Совершенствование технологии ржаных солодовых экстрактов с применением экструзии

На правах рукописи

ГАРШ ЗИНАИДА ЭРГАРДОВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЖАНЫХ СОЛОДОВЫХ ЭКСТРАКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭКСТРУЗИИ 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-2010

Работа выполнена в НОУ ДПО «Международная промышленная академия» доктор технических наук, профессор Научный руководитель Краус Сергей Викторович доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты Щербакова Ольга Евгеньевна кандидат технических наук, доцент Ильичев Геннадий Николаевич ГНУ ВНИИ крахмалопродуктов РАСХН Ведущая организация

Защита состоится «24» декабря 2010 г в 1500 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 ФГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им К. Г.

Разумовского по адресу: 109029, г. Москва, ул. Талалихина, д.31, ауд. 36.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.

Г. Разумовского.

Автореферат размещен на сайте ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: «24» ноября 2010 г

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных путей насыщения рынка конкурентоспособными товарами является широкое внедрение в производство прогрессивных способов переработки традиционного сырья и ресурсосберегающих технологий, обеспечивающих повышение качества продукции и сокращение производственного цикла. Помимо обогащающих компонентов в технологии хлеба традиционно используются пищевые добавки и хлебопекарные улучшители, интенсифицирующие технологический процесс, корректирующие свойства исходного сырья и выполняющие другие функции.

Вопросам расширения сырьевой базы хлебопекарной промышленности и создания новых технологий, позволяющих улучшить качественные показатели продукции, посвящены работы таких ученых, как Л.Я. Ауэрманн, Л.И. Пучкова, Т.Б. Цыганова, Р.Д. Поландова, И.В. Матвеева и др.

Со стороны хлебопекарных предприятий России существует устойчивый спрос на солодовые экстракты, которые, являясь источником сбраживаемых сахаров, азотистых соединений и мальтодекстринов, повышают выход хлеба, улучшают органолептические характеристики и способствуют длительному сохранению свежести.

Отечественная промышленность освоила производство концентрата квасного сусла и ячменно-солодовых концентратов, однако красящие экстракты, которые не только интенсифицируют брожение теста и улучшают органолептические характеристики, но и придают темный цвет мякишу, в России не производятся, хотя хлебопекарные предприятия ежегодно перерабатывают около 1,5 тыс. тонн импортных темных экстрактов. Это связано с отсутствием отечественного производства красящих (жженых) солодов, без которых невозможно добиться требуемой цветности сусла и концентрированного экстракта. Одним из основных процессов при производстве жженых солодов является длительное обжаривание при высоких (от 160 до 230С) температурах – сложная и дорогостоящая технология, поэтому российские производители пива используют в основном импортные специальные солода.

Из вышеизложенного следует, что актуальной задачей является поиск эффективного способа подготовки зернового сырья, позволяющего вырабатывать темные солодовые экстракты, не выходя за рамки сырьевой и технической базы российских предприятий, т.е. исключая операцию обжаривания. В качестве такого способа может быть рекомендована экструзионная обработка солода. Одновременное воздействие на обрабатываемый материал влаги, тепла и механических напряжений различного вида при экструзии приводит к деструкции биополимеров зерна (крахмала и белка) при параллельном протекании реакций неферментативного потемнения, в результате чего усиливается цвет готового продукта и может быть повышен выход экстракта при затирании.

Развитие теории и практики экструзионной обработки крахмалсодержащего сырья отражено в работах А.И. Жушмана, В.Г. Карпова, В.В. Юрьева и других отечественных и зарубежных ученых. Вместе с тем возможности экструзионной обработки при подготовке сырья к экстрагированию изучены недостаточно, поэтому поиск путей получения красящих солодовых продуктов экономически выгодным способом с применением экструзии является актуальной темой научных исследований.

Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в разработке технологии экструдированного ферментированного (далее – ЭФС) и неферментированного (далее – ЭНФС) ржаного солода, предназначенного для переработки в солодовые экстракты для использования в хлебопекарной промышленности с целью расширения ассортимента и улучшения качества хлебобулочных изделий.

В соответствии с поставленной целью были определены основные задачи:

- изучить предложение солодовых экстрактов на российском рынке, исследовать их состав, свойства и возможности применения;

- научно обосновать целесообразность проведения экструзионной обработки сырья в производстве солодовых экстрактов;

- исследовать влияние экструзионной обработки на физико-химические свойства ржаного солода (содержание водорастворимых веществ, набухаемость) и определить оптимальные параметры экструдирования;

- оптимизировать параметры процесса затирания и разработать общие технологические рекомендации производства экстрактов из экструдированного солода;

- исследовать физико-химические свойства полученных экстрактов, провести их потребительскую оценку;

- изучить возможности использования экстрактов из экструдированного солода в производстве ржано-пшеничного хлеба;

- изучить возможность использования фильтрационных осадков для затемнения мякиша хлебобулочных изделий;

-разработать технологическую схему производства солодового экстракта из ЭФС с добавлением неферментированного солода на базе серийно выпускаемого оборудования;

- разработать проект нормативно-технической документации на солодовый экстракт и определить технико-экономическую эффективность от внедрения новой технологии;

- провести производственную проверку новой технологии.

Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность проведения экструзионной обработки ферментированного ржаного солода при получении темных солодовых экстрактов.

На основании исследований выявлено, что экструзионная обработка солода перед экстрагированием повышает содержание редуцирующих веществ в экстрактах, увеличивает экстрактивность начального сусла и значительно повышает цветность продукта.

