автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Научно-практические основы ресурсосберегающих технологий получения и применения биомодифицированных продуктов из овса и ячменя

На правах рукописи

РУМЯНЦЕВ ^, ВЛАДИМИРОВНА

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ

ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ БИОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ОВСА И ЯЧМЕНЯ

Специальность 05.18.01 —Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Орел-2011

2 ИЮН 2011

4849198

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

КОРЯЧКИ НА Светлана Яковлевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

ДЕРКАНОСОВА Наталья Митрофановна

доктор технических наук, профессор КУЗНЕЦОВА Лина Ивановна

доктор технических наук, профессор КОЛОДЯЗНАЯ Валентина Степановна

Ведущая организация: ФГОУ ВПО Воронежская

государственная технологическая

академия

Защита состоится «30» июня 2011 г. в 10 часов в ауд. 212 на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.182.08 при ФГОУ ВПО ЦГосуниверситет - УНПК» по адресу: 302020, Орел, Наугорское шоссе, д.29.

&ь

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК».

Автореферат разослан «_29_» мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н. / Е.А. Кузнецова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основами государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года (распоряжение Правительства РФ от 25 сентября 2010 № 1873-р) ставится задача модернизации и интенсификации перерабатывающей промышленности, ее ориентация на местные рынки сырья с целью обеспечения продовольственной безопасности страны за счет развития фундаментальных исследований в области современных биотехнологических и нанотехнологических способов получения новых источников пищи и оценки их качества и безопасности.

Существующие традиционные технологии переработки зерна в продукты питания предусматривают обязательные технологические операции шелушения и шлифования, в результате чего удаляются биологически ценные анатомические части зерна: зародыш, алейроновый слой и оболочки, являющиеся источником пищевых волокон, витаминов, минеральных, белковых веществ, жиров, что приводит не только к снижению пищевой ценности, но и выхода готового продукта, а сами операции отличаются большой энергоемкостью.

Вопросам интенсификации процессов зернопереработки посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых: Атаназевича В.И, Гинзбурга М.Е., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Куприц Я.Н., Трисвятского JI.A., Шевцова A.A., Baecker,H., Lestienne, I., Sowitt, R и других.

Одним из перспективных направлений совершенствования процессов переработки зерна является биоконверсия с использованием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, применение которых позволяет существенно повысить эффективность переработки зерна за счет частичной модификации плодовых и семенных оболочек, приводящей к размягчению его периферийных частей. Данные технологические решения обеспечивают использование нешелушеного зерна, увеличение выхода, повышение пищевой ценности готовой продукции, снижение энергозатрат и придают новым видам пищевых продуктов функционально-технологические свойства.

Обоснованию целесообразности применения ферментативного гидролиза при переработке зерновых культур посвятили свои работы Акопян Ю.Р., Андреев А.Н., Будаева В.В., Воронина Т.Ю., Головин A.B., Гулюк Н.Г., Данилина М.М., Донченко JI.B., Жушман А.И., Ладур Т.А., Логинова М.В., Пащенко Л.П., Попадич И.А., Фурманова И.Б., Lenko М., Pandolfini Т. и другие. Результаты этих работ показали, что ферментативный гидролиз позволяет значительно повысить эффективность переработки зерна. Использование новых видов биомодифицированного сырья способно обеспечить формирование необходимых технологических, потребительских свойств создаваемых пищевых продуктов, повышать их пищевую ценность и экономичность технологического процесса.

Анализ литературных и производственных данных показывает, что применение промышленного биокатализа способствует интенсификации технологических процессов производства пищевых продуктов и их ингредиентов. Данной проблематике посвящены работы Антиповой J1.B., Войно Л.И. Гернет М.В., Ивановой JI.A., Кислухиной О.В., Рогова И.А., Lenko М., Pandolfmi Т., но они носят обобщающий характер.

Однако в литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к использованию биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз при переработке целого зерна овса и ячменя для получения биомодифицировнных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами и их использование в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Исследованиям в области интенсификации технологического процесса хлебопекарного и кондитерского производства посвящены работы Аксеновой Л.М., Богатыревой Т.Г., Гинзбурга А.Г., Дерканосовой Н.М., Зубченко A.B., Корячкиной С.Я., Кузнецовой Е.А., Кузнецовой Л.И., Магомедова Г.О., Матвеевой И.В., Нечаева А.П., Николаевой В.А., Пащенко Л.П., Пучковой Л.И., Рослякова Ю.Ф., Савенковой Т.В., Цыгановой Т.Б., Черных В.Я., Lees, R. и Других.

Создание новых видов сырья для пищевой промышленности, обладающих необходимыми функционально-технологическими свойствами, структурные компоненты которого позволят интенсифицировать ход технологических процессов хлебопекарного и кондитерского производств, разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий переработки зерна овса и ячменя посредством биокатализа, обоснование целесообразности использования биомодифицированных продуктов при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий позволяющих, получить готовую продукцию высокого качества и пищевой ценности, и обеспечивающих высокую экономическую эффективность, являются актуальными задачами.

Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи - разработку теоретических основ и экспериментального обоснования создания ресурсосберегающих технологий производства продуктов питания на основе ферментно-гидролитической модификации зерна овса и ячменя с целью повышения экономической эффективности его переработки и создания продуктов, обладающих функционально-технологическими свойствами в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий.

Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках научно-технических программ Минобрнауки России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по темам: «Теоретическое обоснование и разработка технологии и оборудования для производства зернового хлеба общего и специального назначения повышенного качества и пищевой ценности» и «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания» (2000 - 2004 г. г.), а также

Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Работа выполнена на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» в период с 2000 по 2010 гг.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий биомодифицированных продуктов на основе ферментативной гидролитической модификации овса и ячменя с заданными функционально-технологическими свойствами и экспериментальное обоснование их применения в производстве хлебобулочных и кондитерских изделиях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• теоретическое обоснование целесообразности использования целого зерна овса и ячменя для производства биомодифицированных продуктов;

• анализ химического состава различных сортов овса и ячменя для оценки функционально-технологического потенциала;

• обоснование технологических параметров биомодификации овса и ячменя с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз, разработка ресурсосберегающих технологий продуктов их переработки с повышенным выходом и заданными функционально-технологическими свойствами.

• выработка опытных партий, определение сроков хранения, исследование физико-химических, органолептических показателей качества и химического состава, разработанных биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• определение экономической эффективности технологических решений производства биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• исследование функционально-технологических свойств биомодифицированных продуктов овса и ячменя, предназначенных для производства хлебобулочных и кондитерских изделий;

• разработка технологии пшеничного хлеба с применением биомодифицированного продукта овса «Сахарок», исследование его качества и пищевой ценности;

• разработка технологии кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированного продукта овса «Живица», исследование их качества и пищевой ценности;

• разработка технологии зефира с применением биомодифицированного продукта ячменя «Целебник», исследование его качества и пищевой ценности;

• опытно-промышленная апробация, разработка, у тверждение технической документации и внедрение основных результатов исследований в зерноперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Научная концепция работы. В основу теоретического обоснования технологии биомодифицированных продуктов переработки зерна овса и ячменя положена научная гипотеза направленного биокатализа с применением целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов с целью модификации структурных и запасных полисахаридов зерновки для получения продуктов гидролиза, придающих им заданные функционально-технологические свойства (студне- и пенообразования, эмульгирования, жиросвязывания, водопоглощения, сахаро-, газообразования и т.д.) и способствующих интенсификации технологических процессов при использовании биомодифицированных продуктов в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Научные положения, выносимые на защиту:

• научно-методологический подход к выбору ферментных препаратов и мониторингу эффективности их действия при биомодификации целого зерна овса и ячменя;

• научно обоснованные ресурсосберегающие технологии биомодифицированных продуктов из овса и ячменя, обеспечивающие их экономическую эффективность и расширение области применения продуктов зернопереработки;

• совокупность экспериментальных данных по характеристике функционально-технологических свойств и химического состава биомодифицированых продуктов овса и ячменя;

• научное обоснование целесообразности применения биомодифицированных продуктов из овса и ячменя в хлебопекарной и кондитерской отраслях для интенсификации технологического процесса, создания нового ассортимента кондитерских и хлебобулочных изделий, показатели их качества и пищевой ценности.

Научная новизна работы. Научно обоснована перспективность биомодификации структурных и запасных полисахаридов зерна овса и ячменя с помощью целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов и получения новых продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами и обоснования выбора наиболее ценных сортов овса и ячменя, по содержанию природных гидроколлоидов, белков альбуминовой, глобулиновой фракций и крахмала.

Получены математические зависимости, характеризующие динамику ферментативного гидролиза структурных полисахаридов оболочек и запасных полисахаридов эндосперма зерна овса и ячменя, позволившие установить рациональные параметры процесса. Что позволило снизить прочность зерновки, энергозатраты на измельчение, увеличить выход готового продукта и при этом максимально сохранить природные гидроколлоиды: (З-глюкан и пектин; пищевые волокна: целлюлозу и гемицеллюлозу; белки альбуминовой и глобулиновой фракций, накопить легкоусвояемые сахара и аминный азот.

Установлено изменение морфологического строения зерна овса и ячменя в процессе ферментативного гидролиза под действием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов.

Определен химический состав разработанных продуктов биомодификации овса и ячменя, доказывающий их технологический потенциал.

Установлена кинетика и динамика технологических процессов производства биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Показано, что разработанные продукты биомодификации зерна овса и ячменя за счет содержания ¡}-глюкана, пектина, пищевых волокон, целлюлозы, гемицеллюлозы, легкоусвояемых Сахаров, аминного азота, белков альбуминовой и глобулиновой фракций обладают жиросвязывающей способностью, улучшают хлебопекарные свойства пшеничной муки, бродильную активность хлебопекарных дрожжей, студнеобразующую способность пектиновых студней, пенообразующую способность яичного белка и меланжа, физические свойства масла какао.

