р 51425-99), фаринографе «Brabender» ( ИСО5530-1, ГОСТ Р51404 99), ротационном вискозиметре «Реотест RV-2».
Пористость хлеба определяли по ГОСТ 5669-96 по методу Завьялова при по мощи прибора Журавлева.
Объем хлеба и формоустойчивость определяли по ГОСТ 27669-88.
Cостав сахаридов хлеба определяли на жидкостном хроматографе «Agilent 1100».
Определение микроструктуры хлеба проводили с использованием вакуумного напыляющего аппарата JFC – 1100E ion sputtering device фирмы JEOL на сканирую щем микроскопе JSM - 5300LV SCANNING МICROSCOPT фирмы JEOL.
Математическую обработку результатов исследований проводили с помощью регрессионно - факторного анализа, используя стандартный пакет Microsoft Excel 2000 и с помощью встроенных функций анализа данных и программой «Статисти ка-6».
2.2 Результаты исследований и их анализ 2.2.1 Научное обоснование применения мальтозной патоки, полученной ферментативным гидролизом крахмала, в хлебопекарном производстве Введенный ГОСТ Р 52060-2003 на патоку крахмальную предусматривает но вые методы анализа паток, полученных ферментативным способом. В нем упорядо чены термины и показатели качества по видам паток, что вызывает необходимость проведения исследований качества сахаристых продуктов в новых условиях в соот ветствии с настоящим стандартом.
Изучены и проанализированы проведенные ранее исследования по производ ству мальтозной патоки с использованием ферментативного гидролиза крахмала.
Основное преимущество ферментативного гидролиза крахмала заключается в уве личении скорости процесса, повышении чистоты продукта за счет уменьшения со держания продуктов реверсии.
Эффективным средством стабилизации хлебопекарных свойств муки, регули рования процесса брожения, формирования определенных свойств полуфабрикатов, улучшения качества хлеба, в том числе замедления процесса их черствения и сни жения крошковатости мякиша являются сахаристые продукты, получаемые в про цессе гидролиза крахмала. Таким продуктом является мальтозная патока.
Улучшающее действие крахмальной патоки на качество хлеба установлено рядом работ Н.Н. Журавлева, М.Я. Эльберта, Д.А. Нюшонкова, В.В. Щербатенко.
В «Сборнике рецептур на хлебобулочные изделия, вырабатываемые по Госу дарственным стандартам», патока входит в рецептуру некоторых сортов хлеба, в основном из ржаной муки и пшеничной I и II сортов, но не указывается вид патоки.
На основании ГОСТа Р 52060-2003 в зависимости от способа производства и угле водного состава патоку подразделяют на следующие виды: низкоосахаренная, кара мельная кислотная, карамельная ферментативная, мальтозная, высокоосахаренная.
Указанные патоки различаются по физико-химическим и органолептическим показателям, поэтому по-разному способны изменять хлебопекарные и реологиче ские свойства муки и показатели качества готового хлеба. В рецептуре необходимо конкретно указывать вид патоки, так как возможно влияние патоки не только на пищевую ценность хлеба, но и на весь технологический процесс производства. Рео логические свойства во многом зависят от количества и химического состава вхо дящих в него рецептурных компонентов, поэтому введение в рецептуры отдельных видов хлеба просто патоки недостаточно, необходимо проведение исследований конкретных видов патоки, получаемых в соответствии с ГОСТом Р 52060 -2003.
Этим обусловлен выбор данного сырья для разработки рецептуры и комплекта технической документации производства хлеба из пшеничной муки высшего сорта с использованием мальтозной патоки для улучшения реологических свойств мяки ша, пористости, вкуса, цвета корки, увеличения продолжительности сохранения в свежем виде.
Таким образом, в результате гидролиза крахмала образуются углеводы раз личной молекулярной массы. Их состав, а, следовательно, свойства и пути исполь зования различны. Управляя этим процессом в соответствии с требованиями ГОСТа Р 52060-2003, можно получить нужные для пищевой промышленности и питания продукты. Применение ферментных препаратов для гидролиза на любой стадии дает значительные преимущества благодаря направленности и специфичности их действия.
2.2.2 Исследование состава и свойств патоки При неполном гидролизе крахмала образуется многокомпонентная смесь, включающая моносахарид-глюкозу, дисахарид - мальтозу, олигосахариды (три-, тетрасахариды), полисахариды-декстрины, целесообразно изучить их состав, так как на ход гидролиза влияют различные факторы: рН среды, температура, активность ферментов, длительность процесса.