Выявлены зависимости содержания водорастворимых веществ и набухаемости экструдированного ржаного солода от параметров экструзионной обработки (температуры в рабочем канале экструдера и влажности материала).

Получены кривые снижения вязкости суспензии экструдата ферментированного солода в начале затирания при внесении различных комплексов цитолитических ферментов, на основании которых был выбран наиболее эффективый при работе с данным сырьем ферментный препарат.

Получены экспериментальные данные, отражающие изменение физико химического состава экстрактов и сокращение времени осахаривания при частичной замене амилолитических ферментных препаратов суспензией неферментированного солода.

Получены новые данные о влиянии экстрактов из ржаного солода, прошедшего экструзионную обработку, на физико-химические и органолептические характеристики ржано-пшеничного хлеба.

На основании проведенных Практическая значимость работы.

исследований разработан способ подготовки ржаного ферментированного солода к экстрагированию с применением экструзионной обработки.

Рассчитан продуктовый баланс производства солодового экстракта предложенным способом. Показана экономическая эффективность использования из экструдированного солода для производства экстракта.

Показана возможность замены заваренного ржаного ферментированного солода (дозировка 8% к массе муки) при производстве ржано-пшеничного хлеба темными солодовыми экстрактами, полученными из ЭФС, в дозировках и 3% к массе муки.

Показана возможность применения темных солодовых экстрактов и высушенного фильтрационного осадка (солодовой дробины) для затемнения мякиша хлебобулочных изделий из пшеничной муки.

Разработана технология производства темных солодовых экстрактов из ЭФС с добавлением неферментированного ржаного солода в качестве источника амилолитических ферментов. Предложена аппаратурная схема производства этих продуктов. Проведена промышленная апробация разработанной технологии на ООО «Концентрат» (п.г.т. Шилово, Рязанская область).

Разработан проект нормативной документации экструдированный солод и экстракты из экструдированного ржаного солода.

Подана заявка на патент МПК С 12 С 1/18 №2009103591/13 от 03.02. «Способ производства солодового экстракта».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференции-конкурсе научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов за 2008 год (Москва);

на XVII Международной конференции по крахмалу (Москва, 2009);

на Втором Международном хлебопекарном форуме в рамках 15-й Международной выставки «Современное хлебопечение – 2009 (Москва, 2009);

на Всероссийской научно-практической конференции «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов» (Углич, 2009);

на 3-й конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии «Обеспечение качества и безопасности продукции агропромышленного комплекса в современных социально-экономических условиях» (Москва, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК, и заявка на патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, характеристики объектов и методов исследования, экспериментальной части, выводов, библиографического списка из 198 источников, из которых 51 иностранных, и 4 приложений. Работа изложена на 150 страницах, содержит 15 рисунков и 28 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Обзор литературы В обзоре литературы приведена классификация солодовых экстрактов, рассмотрена область их применения в пищевой промышленности, дан краткий анализ рынка импортных продуктов. Обобщены данные об используемом в производстве солодовых экстрактов сырье, приведена характеристика специальных солодов. Дан обзор промышленных технологий производства солодовых экстрактов, рассмотрены отдельные стадии технологического процесса. Показаны перспективы использования ржаного солода в производстве солодовых экстрактов, приведены теоретические основы экструзионной обработки крахмалсодержащего сырья. Представлены данные, подтверждающие перспективность использования экструзии как способа подготовки солода к экстрагированию при получении темных солодовых экстрактов.

2. Объекты и методы исследований В работе использовали солод ржаной ферментированный и неферментированный в зернах (ГОСТ Р 52061-2003) производства ООО «Петербургская солодовня», ферментные препараты Novozymes® и Genencor®, муку пшеничную хлебопекарную высшего и первого сорта (ГОСТ Р 52189 2003), муку ржаную обдирную (ГОСТ 70045-90), дрожжи хлебопекарные прессованные (ГОСТ 171-81), соль поваренную пищевую (ГОСТ Р 51574-2000).

Экструдирование проводили на одношнековом пресс-экструдере КМЗ 2У. Анализ качества сырья и экструдатов производили по общепринятым методикам. Содержание сухих веществ в солоде и экструдатах определяли по ГОСТ 13586.5-93, зольность – по ГОСТ 108472-74, содержание крахмала – методом Эверса по ГОСТ 10845-98 на приборе Polartronic NH8 фирмы Schmidt+Haensch, содержание белковых веществ - методом Кьельдаля по ГОСТ 10846-91 на автоматическом анализаторе фирмы Bchi. Содержание водорастворимых веществ определяли методом Шоха, набухаемость экструдатов - по методике, изложенной в ТУ 9187-001227949689- «Крахмалопродукты набухающие. Технические условия». Активность амилолитических ферментных препаратов определяли по ГОСТ 20264.4-89.

Динамическую вязкость суспензий солода определяли с помощью прибора «Rheotest 2», содержание сухих веществ в экстрактах ареометрическим методом по ГОСТ 6687.2, содержание редуцирующих сахаров - методом Вильштеттера-Шудля, полноту осахаривания по ГОСТ Р 52060 2003, углеводный состав экстрактов - методом ВГЖХ на анализаторе фирмы Bischoff (Швейцария).

Органолептические показатели готовых экстрактов определяли по ГОСТ 6687.5-86, общую титруемую кислотность - по 6687.4-86, цветность – с помощью фотометра КФК-3. Оценку качества хлеба проводили в соответствии с ГОСТами, упруго-пластические свойства мякиша определяли с помощью прибора «Структурометр СТ-1», цветность мякиша – путем обработки полученных с планшетного сканера изображений в программе Adobe Photoshop CS2. Обработку экспериментальных данных и построение графических зависимостей осуществляли с помощью программных пакетов TableCurve 3D 4.0, Statistica 6.0 и MS Office Excel 2007.