Научно обоснованы технологии высококачественных хлебобулочных, пастельных и пралиновых кондитерских изделий с применением биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя.

Практическая значимость работы. Экспериментально обоснован выбор овса сорта «Скакун» и «Юбиляр», ячменя сорта «Якобинец», ориентированными на получение биомодифицированных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами.

Экспериментально обосновано практическое применение ферментных препаратов на основе целлюлаз и амилаз в технологии переработки зерна овса и ячменя на стадии гидротермической обработки, позволяющее существенно повысить ее экономическую эффективность за счет снижения полной себестоимости товарной продукции.

Разработаны и предложены новые ресурсосберегающие технологические схемы переработки овса и ячменя на основе принципов биокатализа, обеспечивающие интенсификацию технологии переработки целого зерна, получение биомодифицированных продуктов овса и ячменя высокой пищевой ценности и обладающих заданными функционально-технологическими свойствами.

Установлены сроки и условия хранения биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Разработаны и утверждены пакеты нормативно-технической документации на производство биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя: гидролизата овса «Живица» (ТУ 9295-208-02069036-2006, ТИ 02069036-128, РЦ 02069036-238 СЭЗ № 57.01.01.000.т.000223.08.07); гидролизата ячменя «Целебник» (ТУ 9295-211-02069036-2006, ТИ 02069036133, РЦ 02069*036-240, СЭЗ 57.01.01.000.Т.000226.08.07); гидролизата овса «Сахарок» (ТУ 9295-213-02069036-2006, ТИ 02069036-129, РЦ 02069036-239 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000224.08.07). Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных биомодифицированных продуктов на ОАО «Нива-Плодоовощ» и ОАО «Этанол» г. Ливны.

Использование гидролизата овса «Сахарок» при производстве пшеничного хлеба привело к увеличению выхода готового хлеба, повышению

показателей его качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на хлеб пшеничный «Добрыня» с гидролизатом овса «Сахарок» ТУ 9114-22602069036-2008, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000079.02.08. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного хлеба пшеничного «Добрыня» на ООО «Нива-Хлеб», хлебокомбинат «Юность» г. Орел и ЗАО «Железногорский хлебозавод».

Показана целесообразность применения гидролизата ячменя «Целебник» при производстве зефира. Установлено, что использование гидролизата ячменя «Целебник» приводит к снижению рецептурного количества пектина и яичного белка, повышению показателей качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на зефир «Новинка» ТУ 9128-209-02069036-2006, ТИ 02069036132, РЦ 02069036-242, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000222.08.07. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного зефира «Новинка» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Установлена эффективность замены сахара песка гидролизатом овса «Живица» при производстве конфет с пралиновыми корпусами, что приводит к интенсификации производства, снижению энергетической и повышению пищевой ценности. Разработана ТД на конфеты с пралиновыми корпусами «Русское поле». Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГОУ ВПО «Государственный университет -учебно-научно-производственный комплекс» при изучении дисциплин: «Технология хранения зерна», «Биокаталитические процессы в пищевых технологиях», «Экологические основы производства и хранения зерна», «Технология круп», «Физиолого-биохимические основы хранения и переработки зерна», «Технология хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий».

Новизна научно-практических концепций ряда технических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретение.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: «Продукты питания, пищевые добавки, упаковка» (Москва - 2000, 2001), «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орел - 2000, 2003, 2008), «Использование новых технологий и местных источников сырья для получения товаров народного потребления» (Белгород, 1999), «Пища. Экология. Человек». - (Москва 2001), «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания» (Москва: 2002, 2004) «Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию» (Краснодар -