Задача исследования – определить состав и свойства патоки в зависимости от продолжительности осахаривания при одной и той же дозировке ферментных пре паратов Фунгамил 800 Л и Термамил 120 Л.
Для исследования углеводного состава сиропа были взяты 4 пробы. Продол жительность осахаривания: пробы №1 – 38ч, пробы №2 -38ч30мин, пробы №3 – 39ч, пробы №4 – 40ч.
Для каждой пробы проводили определение массовой доли сухих веществ и редуцирующих веществ (РВ), кислотности и рН. Результаты представлены в табли це 1. О степени гидролиза крахмала судили по содержанию редуцирующих веществ (РВ), так как редуцирующая способность патоки обусловлена входящими в ее состав Таблица 1 - Физико-химические показатели сиропов Показатели Продолжительность осахари вания, час 38 38 39 Массовая доля сухих веществ, % 33,1 33,2 33,0 33, Массовая доля РВ в пересчете на сухое вещест- 40,1 40,5 43,0 43, во (глюкозный эквивалент), % Кислотность, мл NaОН 0,1н. 6,6 6,4 4,0 4, Водородный показатель, рН 5,5 5,4 5,5 5, глюкозой, мальтозой, три- и тетрасахаридами, декстринами.
По результатам исследования, установлено, что сироп пробы 3 наиболее приго ден для получения патоки, дальнейшее проведение осахаривания нецелесообразно, содержание РВ пробы сиропа 4 в течение 40ч изменилось незначительно (0,1%) и с экономической точки зрения не эффективно, так как затраты на производство воз растут. Отобранный сироп пробы 3 уварили до содержания сухих веществ 79%.
На рисунке 2 показаны результаты проведенных исследований углеводного со става проб сиропов в зависимости от продолжительности осахаривания. По мере гидролиза и нарастания редуцирующих веществ содержание глюкозы и мальтозы увеличивалось, декстринов уменьшалось. По количеству углеводов – глюкозы, мальтозы, декстринов - анализировали такие свойства крахмальной патоки, как вкус, сладость, вязкость, которые определяли органолептически. Увеличение коли чества глюкозы и мальтозы в процессе гидролиза крахмала приводило к увеличению сладости, снижение количества декстринов приводило к снижению вязкости, и повыше нию качества патоки.
Затем готовую мальтозную па току подвергли анализу по ГОСТу Р 52060 – 2003 с целью опреде Рисунок 2 - Влияние продолжительности гидро лиза на углеводный состав ления следующих показателей:
массовая доля сухих веществ, массовая доля редуцирующих веществ, массовая доля общей золы в пересчете на сухое вещество, водородный показатель, кислотность, внешний вид, вкус и запах, цвет.
Полученная мальтозная патока - густая вязкая жидкость без постороннего привкуса и запаха, прозрачная, бесцветная. Массовая доля сухих веществ 79%, мас совая доля редуцирующих веществ (глюкозный эквивалент) – 43%, массовая доля общей золы 0,40%, кислотность 4,0 мл 0,1н NaOH, рН 5,5, мальтоза 67,9% от общих углеводов.
Таким образом, установлено, что по органолептическим и физико химическим показателям исследуемая мальтозная патока соответствует требовани ям ГОСТа Р 52060-2003. По содержанию редуцирующих веществ (глюкозы - 8,8% и мальтозы - 67,9%) полученная мальтозная патока высокого качества и может быть использована для исследования влияния ее на ход технологического процесса приготовления и качества хлебобулочных изделий.
2.2.3 Исследование влияния мальтозной патоки на «силу» муки и газооб разующую способность теста Основным фактором, обусловливающим «силу» муки, является содержание в ней клейковины и ее качество, а также реологические свойства теста. Поэтому на данном этапе исследования были изучены влияние вносимой мальтозной патоки на содержание и свойства клейковины муки и реологические свойства приготовленно го теста. Содержание и свойства клейковины определяли по ГОСТу 27839-88.