3. Экспериментальная часть Исследования проводили во Всероссийском научно-исследовательском институте крахмалопродуктов, на кафедре технологии хлеба, кондитерских и макаронных изделий Кемеровского технологического института пищевой промышленности, на кафедре технологии продуктов питания Международной промышленной академии, в технологическом центре ООО «ИРЕКС».

Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

3.1 Научное обоснование использования экструдированного ржаного солода в производстве солодовых экстрактов для хлебопекарной промышленности Для определения объективных критериев технологической ценности экстрактов как сырья для хлебопечения были проанализированы образцы импортной продукции: «Глофа» (IREKS GmbH, Германия);

«Малтакс» (OY Lahden Polttimo AB, Финляндия);

Dark Malt Extract Extra (Laihian Mallas OY, Финляндия);

«Солэкс» (Backaldrin International GmbH, Австрия). После определения физико-химических показателей и по результатам пробных выпечек были выбраны экстракты, которые максимально отвечали ожиданиям, и сформулированы требования к разрабатываемому продукту: содержание сбраживаемых сахаров – не менее 35% в СВ при общем содержании редуцирующих веществ не менее 65% в СВ, цвет экстракта – 7000-8000 ед.

ЕВС.

Ржаной ферментированный солод широко используется в хлебопечении, в связи с чем встает вопрос о его замене более технологичным сырьем, не требующим подготовки перед внесением в тесто (заваривания). Помимо этого, многие хлебопекарные предприятия для улучшения органолептических характеристик готовых изделий применяют концентрат квасного сусла, который, однако, нельзя считать адекватной заменой заваренному красному солоду. Ржаной солод является недорогим, доступным и широко применяемым в хлебопечении сырьем, поэтому получение экстрактов на его основе является перспективным направлением исследований.

Исходя из предположения, что сильное термовлагомеханическое воздействие позволит перевести значительную часть экстрактивных веществ солода в растворимое состояние, клейстеризовать крахмал и повысить содержание красящих веществ, можно рекомендовать экструзию как способ подготовки ржаного солода к экстрагированию.

Протекание реакций неферментативного потемнения продукта при экструзии позволит исключить технологическую стадию темперирования готового экстракта в условиях избыточного давления (операция, применяемая в технологии ККС для накопления меланоидинов), что ведет к снижению энергозатрат и сокращению производственного цикла. Деструкция крахмала до растворимых декстринов и олигосахаров позволяет работать со сниженными дозировками ферментных препаратов, количество которых определяется Совершенствование технологи ржаных солодовых экстрактов с применением экструзии Перспективы использования Влияние экструзионной Возможности ржи и ржаного солода в обработки на свойства использования солодовых пищевой промышленности крахмалсодержащего сырья экстрактов в хлебопечении Формирование требований к Влияние солодовых экстрактов на Физико-химические качество ржано-пшеничного и свойства солодовых разрабатываемому продукту пшеничного хлеба экстрактов Исследование влияния экструзионной обработки на физико-химические свойства ржаного солода Физико-химические Физико-химические Определение оптимальных свойства исходного сырья свойства экструдатов параметров экструдирования Оптимизация технологических параметров процесса затирания, разработка рекомендаций по производству экстрактов из экструдированного ржаного солода Подбор ферментных Определение продолжительности Фракционный состав препаратов и режимов осахаривания с разными помола, выбор затирания ферментными системами гидромодуля Изучение состава и свойств полученных экстрактов Выход СВ Физико-химические Органолептическая Цвет жидкого и начального сусла свойства оценка уваренного экстракта Изучение влияния экстрактов из экструдированного солода на качество ржано-пшеничного хлеба Физико-химические Органолептическая Интенсивность Определение оптимальных свойства оценка окраски мякиша дозировок экстрактов Характеристики фильтрационных осадков.

Использование для затемнения мякиша хлебобулочных изделий из пшеничной муки Разработка технологической схемы производства экстрактов из экструдированного красного ржаного солода с добавлением белого солода на базе серийно выпускаемого оборудования Опытно-промышленная апробация и оценка Разработка проекта НД на солодовый экономической эффективности внедрения экстракт из экструдированного солода технологии Рисунок 1 – Структурная схема исследований содержанием крахмала в заторе.

Патентный поиск показал, что зарубежные исследователи активно занимаются разработками по экструдированию свежепроросшего солода как способа подготовки к производству пивного сусла, однако главной задачей при этом остается замена длительной операции сушки более экономичным технологическим процессом. Опираясь на зарубежный опыт, можно утверждать, что экструзионная обработка сухого солода с целью повышения ферментативной атакуемости крахмала и усиления цвета является перспективным способом подготовки сырья к производству экстрактов.

3.2 Исследование влияния экструзионной обработки на физико химические свойства ржаного солода В качестве критериев эффективности процесса экструзии были выбраны содержание растворимых веществ в экструдате и его набухаемость, в качестве регулируемых параметров – температура продукта в рабочем канале экструдера и влажность сырья. Исходя из того, получаемый продукт будет использоваться для приготовления затора, за оптимальные принимаются те значения температуры и влажности, которые позволят получить экструдат с максимальным содержанием водорастворимых веществ. Набухаемость продукта при этом целесообразно ограничивать, т.к. увеличение количества вносимой при затирании воды (результат повышенной набухаемости сырья) ведет к росту энергозатрат на ее выпаривание при сгущении готового экстракта.