2000), «Пищевые продукты двадцать первого века» (Москва — 2001), «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орел -2001, 2002, 2004, 2007, 2009), «Наука - образование - производство в решении экологических проблем» (Уфа — 2002), «Здоровье — питание - биологические ресурсы» (Киров - 2002), «Современные аспекты и проблемы региональной экономики» (Орел - 2005, 2006), «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (Барнаул - 2006), «Инновационные технологии ресторанного бизнеса» (Новосибирск - 2007). «Техника и технология пищевых производств» (Могилев - 2007, 2008, 2009, 2010 Белорусь), «Актуалын проблеми харчування: технолопя та обладнання, оргашзащя i екопомиса» (Святойрськ - Донецьк - 2007, 2008, 2009 Украина), «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса - 2007, 2008, 2009 Украина), «Пищевые технологии, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск - 2007), «Food science, engineering and technologies 2007» (Пловдив - 2007, Болгария), «Питание и здоровье населения РФ и стран СНГ» (Смоленск - 2008), «Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации» (Воронеж - 2008), «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Пятигорск - 2008), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово- 2008), «Инновационные и ресурсосберегающие технологии и оборудование в хлебопекарной, кондитерской, макаронной, пищеконцентратной и зерноперерабатывающей промышленности» (Киев - 2008, Украина), «Хлебопродукты-2008», «Хлебопродукты-2009» (Одесса - 2008, 2009), «George Baritiu» University of Brasov, Romania. Control, Development and Applied Informatics in Business and Economics» (Brasov, Romania - 2008), «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва - 2008), «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва - 2008), «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж - 2009), «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар - 2009), «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск - 2009), «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность», (Кубань - 2009)», «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития» (Екатеринбург - 2010), «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань - 2010), «Новое в технике и технологии пищевых производств» (Воронеж - 2010), а также Всероссийских Конгрессах зернопереработчиков и хлебопеков «Нивы России» (Барнаул -2001, 2003). Всеросийских научно-практичеких конференциях: «Современные проблемы экологии» (Москва - Тула - 2006) и «Перспективы агропромышленного производства регионов России в условиях реализации приоритетного национального проекта «Развитие АПК» (Уфа - 2006). Разработанные изделия были представлены на XIII Международной специализированной торгово-промышленной выставке «Пекарня - Макароны -Интерсладости - 2008» (Москва, ВВЦ, 8-11 апреля 2008 г. г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 152 печатные работы, включая 4 монографии, 8 патентов РФ на изобретение, 19

статей в реферируемых ВАК журналах, 22 статьи в сборниках научных трудов. В список публикаций, приведенный в конце автореферата, тезисы докладов, опубликованные в сборниках трудов конференций и конгрессов, не включены.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, главы, посвященной материалам и методам исследования, семи глав, в которых приведены результаты и их обсуждение, выводов и списка использованной литературы (436 наименования). Объем диссертации составляет 390 страниц, в том числе 103 рисунка и 78 таблицы. В приложениях приведены акты производственных испытаний, техническая документация и другие материалы, подтверждающие практическое использование результатов исследований.

Личное участие автора. Личный вклад соискателя заключается в постановке задач, проведении экспериментов и теоретического анализа, в статистической обработке экспериментальных данных, интерпретации и публикации полученных результатов, формулировке новых закономерностей.

Диссертационная работа является обобщением научных исследований, выполненных лично автором, а так же в качестве научного руководителя кандидатской диссертации аспиранта Новиковой Т.Н., защищенной в 2009г.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность выбранного научного направления, сформулирована сущность решаемой научной проблемы, раскрыта научная новизна работы и ее практическая значимость.

В первой главе «Теоретические и практические предпосылки биокопверсии зерна овса и ячменя и применение биомодифицироваиных продуктов в пищевой промышленности» дан анализ традиционных технологий переработки овса и ячменя и состояния проблемы использования продуктов переработки в пищевой промышленности. Рассмотрено строение и свойства структурных полисахаридов овса и ячменя и обобщены экспериментальные данные отечественных и зарубежных исследований в области их ферментативного гидролиза. Обобщены научно-экспериментальные данные по использованию биокатализа в переработки зернового сырья в различных отраслях пищевой промышленности. Дан анализ основных исследований в области применения продуктов зерноперерабатывающей промышленности в хлебопекарной и кондитерской отраслях. Приводится информация о существующих изобретениях, касающихся способов зернопереработки, активации хлебопекарных дрожжей, производства пшеничного хлеба, зефира и пралиновых кондитерских масс.

Во второй главе «Постановка эксперимента, объекты и методы исследования» представлена общая структурная схема эксперимента, иллюстрирующая взаимосвязь этапов работы, начиная с анализа состояния вопроса, разработки конкретных биокаталитических технологий переработки овса и ячменя и заканчивая применением биомодифицироваиных продуктов переработки в технологии хлебобулочных и кондитерских изделиях. Объектами исследования являлось зерно овса сортов Скакун, Борец и Юбиляр и ячменя сортов Ксанаду, Жозефин и Якобинец; ферментные препараты Целловиридин

Г20Х (ООО ПО «Сиббиофарм»), ферментные препараты фирмы Novo Nordisk (Дания) - Pentopan 500 BG: Fungamyl Super AX, Ban 480 L San Extra L; фирмы Quest - Biobake 721; биомодифицированные продукты овса «Живица» и «Сахарок», ячменя «Целебник»; лабораторные образцы активированных дрожжей, образцы опары и теста и выпеченный из него пшеничный хлеб с различными дозировками сахаросодержащего гидролизата «Сахарок»; кондитерских пен и пектиновых студней, жировых сплавов, зефира и конфет с пралиновыми корпусами, в которых использовали различные дозировки гидролизатов овса «Живица» и ячменя «Целебник».

Предметом исследования были химический состав и морфологические свойства зерна овса и ячменя, химический состав, физико-химические показатели качества и функционально-технологические свойства биомодифицированных продуктов овса и ячменя; технологические свойства яичного белка, меланжа, какао масла, пшеничной муки, хлебопекарных дрожжей; реологические свойства пшеничного теста, зефирной и пралиновой массы; органолептические, физико-химические показатели каечества и пищевая ценность пшеничного хлеба, зефира и конфет с пралиновыми корпусами.