Для проведения исследований использовали 4 пробы пшеничной муки выс шего сорта с содержанием клейковины 28% и Нидк 75 единиц (проба 1), 30% и Нидк 50 единиц (проба 2), 32% и Нидк 55единиц (проба 3), 27,7% и Нидк 85 единиц. Для приготовления опытных образцов мальтозную Таблица 2 – Влияние мальтозной патоки на качество клейковины патоку вносили в количестве 1-5% к массе му Проба Качество клейковины, ки. Результаты проведенных исследований единиц прибора ИДК Мальтозная патока,% приведены в таблице 2.
1 2 3 4 Было установлено, что внесение мальтозной 1 75 75 75 75 патоки в количестве 1-5% не влияло на упру 2 50 50 50 50 3 55 55 55 55 гие свойства клейковины. Это, вероятно, свя 4 85 85 85 85 зано с вымыванием сахаров патоки вместе с крахмалом и частицами оболочек при отмывании сырой клейковины, учитывая и то, что мальтоза хорошо растворима в воде.
Таким образом, результаты исследования показали, что мальтозная патока не влия ла на упругие свойства клейковины, но учитывая особенности углеводного состава и возможные химические превращения в процессе тестоприготовления и выпечки, целесообразно было исследовать влияние мальтозной патоки на реологические свойства теста и газообразующую способность пшеничной муки высшего сорта.
Учитывая наличие в мальтозной патоке углеводов – глюкозы 8,8%, мальтозы 67,9%, декстринов 23,1% (рисунок 2), целесообразно было исследовать влияние мальтозной патоки на газообразующую способность пшеничной муки. Для проведе ния исследований использовали пшеничную муку высшего сорта с содержанием клейковины 32% и НИДК 55 единиц прибора ИДК, длительность брожения составила 5ч. Для изучения влияния мальтозной патоки на газообразующую способность му ки ее вносили в количестве 1- 5% к массе муки.
В газообразовании, происходящем при брожении теста, участвуют собствен ные сахариды муки, сахариды, образующиеся в тесте в результате действия амило литических ферментов на крахмал, а также сахариды, вносимые в тесто с мальтоз ной патокой.
Результаты исследований показали, что с увеличением количества вносимой мальтозной патоки увеличивался объем выделившегося диоксида углерода. Наибо лее интенсивно сбраживание сахаридов и образование диоксида углерода происхо дило в первые 3 часа брожения теста. Во всех опытных пробах по сравнению с кон трольной увеличилось содержание диоксида углерода, образовавшегося в тесте на 3,6%,7,1%,8%,8%,8, 9% соответственно за 1 час, на 11,7%, 12,5%, 13,3%, 13,3%, 13,8% соответственно за 2 часа и на 12,6%, 21,5%, 22,1%, 22,2%, 25,2% соответст венно за 3 часа брожения. Окончание брожения характеризовалось менее интенсив ным процессом газообразования, однако прирост диоксида углерода в опытных пробах по сравнению с контролем составил 1,2%, 7,2%, 10,2%, 10,8%, 13,6% соот ветственно.
Таким образом, мальтозная патока положительно повлияла на газообразую щую способность теста, значительно интенсифицировала процесс брожения и со зревания теста. Полученные результаты показали целесообразность проведения дальнейших исследований по определению влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий.
2.2.4 Исследование влияния мальтозной патоки на реологические свойства теста Поскольку упругие свойства клейковины определяют реологические свой ства теста, то исследовали и влияние мальтозной патоки на свойства теста.
Для определения силы муки по реологическим свойствам теста применяли са мопишущие приборы фаринограф Брабендера (Германия) и альвеограф Шопена (Франция), ротационный вискозиметр «Реотест -RV2». При исследовании свойств теста на фаринографе определяли водопоглотительную способность, время образо вания теста, устойчивость теста, степень разжижения.
Результаты исследования, представленные в таблице 3, показали, что внесение мальтозной патоки в количестве от 2% и выше снижало устойчивость теста во время замеса и увеличивало степень его разжижения. При этом снижался показатель водо поглотительной способности муки на 0,5%, 1,0%, 1,5%, 1,7%, 2% по отношению к контрольной пробе.