В исследованиях процесса экструзии ржаного неферментированного солода, проводившихся ранее, был установлен диапазон варьирования параметров экструдирования: температура 140-170С, влажность 14-20%. Для ферментированного солода был принят верхний уровень варьирования влажности 18,0%, т.к. при повышении влажности материала до 20,0% экструдат получался плотным, неоднородным и требовал дополнительного подсушивания. Поскольку длительность отволаживания сырья перед экструзией не оказывает заметного влияния на значения параметров отклика, солод, как ферментированный, так и неферментированный, увлажняли непосредственно перед загрузкой в экструдер.

Технологические исследования по определению оптимальных параметров экструдирования осуществляли на промышленном одношнековом пресс экструдере КМЗ-2У. Получение экструдированных продуктов проводилось по следующей методике: солод увлажняли до технологической влажности водопроводной водой с температурой 20±2°С, помещали в загрузочный бункер и обрабатывали в установленном режиме, после чего экструдат охлаждали до комнатной температуры. Далее оценивали органолептические показатели и Отформатировано: Шрифт:

определяли содержание водорастворимых веществ и набухаемость. (по умолчанию) Times New Roman, 14 пт, не полужирный, не Для исследования влияния параметров экструдирования на выбранные разреженный на / уплотненный на критерии для обоих видов сырья (ферментированного и неферментированного ржаного солода) был спланирован и реализован полный факторный эксперимент ПФЭ22. С помощью модуля анализа поведения нелинейных моделей в программе TableCurve 3D 4.0 были получены уравнения регрессии (1-4), отражающие зависимость величин отклика (содержания водорастворимых веществ Yvr и набухаемости экструдатов Ynab) от варьируемых параметров (температуры экструдирования Х1 и влажности сырья Х2) и определены линейные и нелинейные коэффициенты, а также коэффициенты, учитывающие взаимное влияние переменных.

Для неферментированного солода:

Yvr_NFS =-1064,27+12,756X1+12,371X2-0,040X12-0,295X22-0,012X1·X2 (1) Ynab_NFS =-100,524+1,205X1+1,486X2-0,004X12-0,029X22-0,003X1·X2 (2) Для ферментированного солода:

Yvr_FS =-84,457+1,119X1+4,84X2-0,003X12-0,141 X22-0,002X1·X2 (3) Ynab_FS =-117,163+1,418X1+1,463X2-0,005X12-0,031X22-0,003X1·X2 (4) На основании уравнений регрессии были найдены значения содержания водорастворимых веществ и набухаемости для всех вариантов сочетания температуры экструзионной обработки и влажности сырья. С помощью пакета TableCurve 3D 4.0 по данным для всего эксперимента в трехмерном пространстве были построены диаграммы (поверхности отклика), отражающие зависимость критериев эффективности процесса (содержания водорастворимых веществ и набухаемости) от параметров экструзионной обработки – температуры экструдирования и влажности сырья (рисунки 2 и 3).

Description: НФ РВ граф.bmp а) б) Рисунок 2 – Влияние параметров экструдирования неферментированного солода на содержание водорастворимых веществ и набухаемость а) б) Рисунок 3 - Влияние параметров экструдирования ферментированного солода на содержание водорастворимых веществ и набухаемость Вид поверхности отклика, представленной на рисунке 2а, позволяет сделать вывод, что повышение температуры экструдирования и влажности сырья приводит к увеличению содержания водорастворимых веществ в продукте. Область максимальных значений содержания водорастворимых веществ в ЭНФС находится в интервале температур 155-165°С и влажности 16,0-18,0%, для области максимальных значений набухаемости (рисунок 2б) границы интервала 150-160°С и 16,0-19,0% соответственно.

Для ферментированного солода максимум содержания водорастворимых вешеств достигается в зоне температур 155-160°С и влажности 15,0-17,0% (рис.

3а), набухаемость принимает максимальные значения при температуре обработки 150-160°С и влажности 15,0-18,0% (рис. 3б).

После проведения оптимизации были выбраны следующие параметры обработки, наиболее точно отвечающие поставленным задачам (набухаемость продукта целесообразно ограничивать):

- для неферментированного солода – температура экструзии 160С, влажность продукта 16,0%;

- для ферментированного солода - 160С и 15,0% соответственно.

В таблице 1 приведены характеристики экструдатов, полученных при оптимальных параметрах экструзионной обработки, и физико-химические показатели исходных солодов.

Таблица 1 – Характеристики исходного сырья и экструдатов Содержание в пересчете на СВ, % Продукт СВ,% Крахмал Зола Белок Раствор.

в-ва Солод 93,7 46,7 1,94 13,1 29, неферментированный ЭНФС 94,1 39,6 1,80 11,6 47, Солод 91,9 36,5 2,10 13,0 42, ферментированный ЭФС 92,7 35,8 2,15 12,9 44, Отмечается значительное снижение содержания крахмала (на 7,1%) и увеличение содержания водорастворимых веществ (на 17,7%) при экструдировании неферментированного солода, содержание белка при этом уменьшается на 1,5%. Экструзионная обработка ферментированного солода не вызывает заметного снижения содержания белковых веществ и крахмала (0,14% и 0,73% соответственно), содержание растворимых веществ также повышается всего на 2,0%. Это объясняется интенсивным протеканием гидролитических процессов на стадии томления солода, в ходе которых в первую очередь расщепляются болеее доступные для действия ферментов фракции субстрата (механически поврежденные зерна крахмала, растворимые белки). Оставшийся после ферментации солода нативный крахмал, видимо, отличается большей резистентностью к термовлагомеханическим воздействиям.