При проведении аналитических исследований использовали общепринятые и специальные реологические, химические, физико-химические, микробиологические и органолептические методы исследования свойств зерна, биомодифицированных продуктов переработки зерна овса и ячменя, полуфабрикатов и готовых хлебобулочных и кондитерских изделий.

Морфологические изменения в структуре зерна овса и ячменя исследовали с применением информационно-измерительной системы, состоящей из светооптического микроскопа Axiostar+ (Carl Zeiss), компьютера и цифровой фотокамеры. Определение общего содержания белка методом Кьельдаля по ГОСТ 25832-89, ГОСТ 10846 - 91. Анализ аминокислотного состава проводили методом ВЭЖХ на хроматографе HPLC LC-2010A с использованием обратнофазовой хроматографии на колонке Диасфер-110 С18 5 мкм 2x150 мм с предколоночной модификацией аминокислот 6-аминоквинолин гидроксисукцинамидил карбамата по методу Waters WAT 052880. Детекция фотометрическая при 1=248 нм. Анализ жирнокислотного состава проводили газохроматографическим методом по ГОСТ 30418-96, ГОСТ Р 51483-99, хроматограф с пламенно-ионизационным детектором НР-6890 Series GC System с капиллярной колонкой HP-FFAP 50 м><0,32 мм*0,52 мкм. Анализ углеводного состава проводили методом ВЭЖХ. Определение минерального состава проводили с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра фирмы Hitachi. Содержание витаминов в готовых изделиях определены методами, рекомендованными ГУ НИИ питания РАМН. Безопасность сырья и готовых продуктов определяли с использованием современных методов и оценивали по содержанию токсичных элементов, микробиологическим и радиологическим показателям. Определение структурно-механических характеристик исследуемых объектов проводили на приборе «Структурометр СТ-1М, автоматическом пенетрометре АП-4/2, ротационном вискозиметре «Реотест-2» и капиллярном вискозиметре ВНЖ.

Достоверность экспериментальных данных оценивали методами математической статистики с привлечением программных средств MathCAD 13 и Excel 2007. Расчеты и построение графиков осуществляли с помощью приложений Microsoft Word и Excel для Windows 2007.

На рисунке 1 представлена структурная схема эксперимента.

В главе 3 «Теоретическое и практическое обоснование применения биокатализаторов — целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов в совершенствовании традиционных технологий переработки овса и ячменя» представлены данные обоснования выбора сорта овса и ячменя с преобладанием белков альбуминовой и глобулиновой фракций, природных гидроколлоидов - пектина, ß -глюкана, целлюлозы и крахмала для получения биомодифицированных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами.

На основании изучения химического состава исследуемых сортов овса и ячменя установлено, что овес сорта «Скакун» и ячмень сорта «Якобинец» обладают функционально-технологическими свойствами за счет более высокой пищевой ценности по содержанию белка, незаменимых аминокислот, пищевых волокон: целлюлозы, гемицеллюлозы, ß-глюкана и пектина, минеральных веществ и витаминов и более низкого содержания жиров, в том числе ненасыщенных жирных кислот, которые оказывают негативное влияние на качество продукта в процессе хранения, по сравнению с остальными сортами. Так же зерно овса сорта «Юбиляр» отличается высоким содержанием углеводов и, в частности, крахмала, характеризующегося полигональной формой гранул с размером 3-10 нм и температурой клейстеризации 53-59°С, что особенно важно для производства биомодифицированного сахаросодержащего продукта.

Показано, что проведение ферментативного гидролиза плодовой и семенной оболочек зерна овса и ячменя на стадии гидротермической обработки будет способствовать модификации структуры и их размягчению. Установлено, что высокое содержание некрахмальных полисахаридов (гемицеллюлозы, целлюлозы) плодовой и семенной оболочки зерна овса сорта «Скакун» и ячменя «Якобинец» определяет эффективность применения целлюлолитических ферментных препаратов.

В этой связи для ферментативного гидролиза были выбраны целлюлолитические ферментные препараты: «Biobake -721» (в состав входят целлобиаза, экзо - 1,4 глюкозидаза, манназа, ксилоназа, ксиланазная активность - 721 ед/г продукта); «Fungamyl Super АХ» (в состав входят а-амилаза, ксиланаза. Ксиланазная активность - 2500 ед/г продукта.) и «Pentopan 500 BG» (в состав входят: пентозаназа, ксиланаза. Ксиланазная активность -2700 ед/г продукта). Целесообразность выбора ферментных препаратов была обоснована их доступностью на российском рынке, высокой гемицеллюлазной активностью, что позволит частично гидролизовать матрикс клеточных стенок плодовых и семенных оболочек и приведет не только к их размягчению,