Таблица 3 - Влияние мальтозной патоки на реологические свойства теста по фаринографу Характеристика теста Кон- Пробы с мальтозной патокой троль 1% 2% 3% 4% 5% ВПС, % 56,4 55,9 55,4 54,9 54,7 54, Время образования теста, мин 2, 0 2, 0 1,9 1,8 1,8 1, Устойчивость теста, мин 1, 9 1, 9 1, 8 1,8 1,8 1, Степень разжижения теста, ед.фар 140 140 145 145 149 Это может быть объяснено тем, что в опытных пробах теста содержится значи тельное количество сахаридов (глюкозы 8,8%, мальтозы 67,9%, декстринов 23,1%), молекулы которых связывают большое количество молекул воды, что приводит к снижению набухания коллоидов муки. Следовательно, увеличение сахаридов в тесте способствовало снижению количества связанной воды и увеличению количества гидратированной молекулами сахаридов воды (свободной воды), что и ослабляло консистенцию теста, повышалась его пластичность.
На приборе альвеограф определяли следующие показатели свойств теста: пре дельное давление воздуха (Р, мм), соотвествующее упругой деформации теста;
об щая деформация теста (L, мм);
количество энергии, затрачиваемой на надувание шара до момента его разрыва (W,10-4Дж) и отношение Р/L. Полученные результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Влияние мальтозной патоки на реологические свойства теста по альвео графу Показатели альвеограмм Кон- Пробы с мальтозной патокой троль 1% 2% 3% 4% 5% Упругость Р, мм 95,20 94,80 94,10 93,50 93,00 92, Растяжимость L, мм 115,00 117,00 120,00 122,00 123,10 124, Энергия деформации W,104Дж 360,62 370,5 383,57 387, 64 388,10 388, прирост к контролю, % Отношение Р/L 0,83 0,81 0, 78 0, 77 0,76 0, Внесение мальтозной патоки в количестве от 1% до 5% к массе муки по срав нению с контрольной пробой способствовало снижению упругих свойств теста на 0,4%, 1,2%, 1,8%, 2,3%, 2,5% соответственно, при этом повышалась энергия дефор мации на 2,7%, 6,4%, 7,5%, 7,6%, 7,7%, общая деформация теста на 1,7%, 4,3%, 6,1%, 7,0%, 8,0%. Внесение мальтозной патоки в тесто делает его более эластичным, что позволит увеличить его газоудерживающую способность и показатель удельно го объема хлеба.
Об изменении реологических свойств теста судили по показателю эффектив ной вязкости, который определяли на ротационном вискозиметре Реотест RV-2.
Приведенные на рисунке 3 результаты исследований показали, что при внесе нии мальтозной патоки в количестве от 1% до 5% к массе муки снижался показатель вязкости теста.
Наиболее приемлемой является дози ровка мальтозной патоки в количестве 2-3% к массе муки. При дозировке 4 5% ослаблялась консистенция теста.
Рисунок 3 - Зависимость эффективной вяз кости от содержания мальтозной патоки Влияние патоки на реологические свойства теста объясняется дегидратирующими свойствами мальтозы и декстринов, которые ограничивают набухание коллоидов муки, снижают силу крахмальных ге лей, играя роль пластификатора теста. Гидрофильность сахаридов обусловлена на личием многочисленных ОН-групп, которые взаимодействуют с молекулами воды посредством водородной связи, приводя к сольватации и (или) к растворению саха ридов и многих их полимеров. Сахариды в тесте и изделиях играют не только пи щевкусовую роль, но имеют и технологическое значение. Они ограничивают осмо тическое набухание белков и повышают пластичность теста. По результатам прове денных исследований реологических свойств пшеничного теста с внесением маль тозной патоки установлено, что патока оказала влияние на свойства теста, способст вовала снижению таких реологических показателей, как вязкость, упругость, и увеличению пластичности теста, что улучшит качество хлеба при переработке муки со средней и сильной по качеству клейковиной. Применение различных дозировок мальтозной патоки в зависимости от хлебопекарных свойств пшеничной муки по зволит регулировать реологические свойства полуфабрикатов, влиять на ход техно логического процесса и улучшать качество хлебобулочных изделий.
Таким образом, из проведенных исследований следует сделать вывод, что мальтозная патока влияет на реологические свойства теста и может благоприятно повлиять на качество хлеба из муки различной силы.