Экструдаты, полученные при оптимальных параметрах обработки, использовали для получения солодовых экстрактов.

3.3 Оптимизация технологических режимов затирания ржаного солода и его экструдатов За основу для проведения оптимизации была принята технология получения концентрата квасного сусла из ферментированного ржаного солода.

включающая пять основных стадий: дробление солодов и несоложеного сырья, приготовление затора, фильтрование затора и промывание дробины, кипячение экстракта (сусла), вакуум-упаривание экстракта, тепловая обработка под давлением и розлив.

Затирание может осуществляться настойным или, при переработке более 30% несоложеных материалов, отварочным методом, предусматривающим кипячение (отварку) всего несоложеного сырья, что требует отдельной емкости для данной операции и в целом повышает энергозатраты.

Рожь и продукты ее переработки содержат большое количество некрахмалистых полисахаридов, набухающих в холодной воде и образующих коллоидные растворы высокой вязкости. При использовании для приготовления заторов сильно набухающих экструдированных продуктов эта проблема становится еще серьезнее, поэтому целесообразным является применение цитолитических ферментных препаратов, способных быстро снизить вязкость затора на начальном этапе гидролиза, что позволит вести процесс при более высоком содержании сухих веществ, снижая тем самым энергозатраты и расход воды.

Для оценки эффективности разжижения суспензии экструдата ферментированного солода цитолитическими препаратами в оптимальных дозировках фиксировали изменение ее динамической вязкости во времени в заторе с содержанием сухих веществ 18,5% (гидромодуль 1:4) при 50С.

Рисунок 4 - Изменение вязкости суспензии экструдата ферментированного солода под действием ферментных препаратов На графике (рисунок 4) видно, что эффективнее всего суспензия экструдированного солода разжижается при внесении препарата Вискоферм (оптимальная дозировка 0,2 мл/кг СВ сырья).

Экструдаты солода с позиций технологии солода и пива можно считать несоложеным сырьем, поскольку жесткие температурные режимы экструзии вызывают инактивацию собственных ферментов (большая часть ферментов зерна ржи инактивируется при низких температурах – до 70С). Поэтому необходимым шагом, как и при производстве ККС, является использование промышленных ферментных препаратов для осахаривания заторов.

Поскольку экструдированный солод является новым видом сырья, технологические параметры затирания, в первую очередь дозировки ферментных препаратов и продолжительность соответствующих температурных пауз подбираются эмпирическим путем. Поэтому, после изучения характера самоосахаривания ржаного неферментированного солода и полученного из него экструдата была спланирована серия опытов, целью которых был подбор режимов, позволяющих получить конечный продукт с заданными свойствами.

Ферментные препараты амилаз (БАН ®, Фунгамил®800L, АМГ® 300L и SPEZYME® DBA) и режимы ведения процесса затирания (температура, рН, продолжительность температурных пауз) были выбраны с учетом опыта ВНИИ крахмалопродуктов в области получения зерновых гидролизатов, предлагаемые дозировки препаратов должны обеспечить завершение осахаривания в течение 24 ч.

Главной задачей на данном этапе было тестирование различных способов получения экстрактов с целью выбора наиболее эффективного и экономичного.

В числе прочих был рассмотрен альтернативный метод осахаривания суспензии экструдата ферментированного солода белым ржаным солодом в двух различных дозировках. Для систематизации всех предлагаемых способов процесс затирания можно условно разделить на 3 фазы:

- цитолитическое разжижение (гидролиз некрахмалистых полисахаридов);

- амилолитическое разжижение (гидролиз клейстеризованного крахмала до декстринов);

- собственно осахаривание (накопление сахаров низкой молекулярной массы).

Наличие в опыте второй фазы предполагает нагревание до 85С с последующим охлаждением, что не позволяет отнести такой способ затирания к настойным. Недостатком этого способа (ступенчатого гидролиза) является добавление стадии охлаждения до температуры, оптимальной для осахаривания.

Объединенный план проведения исследований по получению экстрактов из ЭФНС, ЭФС и исходного сырья представлен в таблице 2.

Технологическая операция тепловой обработки сгущенного экстракта под давлением была заменена экспозицией при высокой температуре, достаточной для инактивации всех внесенных ферментных препаратов.

Опыты 8 и 9 подтвердили правильность предположения, что добавление неферментированного ржаного солода даже в небольших количествах значительно интенсифицирует гидролитические процессы в заторе: общая продолжительность затирания (окончание осахаривания определяли по йодной пробе) составила 7 ч 40 мин. (опыт 8) и 8 ч 10 мин. В опыте 10 уже через 4 часа осахаривания содержание редуцирующих веществ превосходило контрольное значение (65%), достигнув 75,3%. Таким образом, если завершить процесс после 4 часов осахаривания, продолжительность затирания составит 7 ч 30 мин.

без учета времени на охлаждение. Время затирания в остальных опытах соответствует приведенному в таблице 2.

После инактивации ферментов осахаренную суспензию солода с помощью лабораторной центрифуги разделяли на твердую фазу (дробину) и собственно экстракт. В полученных экстрактах определяли начальное содержание сухих веществ, содержание редуцирующих веществ, углеводный состав, зольность, содержание белка и цветность. После сгущения экстрактов в вакуум-выпарной установке до содержания сухих веществ 75±1,0% повторно определяли цвет.

Технологическая операция тепловой обработки сгущенного экстракта под давлением была заменена экспозицией при высокой температуре, достаточной для инактивации всех внесенных ферментных препаратов.