Разработка методологии исследования

Изучение химического сослана и биохими 1сских показателей различных сортои зерна овса и ячменя и обоснование выбора рациональных состой пооизоаетаюшего в оегионе

( 1 Теоретическое и экспериментальное обосн 61 юкатализаторов на основе це жшне применения 1 л юл аз | Теоретическое и экснериме зальное обоснование применения

Обоснование выбора рациональных режимов ферментации для различных ферме^гок на осноис целлюлаз при гидролизе нскрахмальнмх полисахаридов оболочек зерна

Исследование эффективности

действия рациональных

режимов ферментации и рациональною ферменп юго препарата на ос ко ос целлюлаз

Обоснование рациональных условий ферментативного

гидролиза клеточных стенок овса ферментами »а основе целлюлаз

Обоснование рациональных условий ферментативного гидролиза крахмала овса ферментами на оспонс амилаз

Разработка технологии биомодифицированных продуктов овса (БМГ10) «Живица» и ячменя (БМГ151) «Целебник»

Разработка технологии б иом одиф и цирова1 и ю го сахаросодсржащего гидролизата из оиса СМСО

И

Исследование эффективности

дейстпия, рациональных

режимов ферментации и рациональных ферментных н ре пара то на основе целлюлаз

и амилаз на биохимические свойства

Исследование химического состава БМПО и БМПЯ

Определение

физико-химические и оргацолеп-тические показатели качест ва СМ ПО и БМПЯ

Исследование влияния биомоднфи-кации на динамику тех нологи-чес кого процесса БМПО И БМПЯ

Исследование химического и биохимического состава БМСО

Обоснование сроков хранения

Физико-химические и органолегттические показатели качества БМСО

Обоснование экономической целесообразности производства БМПО «Живица», БМПЯ «Целебник» и БМСО «Сахарок»

Исследование функционально-технологических свойств: Влияние БМПО «Живица», БМПЯ «Целебник» на технологические свойства

БМСО «Сахарою»

иг

Белка и меланжа

Пшеничной муки

Какао-масла

X

На физиологическое состояние и активацию хлебопекарных лпожжей

Экспериментальное обоснование применения продуктов биоконьсрсии:

БМПО «Живица» при производстве пралнновых кондитерских масс исследование плниния на:

БМПЯ «Целебник» при производстве зефира исследование влияния на:

БМСО «Сахарок» при производстве пшеничного хлеба Исследование влияния на:

газообразующую, сахар образую щу «о способност ь теста

физико-химические показатели качества

динамику технологического процесса

пищевую ценность

Разработка технологий и угнерждепие технической документации на новые кондитерские и хлебобулочные изделий

Рисунок 1 - Структурная схема эксперимента

но и переходу в свободное состояние Р-глюкана, пектина в конечном продукте, ценность которых заключается в их способности к структурообразованию пищевых масс.

В связи с тем, что целое зерна овса и ячменя является сложной биологической системой, в которой присутствует целый ряд факторов (липиды, остаточное количество ингибиторов белковой природы и т.д.), способных оказывать как активирующее, так и ингибирующее действие на ферментолиз, а так же с целью рационального использования ферментных препаратов на стадии ГТО и установления рациональных режимов ферментации, исследовано влияние параметров ферментолиза: рН, температуры, гидромодуля, дозировки и времени на степень гидролиза полисахаридов плодовой и семенной оболочек. О степени гидролиза, вследствие увеличения их проницаемости, судили по изменению общей деформации сжатия и влажности зерна. Полученные уравнения регрессий позволили установить рациональные режимы ферментации целого зерна овса и ячменя (таблица 1).

Таблица 1 - Рациональные параметры ферментативного гидролиза овса сорта «Скакун» и ячменя «Якобинец».

Параметры Наименование зерна

овес ячмень

1 2 3

Наименование фермента «ВюЬаЬе -721»

Температура замачивания, "С 40 40

рН, ед. прибора 4,5 4,5

Длительность замачивания, мин 120 180

Дозировка, % 0,015 0,015

Гидромодуль 1:3 1:3

Наименование фермента «Рипдяшу! вирег АХ»

Температура замачивания, °С 40 40

рН, ед. прибора 4,5 4,5

Длительность замачивания, мин 80 120

Дозировка, % 0,015 0,015

Гидромодуль 1:3 1:3

Наименование фермента «Рсп(орап 500 ВС»

Температура замачивания, °С 40 40

рН, ед. прибора 4,5 4,5

Длительность замачивания, мин 60 120

Дозировка, % 0,015 0,015

Гидромодуль 1:3 1:3

Установлено, что, применяя данные условия ферментативного гидролиза, можно рационально использовать целлюлолитические ферментные препараты, так как оптимальной влажности в 40 % и минимальной общей деформации сжатия (процесс диспергирования) зерно достигает быстрее в среднем в два раза, чем в контрольном образце. Это можно объяснить действием целлюлолитических ферментных препаратов на увеличение проницаемости плодовой и семенной оболочек зерна овса и ячменя. Данные ферментные препараты воздействуют на компоненты перифирических слоев зерновки,

осуществляют мягкий гидролиз гемицеллюлоз. Происходит диффузный перенос воды из алейронового слоя и зародыша внутрь эндосперма. Разрыхляется эндосперм, образуются в нем микротрещины, что обеспечивает интенсивное диспергирование при минимальном расходе электроэнергии и снижение потерь сухого вещества и расхода энергоресурсов при измельчении.