2.2.5 Исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий Для изучения влияния мальтозной патоки на качество хлеба и установления наиболее рациональной дозировки были проведены пробные лабораторные выпеч ки. Для проведения исследований использовали 4 пробы пшеничной муки высшего с содержанием клейковины 28% и Нидк 75 единиц (проба 1), 30% и Нидк 50 единиц (проба 2), 32% и Нидк 55единиц (проба 3), 27,7% и Нидк 85 единиц. Тесто готовили безопарным способом. Контрольную пробу готовили из муки высшего сорта без внесения мальтозной патоки, опытные пробы теста готовили с внесением мальтоз ной патоки в количестве 1%, 2%, 3%, 4%, 5% к массе муки.
О качестве хлеба судили по изменению следующих показателей: удельнный объем, формоустойчивость, пористостость, внешний вид, состояние мякиша, запах, вкус. На рисунке 4 показана зависимость удельного объема хлеба от количества вносимой мальтозной патоки.
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что мальтозная патока улучшила физико-химические показатели качества хлеба из всех проб муки, т.е.
слабой и сильной муки. Наиболее заметно было изменение качества хлеба при ис следовании муки пробы 3.
При внесении мальтозной патоки в количестве от 1%,2%,3%,4%,5% к массе муки объемный выход, формоустойчивость, увеличивались по сравнению с кон трольной во всех исследуемых пробах. Самым эффективным и экономичным явля ется внесение мальтозной патоки в к оличестве 2-3% к массе муки. При внесении мальтозной патоки в тесто из муки с пониженными хлебопекарными свойствами (проба 2, проба 4) в количестве 2% удельный объем хлеба увеличился по сравнению с контрольной пробой на 10,7% и 2,9% соответственно, формоустойчивость увели чилась на 13,5% и 2,9% соответственно, пористость увеличилась на 2,9% и 3,1% со ответственно.
При внесении мальтозной патоки в тесто из сильной муки (проба3) в количе стве 2% к массе муки удельный объем хлеба увеличился на 29,2%, формоустойчи вость увеличилась на 10%, пористость увеличилась на 10,5%. Добавление мальтозной патоки положительно влияло на ход реакции меланоидино образования, что подтверждалось по лучением более яркоокрашенной кор ки хлеба, с более выраженным ароматом, Рисунок 4 - Влияние мальтозной па чем в контрольной пробе. При внесении токи на удельный объём хлеба мальтозной патоки в количестве 4%, 5% формоустойчивость хлеба снижалась во всех пробах, но по сравнению с контрольной пробой увеличивалась в среднем на 8,7%.
В результате анализа влияния патоки на удельный объем, формоустойчивость, пористость хлеба установлено, что мальтозную патоку целесообразно вносить в ко личестве 2-3% к массе муки. При выпечке хлеба из муки пробы 4 (муки слабой по силе), контрольная проба хлеба имела крошащийся, неэластичный мякиш, при до бавлении патоки крошливости мякиша не наблюдалось.
По органолептическим показателям хлеб, выпеченный с добавлением маль тозной патоки, отличался от контрольной пробы большей упругостью и эластично стью, хорошей разрыхленностью мякиша, равномерной, мелкой пористостью, свет ло-желтой коркой. Мальтозная патока способствовала улучшению вкуса и аромата хлеба.
По результатам исследования установлено, что мальтозная патока способст вовала повышению показателей качества опытных образцов хлеба, что обусловле но улучшением хлебопекарных свойств пшеничной муки. Дальнейшие исследова ния проводили с внесением мальтозной патоки в количестве 1%,2%,3%, так как ис следуемые пробы хлеба имели лучшие показатели качества, чем при внесении 4-5%.
2.2.6 Исследование влияния мальтозной патоки на состав сахаридов хлеба Углеводы, входящие в состав мальтозной патоки, не только улучшают качество хлеба, но являются источником энергии для человеческого организма, по этому целесообразно исследовать состав сахаридов хлеба.
Для проведения исследований использовали пшеничную муку с содержанием клейковины 32% и Нидк 55единиц (проба 3).
Результаты исследования состава сахаридов хлеба (рисунок 5) показали что произошло значительное увеличение содержания глюкозы и мальтозы соответст венно на 0,15-0, 57г и 0,40-1,06г на 100г. продукта, что, вероятно, можно объяснить присутствием этих сахаридов как в применяемой мальтозной патоке, так и накопле нием их в тесте при брожении вследствие действия амилаз на крахмал, и дальней шим гидролизом крахмала, ди- и трисахаридов в процессе выпечки.
Увеличение общего содержания водорастворимых, восстанавливающих саха ридов (глюкозы, мальтозы) положительно повлияло на вкус, цвет и аромат хлеба.