Опыты 8 и 9 подтвердили правильность предположения, что добавление неферментированного ржаного солода даже в небольших количествах значительно интенсифицирует гидролитические процессы в заторе: общая продолжительность затирания (окончание осахаривания определяли по йодной пробе) составила 7 ч 40 мин. (опыт 8) и 8 ч 10 мин.

Таблица 2 – Режимы затирания ржаного солода и его экструдатов Цитолитическое Амилолитическое Осахаривание, Инактив.

Фунгамил® разжижение разжижение ферментов Способ затирания Вискоферм® БАН® Общая продолж Продукт t, С паузы, мин.

t, С паузы, мин.

t, С t, время. мин.

Дозировка, Дозировка, Дозировка, затирания Продолж.

Продолж.

Продолж.

крахмала крахмала мл/кг СВ мл/кг СВ мл/кг СВ С № опыта паузы, ч 4 ч 1 НФС Наст. - - - - - - - - - - мин.

4 ч 2 НФС Наст. 0,20 50 - - - - - - - 90 мин 0,20 до 24 ч 3 ЭНФС Наст. 0,20 50 60 - - - 58 90 +0,10** 22 мин совмещено с 0,25 до 24 ч 5 ЭНФС СГ* 0,20 0,4 120 95 85 фазой осахар. +0,12** 22 мин+охл.

до 23 ч 6 ФС СГ 0,20 50 60 0,4 120 0,30 95 85 20 мин.+охл.

до 23 ч 7 ЭФС СГ 0,20 50 60 0,4 120 0,30 95 85 20 мин.+охл.

до полн.

8 ЭФС+25% НФС Наст. 0,20 0,20 90 осахар.

Ферментные препараты вносятся по йодн.

одновременно в начале затирания 9 ЭФС+ 15% НФС Наст. 0,20 0,20 90 25 пробе до 23 ч 10 ЭФС СГ 0,20 50 60 0,4 60 0,40*** 95 85 20 мин.+охл.

* ступенчатый гидролиз;

** добавлена глюкоамилаза АМГ® 300L;

*** добавлен препарат - и -амилазы SPEZYME® DBA Примечания:

В опыте 10 уже через 4 часа осахаривания содержание редуцирующих веществ превосходило контрольное значение (65%), достигнув 75,3%. Таким образом, если завершить процесс после 4 часов осахаривания, продолжительность затирания составит 7 ч 30 мин. без учета времени на охлаждение. Время затирания в остальных опытах соответствует приведенному в таблице 2.

После инактивации ферментов осахаренную суспензию солода с помощью лабораторной центрифуги разделяли на твердую фазу (дробину) и собственно экстракт. В полученных экстрактах определяли начальное содержание сухих веществ, содержание редуцирующих сахаров, углеводный состав, зольность, содержание белка и цветность. После сгущения экстрактов в вакуум-выпарной установке до содержания сухих веществ 75±1,0% повторно определяли цвет.

3.4 Изучение состава и свойств полученных экстрактов Физико-химические характеристики полученных экстрактов приведены в таблице 3. Всем требованиям к разрабатываемому продукту (содержание сбраживаемых сахаров в СВ не менее 35% при общем содержании редуцирующих веществ не менее 65% в СВ, цветность не менее 7000-8000 ед.

ЕВС), отвечали все экстракты, полученные из ФС и ЭФС. С учетом экономических факторов (длительность производства, от которой зависят энергозатраты и себестоимость) для дальнейших исследований были выбраны экстракты ЭФС №№8, 9 и 10. В качестве объекта сравнения был взят экстракт ФС №6.

Таблица 3 – Характеристики полученных солодовых экстрактов № Ферментные Физико – химические показатели опыта препараты СВ в РВ, % фрукто- глюкоза мальто- мальто- ред. в-ва белок,% зола, % цвет, ед.

нач. к СВ за за триоза 4+ % к СВ % к СВ ЕВС сусле, % % к СВ % к СВ % к СВ % к СВ % к СВ сырье: неферментированный ржаной солод (исх.) 2 28,05 68,7 4,06 12,04 9,81 14,74 9,54 1, 17, 44,15 сырье: экструдат неферментированного солода БАН® 17,1 Фунгамил® L800 66,1 3,1 13,9 10,2 21,8 8,96 1, 18, 34,1 AMG® 300L сырье: ферментированный ржаной солод (исх.) БАН® 19,94 71,9 6,03 9,72 14,88 21,33 9,73 3, 19, Фунгамил® L800 35,7 сырье: экструдат ферментированного солода БАН® 7 28,61 77,6 6,77 12,31 6,63 23,29 9,82 3, 17, ® Фунгамил L800 47,7 БАН® 10 19,65 82,5 5,86 10,51 13,28 33,20 9,54 3, 16, Spezyme DBA® 36,0 сырье: экструдат ферментированного солода + неферментированный ржаной солод 8 22,75 25% НФС 69,6 5,57 11,35 8,64 21,27 10,37 3, 20, Фунгамил® L800 39,7 9 29,14 15% НФС 79,9 6,84 11,75 10,42 21,76 10,06 2, 19, Фунгамил® L800 47,7 Примечания: 1. Препарат Вискоферм использовали во всех случаях 2. В графе «Мальтоза» полужирным шрифтом дано общее содержание сбраживаемых сахаров 3. В графе «Цвет» верхней строкой даны значения для начального сусла,полужирным шрифтом – для уваренного до 75±2,0% экстракта 3.5 Оценка влияния солодовых экстрактов на качество ржано пшеничного хлеба С целью изучения влияния внесения солодовых экстрактов на показатели качества теста и готовых изделий проводили пробные лабораторные выпечки ржано-пшеничного подового и формового хлеба. Тесто готовили безопарным способом (соотношение ржаной и пшеничной муки 70:30), заменяя заваренный ржаной ферментированный солод (8% в контрольном образце) солодовыми экстрактами. Солодовый экстракт вносили при замесе теста в количестве от 1% до 4% к массе муки по рецептуре.