С целью выбора более эффективного ферментного препарата, позволяющего максимально сохранить неизменным химический состав нативного зерна и максимально размягчить семенную и плодовую оболочку зерна овса и ячменя, проводили исследования по изменению количества гемицеллюлозы, влажности зерна и сухих веществ в воде для замачивания в процессе ферментолиза при рациональных режимах (таблица 2), обоснованных с помощью уравнений регрессии.

Таблица 2 - Влияние различных ферментных препаратов на степень

гидролиза ячменя «Якобинец» и овса «Скакун» при рациональных условиях.__

Исследуемые образцы Содержание влаги,% Содержание гемицеллюлозы, % Содержание сухих веществ в растворе, %

Овес

Контроль 32±0,5 10,12 0,027

«Biobake 721» 40±0,5 9,64 0,126

«Fungamyl Super АХ» 40±0,5 9,46 0,145

«Pentopan 500 BG» 41±0,5 9,34 0,168

Ячмень

Контроль 30±0,5 6,90 0,018

«Biobake 721» 40±0,5 6,44 0,084

«Fungamyl Super АХ» 40±0,5 6,26 0,112

«Pentopan 500 BG» 41±0,5 6,12 0,135

Экспериментальные данные показали, что содержание гемицеллюлозы уменьшилось по отношению к контролю у зерна овса и ячменя: при гидролизе с применением «Biobake 721» на 4,7 и 6,7 % соответственно; «Fungamyl Super АХ» на 6,5 и 9,3 % соответственно; для «Pentopan 500 BG» на 7,7 и 11,3 % соответственно. Полученные данные можно объяснить более высокой ксиланазной активностью у ферментного препарата «Pentopan 500 BG» на 8 % выше, чем у «Fungamyl Super АХ» и на 74 % выше, чем у «Biobake 721», что приводит к более интенсивному гидролизу гемицеллюлозы и размягчению плодовой и семенной оболочек. В результате чего установлено, что рациональным ферментным препаратом является«РеШорап 500 BG».

С помощью информационно-измерительной системы, состоящей из светооптического микроскопа Axiostar+ (Carl Zeiss), компьютера и цифровой фотокамеры, была дана оценка изменения морфологии зерна овса и ячменя нативного и подвергнутого действию рационального ферментного препарата «Pentopan 500 BG» (рисунок 2 и 3). Исследования показали, что под действием

ферментных препаратов происходит частичное разрушение полисахаридного комплекса матрикса клеточных стенок. Слои плодовой оболочки связаны непрочно, при увлажнении и ферментативном гидролизе отдельные волокна дефибриллируют, расстояние между молекулами, через которые ускоряется процесс диффузии воды в более глубокие слои зерна, увеличивается. Под действием ферментных препаратов плодовая оболочка равномерно отделяется от семенной части и приобретает более рыхлую структуру.

а) До ферментативного гидролиза б) После ферментативного гидролиза (X 400) «Рейорап 500 ВО» (х 400)

Рисунок 2 - Микрофотографии среза зерна овса сорта «Скакун»

а) До ферментативного гидролиза б) После ферментативного гидролиза (х 40°) «РеШорап 500 ВО» (х 400)

Рисунок 3 - Микрофотографии среза зерна ячменя сорта «Якобинец»

Результаты экспериментальных исследований влияния ферментолиза «Ре^орап 500 ВО» при рациональных условиях на процесс диспергирования биомодифицированных продуктов овса (БМПО) и ячменя (БМПЯ) показали снижение усилия при измельчении на 40 и 45% и температуры продуктов с 50°С до 30°С, а степень измельчения (размер частиц от 0,063 до 0,125мм) увеличивается на 33 и 36 % по сравнению с контролем соответственно.

Результаты проведенных исследований легли в основу разработки рецептуры и технологии получения биомодифицированных продуктов переработки овса (БМПО) «Живица» и ячменя (БМПЯ) «Целебник» с применением целлгололитического ферментного препарата «РепЬрап 500 ВО». Разработанная технология весьма проста и не требует дополнительного оборудования и трудовых ресурсов. Технологическая схема производства биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» представлена на рисунке 4. Полученные БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник»

представляют собой порошок влажностью 6 %, с размером частиц 0,063-0,125 мм, кремового цвета с оттенком вкуса ореха.