Увеличение содержания дисахаридов способствовало улучшению цвета и аромата хлеба благодаря их способности связывать ароматические вещества и со хранять цвет.
Таким образом, выяснено, что при внесении мальтозной патоки состав сахаридов изменялся в сторону уве личения моно- и дисахаридов, осо бенно мальтозы, что объясняет по Рисунок 5 - Влияние мальтоной патоки на вышение газообразования в тесте, состав сахаридов хлеба улучшение органолептических и физико-химических показателей качества хлеба.
2.2.7 Исследование влияния мальтозной патоки на микроструктуру мя киша хлеба Для определения механизма улучшения качества хлебобулочных изделий и возможности сохранения их свежести исследовали влияние мальтозной патоки на структуру мякиша хлеба с помощью вакуумного напыляющего аппарата скани рующего микроскопа JSM - 5300LV SCANNING МICROSCOPT (рисунок 6).
1) Микроструктура мякиша хлеба 2) Микроструктура мякиша хлеба (х2000) (контроль) (х2000) (1% мальтозной патоки) 3) Микроструктура мякиша хлеба 4) Микроструктура мякиша хлеба (х2000) (2% мальтозной патоки) (х2000) (3% мальтозной патоки) Рисунок 6 - Влияние мальтозной патоки на микроструктуру мякиша хлеба (увеличение 2000) При рассмотрении микрофотографий микроструктуры проб видно, что со стояние пористости мякиша хлеба различных проб зависит от количества вносимой мальтозной патоки. Пористость мякиша хлеба без добавления мальтозной патоки можно охарактеризовать как «средняя равномерная». Применение мальтозной пато ки обусловливает образование пор, равномерно распределенных по всему объему мякиша. С увеличением дозировки мальтозной патоки создается плотная белково углеводная структура за счет равномерного обволакивания клейковинными белками крахмальных зерен, что наиболее заметно при сравнении фотографий проб хлеба с 3-х процентным содержанием патоки и контрольной. Эти изменения улучшают структуру мякиша хлеба его эластичность и равномерность пористости.
Таким образом, проведенные исследования микроструктуры мякиша хлеба показывают, что использование мальтозной патоки в тестоприготовлении положительно повлияло на качество хлеба. Хлеб с развитой пористостью и с тонки ми стенками имел больший удельный объем, что позволило повысить его сохраняе мость в свежем виде.
2.2.8 Исследование влияния мальтозной патоки на качество хлебобулочных изделий при хранении В исследовании использовали пшеничную муку пробы 3, мальтозную патоку вносили в количестве 1-5% к массе муки.
При исследовании влияния мальтозной патоки на процесс черствения хлеба существенную роль играет органолептическая и дегустационная оценка свежести хлеба. Использован метод дифференциальной балльной органолептической оценки свежести-черствения хлеба. В исследованиях приняли участие 19 дегустаторов, ко торые оценивали качество образцов хлеба, хранившихся после выпечки от 4 до 48ч. Оценивали качество хлеба по пятибалльной шкале по наиболее важным показа телям: вкуса, аромата (запаха), мягкости, эластичности и крошковатости мякиша. баллов соответствует очень свежему хлебу, 4 – свежему хлебу, 3 - умеренно черст вому хлебу, 2 – черствому и 1- очень черствому. Результаты проведенных исследо ваний приведены на рисунке 7.
По дегустационным листкам для каждого образца хлеба и по каждому призна ку вычислили среднее значение балла с учетом длительности хранения. Из приве денных данных видно, что внесение мальтозной патоки положительно повлияло на сохранение свежести хлеба при хранении, при этом лучшие результаты были дос тигнуты при дозировке мальтозной патоки в количестве 2-3% к массе муки. Регу лируя количество вносимой мальтозной патоки с учетом качества муки, можно по высить не только качество хлеба, но и увеличить сроки сохранения его свежести.