По органолептическим показателям качества образцы, изготовленные с использованием всех солодовых экстрактов в количестве 1%, уступали образцам, изготовленным с дозировками экстрактов, внесенных в количестве 3% и 4% (менее выражены вкус, цвет и аромат). Образцы хлеба, изготовленные с внесением исследуемых экстрактов в количестве 4%, характеризовались ярко выраженным вкусом, цветом и ароматом, однако мякиш готовых изделий был заминающимся, что приводило к комкованию при разжевывании.Из физико химических показателей готовых изделий оценивали удельный объем, влажность, кислотность, пористость и упруго-пластические деформации мякиша, определяемые по стандартным методикам. По показателю удельного объема все пробы, изготовленные с исследуемыми экстрактами, кроме образца с экстрактом №10, внесенного в количестве 1% к массе муки, превосходили контрольный образец.

Таким образом, для экстракта № 10 при изготовлении ржано-пшеничного хлеба рекомендована дозировка 2%, для №6 – 3%, для №8 – 3%, №9 – 2% к массе муки. Цвет мякиша хлеба, произведенного с солодовыми экстрактами в разных дозировках, анализировали путем нанесения проб мякиша, уплотненного до состояния гомогенной беспористой массы, на прозрачные стеклянные пластины, сканирования образцов и обработки полученных изображений в растровом редакторе Adobe Photoshop CS2 с использованием спектра разложения зеленого, красного и синего цвета. Результаты (средние для 10 измерений для каждого образца) представлены в таблице 4. Контрольный образец имел следующие показатели цветности: R141, G119, B77.

Таблица 4 - Среднее значение интенсивности цвета по каналам RGB для ржано-пшеничного хлеба с солодовыми экстрактами Номер образца Дозировка экстракта и цветность 1% 2% 3% 4% экстракта, ед.

R G B R G B R G B R G B ЕВС №10. (11070) 153 122 70 151 117 57 139 106 52 142 107 №6. (8160) 163 102 87 149 116 62 148 112 52 144 106 №8. (7370) - - - 146 115 64 141 98 49 140 101 №9. (8490) 107 78 65 103 81 66 96 72 57 89 64 Предполагалось, что чем выше цветность экстракта, тем выше должна быть цветность мякиша хлебобулочных изделий, которая должна увеличиваться с повышением дозировки. Однако для экстрактов №10, №6 и № при увеличении дозировки с 3 до 4% не было отмечено потемнения мякиша, также не было достигнут ожидаемый низкий уровень значений яркости для самого темного экстракта №10. Из таблицы видно, что при равных дозировках заметно более темный мякиш имели образцы хлеба, изготовленные с экстрактами №8 и №9, причем для экстракта №9 цветность мякиша усиливалась с повышением дозировки.

По совокупности органолептических и физико-химических показателей и красящей способности из четырех проанализированных образцов для производства ржано-пшеничного хлеба можно рекомендовать экстракт №9 в дозировке 2,0% к массе муки.

3.6 Возможности использования дробины (фильтрационного осадка) для затемнения мякиша хлебобулочных изделий из пшеничной муки Поскольку при производстве солодовых экстрактов почти треть сухих веществ сырья переходит в дробину, определенный интерес представляет поиск новых возможностей использования данного продукта. Фильтрационный осадок (опыт №9) после высушивания представлял собой порошкообразный Солод ржаной Солод ржаной ферментированный неферментированный ферменты Условные обозначения:

В атмосферу 1 7 - основной продукт 2 1г - вода 1г - вода горячая 22 - конденсат 1к 8 15 2 - пар 2в -вторичный пар На техн. нужды 3 1к 1к 2 2в 4 1г На приготовление 5 следующего затора дробина 19 6 1г 18 12 Солодовый экстракт на упаковку 1к 13 1к 14 1,7 - автоматические весы;

2,8 - бункера для сырья;

3,9 - магнитные сепараторы;

4 - смеситель;

5 - экструдер;

6 - бункер для ЭФС;

10 - молотковая дробилка;

11,12 - бункера для измельч. солода;

13 - емкость для подготовки суспензии НС;

14,16,18,20 - насосы;

15 - заторный аппарат;

17 - фильтр-пресс;

19 - сборник сусла;

21 - вакуум-выпарная установка;

22 - конденсатор;

23 - вакуум-насос;

24 - сборник конденсата;

25 - шестеренчатый насос;

26 - сборник готов. Экстракта Рисунок 5 – Технологическая схема производства солодового экстракта из экструдированного солода продукт темно-коричневого цвета с интенсивным солодовым запахом и вкусом, содержащий (в сухом веществе) 14,2% белка, 3,2% крахмала и 1,9% минеральных веществ. Предполагалось, что дробина, как и экстракт, может использоваться для затемнения мякиша хлебобулочных изделий;

для проверки данной возможности были проведены пробные лабораторные выпечки пшеничного хлеба ускоренным способом с добавлением солодовой дробины в дозировке от 1, 2, 3 и 4%. По результатам органолептической оценки установили, что наилучшие показатели имел хлеб с добавлением 3% продукта.