контроль контроль контроль 5 5 4 4 3 3 5% 1% 5% 1% 5% 1% 4ч 4ч 4ч 2 2 8ч 8ч 8ч 1 1 0 12ч 0 12ч 0 12ч 24ч 24ч 24ч 48ч 48ч 48ч 4% 2% 4% 2% 4% 2% 3% 3% 3% 1) вкус 2) аромат (запах) 3) мягкость мякиша контроль контроль 5 4 3 5% 1% 5% 1% 4ч 4ч 2 8ч 8ч 1 0 12ч 0 12ч 24ч 24ч 48ч 48ч 4% 2% 4% 2% 3% 3% 4) эластичность мякиша 5) крошковатость Рисунок 7 - Профилограммы органолептической оценки свежести хлеба Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать вы вод о целесообразности использования в хлебопекарном производстве мальтозной патоки как улучшителя качества хлебобулочных изделий из пшеничной муки выс шего сорта и сохранения их свежести.
2.2.9 Разработка нормативной документации на хлебобулочные изделия и на циональные мучные изделия с начинкой с применением мальтозной патоки Опытно-промышленную апробацию результатов исследований проводили в пекарне ООО «Агрофирма Фат» г. Владикавказа, для подтверждения эффективности разработанной технологии производства хлеба с применением мальтозной патоки с целью улучшения качества хлеба.
Результаты исследований влияния мальтозной патоки на качество хлеба, про веденных в лаборатории ООО «Агрофирма ФАТ» г. Владикавказа, лаборатории МГУТУ, подтверждены производственными испытаниями. Доказана возможность приготовления пшеничного хлеба «Румяный» безопарным, опарным и ускоренным способами, а также целесообразность внедрения данной технологии в производство для повышения качества хлеба и расширения ассортимента.
На основании проведенных исследований разработана и утверждена в уста новленном порядке нормативная документация, необходимая для промышленного производства хлеба «Румяный», сдобных любительских булочек «Неженка», нацио нальных осетинских пирогов «Олибах».
В диссертации представлены акты производственных испытаний, бизнес-план производства мальтозной патоки и экономическая эффективность применения в хлебопекарном производстве.
Выводы Технологические решения, открывают реальные возможности использования мальтозной патоки в технологии хлебобулочных и национальных мучных изделий.
1. На основе исследования закономерностей действия ферментных препаратов Фунгамил 800 Л и Термамил 120 Л установлено, что совместное действие этих пре паратов способствовало увеличению скорости процесса с образованием высококаче ственной мальтозной патоки, продолжительность процесса осахаривания составила 39 ч.
2. Установлено, что по мере гидролиза и нарастания редуцирующих веществ со держание глюкозы и мальтозы увеличивалось, декстринов снижалось. Увеличение количества глюкозы и мальтозы в процессе гидролиза крахмала приводило к уве личению сладости, снижение количества декстринов приводило к снижению вязко сти и повышению качества патоки.
3. Установлено, что с увеличением количества вносимой мальтозной патоки увеличивался объем выделившегося диоксида углерода. Выявлено, что мальтозная патока не влияла на упругие свойства клейковины.
4. Установлено, что патока оказала влияние на свойства теста, способствовала снижению таких реологических показателей, как вязкость, упругость и увеличению пластичности теста, что улучшило качество хлеба при переработке муки со средней и сильной по качеству клейковиной.
5. Установлено, что применение мальтозной патоки способствовало увеличению показателей удельного объема, формоустойчивости и пористости хлеба. Цвет пато ки не повлиял на цвет мякиша хлеба, что подтверждает возможность применения ее при выработке хлебобулочных изделий из пшеничной муки высшего сорта. Для получения хлеба высокого качества из пшеничной муки высшего сорта целесооб разно использовать мальтозную патоку в количестве 2-3% к массе муки.
6. Установлено, что при внесении мальтозной патоки состав сахаридов изменял ся в сторону увеличения моно- и дисахаридов, особенно мальтозы, что объясняет повышение газообразования в тесте, улучшение органолептических и физико химических показателей качества хлеба.
7. Методом электронной микроскопии исследованы особенности микрострукту ры теста, заключающееся в том, что с увеличением дозировки мальтозной патоки создается плотная белково-углеводная структура за счет равномерного обволакива ния клейковинными белками крахмальных зерен, Эти изменения улучшили струк туру мякиша хлеба его эластичность и равномерность пористости.
8. Установлено, что хлеб, приготовленный с мальтозной патокой, как свежевы работанный, так и хранившийся, дольше сохраняет свежесть, имеет высокие орга нолептические и физико-химические показатели. Хлеб с развитой пористостью и с тонкими стенками имел больший удельный объем, что позволило повысить его со храняемость в свежем виде.
9. Разработана нормативная документация на хлеб «Румяный», сдобные люби тельские булочки «Неженка», национальные осетинские пироги «Олибах».
10. На основе проведенных исследований разработан бизнес-план произ водства мальтозной патоки. Опытно-промышленный контроль в условиях ООО «Агрофирма ФАТ» г. Владикавказа подтвердил целесообразность и эффективность применения мальтозной патоки в хлебопекарном производстве. Годовой экономи ческий эффект от внедрения новых видов хлебобулочных изделий в год составит:
хлеба «Румяный»-500тыс руб., сдобных булочек «Неженка» -600тыс руб., нацио нальных осетинских пирогов «Олибах» - 2 500тыс руб.
Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Кокаева З.К. Исследование влияния мальтозной патоки на реологические свойства пшеничного теста [Текст] /З.К.Кокаева, Т.Б. Цыганова, О.А. Гакова //Хранение и переработка сельхозсырья. - 2007, №5. - С. 33-34.
2. Цыганова Т.Б. Производство мальтозной патоки с применением ферментных препаратов [Текст] / Т.Б. Цыганова, З.К. Кокаева, А.Н. Бероева // Сборник материалов научно-практической конференции МГУТУ, посвященной 100 летию со дня рождения Н.П. Козьминой. М: Эйдос, 2005. - С.9-12.
3. Цыганова Т.Б. Новые виды патоки в условиях производства ОАО «БМК» [Текст] / Т.Б. Цыганова З.К. Кокаева, А.Н. Бероева // Сборник материалов научно-практической конференции МГУТУ, посвященной 100-летию со дня рождения Н.П. Козьминой. – М: Эйдос, 2005. - С.12-17.
4. Цыганова Т.Б. Использование мальтозной патоки в хлебопекарном произ водстве для повышения качества хлебобулочных изделий [Текст] / Т.Б. Цыга нова, З.К. Кокаева, Г.В. Золоева, В.М. Чельдиева // Стратегия развития пище вой промышленности: труды XII Международной научно-практической кон ференции. Выпуск XI, том1, М: МГУТУ, 2006. - С. 246-248.
5. Кокаева З.К. Мальтозная патока в производстве пшеничного хлеба [Текст]/ З.К. Кокаева, Ф.Л. Миндиашвили, В.М. Чельдиева, К.А.Уримагов // Сборник научных трудов. Академия наук высшей школы Р.Ф. Владикавказ:
«Терек», 2007. - №5.- С 167-172.
6. Кокаева З.К. Производство сахаристых продуктов из отечественных видов сырья [Текст] /З.К. Кокаева, Ф.Л. Миндиашвили // Актуальные проблемы экологии и сохранения биоразнообразия Северного Кавказа. Материалы ре гиональной научной конференции. Владикавказ: СОГУ, 2007. - С.135-138.
7. Кокаева З.К. Биотехнологические решения применения мальтозной патоки для повышения качества хлеба из муки пшеничной общего назначения [Текст] / З.К. Кокаева, Ф.Л.Миндиашвили // Актуальные проблемы экологии и сохра нения биоразнообразия. Материалы Всероссийской научной конференции.
Владикавказ: СОГУ, 2008. – С. 145-150.
8. Кокаева З.К. Актуальные проблемы получения мальтозной патоки из зерно вого сырья [Текст] /З.К. Кокаева, Ф.Л. Миндиашвили, В.М. Чельдиева //Инновационные технологии в пищевой промышленности. Материалы I Ме ждународной научно-практической конференции. Пятигорск: «Риа-КМВ», 2008. – С.50-53.
9. Кокаева З.К. Исследование физико-химических свойств хлеба при добавле нии мальтозной патоки [Текст]/ З.К.Кокаева, К.Б.Дзеранова //Аналитики и аналитика. Материалы II Международного Форума.Том1. Воронеж,2008. – С.
556.
10. Кокаева З.К. Актуальные проблемы улучшения качества хлеба с применеем мальтозной патоки [Текст]. / З.К.Кокаева, Ф.Л. Миндиашвили, В.М. Чельдиева // Инновационные технологии в пищевой промышленности. Материалы II Международной научно-практической конференции. Пятигорск: «Риа-КМВ», 2009. – С.48-51.
11. Заявка на патент. «Способ приготовления хлеба» №2009122362/13 (030878) 14июля 2009г.