3.7 Разработка технологической схемы производства экстракта из ЭФС с добавлением неферментированного солода Рекомендуемая технологическая схема производства экстракта из ЭФС с использованием неферментированного солода в качестве осахаривающего материала на основе серийно выпускаемого промышленного оборудования приведена на рисунке 5.

Общие выводы и рекомендации 1. На основании исследования состава и технологических свойств промышленно производимых солодовых экстрактов установлено требуемое содержание редуцирующих веществ и сбраживаемых сахаров в продукте (не менее 65% и 35% соответственно), цветность – не менее 7000-8000 ед. ЕВС.

2. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность проведения экструзионной обработки ржаного солода перед экстрагированием с целью усиления цвета продукта и увеличения выхода редуцирующих веществ.

3. Определены оптимальные параметры экструдирования ржаного солода, при которых достигается максимальное содержание водорастворимых веществ в экструдатах при ограничении набухаемости: для НС температура обработки 160, влажность материала 16%, для ФС 160 и 15% соответственно.

Установлено, что наибольшее влияние на исследуемые параметры оказывает температура экструдирования. Выявлено, что экструзия вызывает более глубокие изменения состава неферментированного солода по сравнению с ферментированным.

4. Определена оптимальная дозировка ферментного препарата Вискоферм® для цитолитического разжижения суспензий ЭФС – 0,2 мл/кг СВ сырья.

Подобраны режимы затирания при получении экстракта из ЭФС. Установлено, что добавление в затор суспензии неферментированного солода в количестве 15% к массе ЭФНС позволяет сократить продолжительность технологического цикла с 23 ч 45 мин. до 8 ч 10 мин.

5. Проведено комплексное исследование физико-химических свойств экстрактов из ржаного солода и его экструдатов. Установлено, что экструзионная обработка ФС интенсифицирует накопление редуцирующих веществ в экстрактах и повышает их цветность.

6. Исследованы возможности использования полученных экстрактов в производстве ржано-пшеничного хлеба, по органолептическим и физико химическим показателям качества хлеба установлены оптимальные дозировки (для экстракта ЭФС – 2% взамен 8% ржаного ферментированного солода).

7. Показана возможность использования солодовой дробины для затемнения мякиша пшеничного хлеба в дозировке 3% к массе муки.

8. Предложена технологическая схема производства экстракта из ЭФС с добавлением неферментированного ржаного солода на основе серийно выпускаемого оборудования. Разработан проект нормативной документации на солодовый экстракт.

9. Проведена производственная проверка технологии производства экстракта из ЭФС и показана экономическая эффективность от ее внедрения:

себестоимость 1 кг экстракта 35,2 руб., при производстве 2 т/сут. годовая прибыль от реализации составит 4196,1 тыс. руб.

Подана заявка на патент МПК С 12 С 1/18 №2009103591/13 от 03.02. «Способ производства солодового экстракта» Список работ по теме диссертации 1. Серякова, Е.В. Оценка качества хлеба с добавлением солодовых экстрактов [Текст] / Е.В. Серякова, А.С. Романов, З.Э. Гарш // Хлебопродукты. – 2009. - №12. – с.48-49.

2. Гарш, З.Э. Экструзия в производстве солодовых экстрактов для хлебопекарной отрасли [Текст] / З.Э. Гарш, Е.В. Серякова // Хлебопродукты. – 2010. - №11. – с.46-48.

3. Гарш, З.Э. Инновационные технологии: экструзионная переработка крахмалсодержащего сырья [Текст] / З.Э. Гарш, А.С. Краус // Сборник докладов конференции-конкурса научно-инновационных работ молодых ученых и специалистов за 2008 год. - Москва, 2008. - с.155-162.

4. Краус, С.В. Новое в технологии получения солодовых экстрактов [Текст] / С.В.

Краус, З.Э. Гарш // Сборник научных трудов МПА: Вып. VII/1. – Москва, 2009. - с.62-68.

5. Гарш, З,Э. Получение солодовых экстрактов с применением экструзии [Текст] / З.Э. Гарш, Т.В. Лапидус, З.М. Бородина, Е.В. Серякова, А.С. Романов // Сборник докладов XVII Международной конференции по крахмалу (Москва-Краков). – Москва, 2009. - с. 61-62.

6. Серякова, Е.В. Влияние солодовых экстрактов на свойства ржано-пшеничного хлеба [Текст] / Е.В. Серякова, А.С. Романов, С.В. Краус, З.Э. Гарш // Материалы докладов Второго Международного хлебопекарного форума/Международная промышленная академия - Экспоцентр на Красной Пресне. - М.: Пищепромиздат, 2009. -с. 187-188.

7. Гарш, З.Э. Использование ферментных препаратов в производстве солодовых экстрактов [Текст] / З.Э. Гарш, Н.Д. Лукин, Т.В. Лапидус // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов». – Углич, ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии, 2009. - с. 36-38.

8. Гарш, З.Э. Получение солодовых экстрактов с применением экструзионной обработки и использование их в хлебопечении [Текст] / З.Э. Гарш, Е.В. Серякова // Материалы 3-й конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии «Обеспечение качества и безопасности продукции агропромышленного комплекса в современных социально-экономических условиях». - Москва, 2009. - с.92-95.

9. Гарш З.Э. Получение солодовых экстрактов из экструдированного солода.

Возможности их использования при производстве ржано-пшеничного хлеба [Текст] / З.Э.

Гарш, Е.В. Серякова // Сборник научных трудов МПА: Вып. VIII/1. – Москва, 2010, с. 161 167.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность за помощь и поддержку в выполнении работы доктору технических наук Лукину Николаю Дмитриевичу.