Экспериментальные исследования химического состава (таблица 3) вновь разработанных биомодифицированных продуктов БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» и сравнительный анализ с химическим составом нативного зерна, из которого они получены, показал, что в процессе биомодификации происходит незначительное изменение химического состава по сравнению с исходным сырьем: количество белков снизилось для «Живицы» и «Целебника» на 3,1 и 2,2 %, жиров на 2,8 и 5,2 %, гемицеллюлозы на 3,1 и 11,2%, целлюлозы

Таблица 3 - Анализ химического состава биомодифицированных продуктов овса и ячменя (на 100

Оаёс (ячмень)

-О J

Б МП "Живица' ("Целебник^

Показатели Овес БМПО Ячмень БМПЯ

сорта «Ска «Живи сорта «Якоби «Целеб ник»

кун» ца» нец»

1 2 3 4 5

Белки,% 17,6 17,2 13,9 13,6

Незаменимые аминокислоты, мг/100 г:

валин 540 495 662 622,28

изолейцин 420 411 454 424,2

лейцин 760 679 780 733,7

лизин 470 440 340 332,00

метионин 250 236 180 146,68

треонин 330 311 213 206,7

триптофан 227 213 124 120,74

фенилаланин 550 753 778 741,61

Жиры, %, в т.ч. 3,6 3,5 2,90 2,75

мононенасыщенные

жирные кислоты, % 1,72 1,68 0,33 0,31

полиненасыщенные

жирные кислоты, % 1,14 1,09 1,16 1,01

Углеводы, %, в т.ч.: 62,9 62,9 68,1 68,0

моно- и дисахариды 1,4 2,1 2,5 3,02

гемицеллюлоза 10,12 9,81 6,90 6,12

целлюлоза 10,10 9,44 5,30 4,95

крахмал 31,11 30,08 46,9 46,18

пектин 3,47 2,96 2,30 2,12

¡3-глюкан 6,80 6,68 4,20 3,99

Зола 3,9 3,15 3,2 2,86

Минеральные вещества, мг/100г:

кальций 70,0 69,3 106,08 105,87

магний 178,0 177,5 174,54 174,33

Микроэлементы, мкг/100 г сухого вещества

железо 4,56 4,03 11,44 11,23

марганец 5,15 4,98 2,80 2,61

Витамины, мг/100 г:

витамин Е 3,73 3,67 4,28 4,23

Рибофлавин 0,13 0,12 0,14 0,13

Холин 136,0 132,0 129,0 127,0

Энергетическая ценность, ккал 235,63 238,83 283,49 286

Рисунок 4 - Технологическая схема производства БМП «Живица» и «Целебник»: 1 - зерновой сепаратор; 2 - триер; 3 - рассев; 4 - моечная машина; 5 — ферментер; 6 -диспергатор; 7 — сушилка; 8 - охладительная колонка: 9 - вальцовый станок; 10 - рассев.

на 6,5 и 6,6 %, пектина 11,2 и 7,9 %, Р-глюкана на 1,7 и 5,1% соответственно по сравнению с исходным сырьем; витаминный и минеральный состав продуктов практически не изменяется. Происходит незначительное

снижение количества

водорастворимых фракций белка для овса и ячменя на 4 и 1,0 %, солерастворимой фракции белка на 1,5 и 5,1 %, щелочерастворимой фракции белка на 5,6 и 5,0 %, спирторастворимой фракции белка

на 7,8 и 4,7 % соответственно. Для установления разработанных БМПО «Живица» и БМПЯ исследования в течение 6 месяцев при относительной влажности воздуха не более 75 % при температуре 20 °С. В процессе хранения через каждые 15 суток

сроков хранения вновь «Целебник» проводили

из образцов брали пробы для определения кислотности и через каждые 30 суток определяли влажность продуктов и числа: кислотное, йодное и омыления.

Экспериментальные данные показали, что в процессе хранения происходит увеличение кислотного числа и влажности на 6 и 8 % для БМП «Живица» и «Целебник» соответственно, понижение йодного числа на 4 и 3%, увеличение числа омыления на 20 и 11% соответственно. Полученные результаты свидетельствуют о том, что технологическая обработка зерна овса и ячменя ведет к инактивации липолитических ферментов, в связи с чем повышается стойкость липидов БМП к окислению в процессе их хранения. Исследования внешних и внутренних факторов, влияющих на снижение качества продукта: активность воды, кислотность, температура и наличие активности собственных ферментных систем (амилолитических, протеолитических и липолитических) - показали, что БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» имеют низкое значение активности воды - 0,3. Известно, что при значениях активности воды до 0,55 наблюдается отсутствие роста плесневых грибов, дрожжей, БГКП, Salmonella, Klebsella и т.д. и замедление активности собственных ферментных систем продукта.

Исследования стабильности БМП при хранении и показателей их безопасности подтвердили их соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.9.4), позволили определить рациональные сроки хранения биомодифицированных продуктов овса и ячменя при температуре 20 °С и влажности 75 % в течение 6 месяцев без ухудшения показателей качества.

Таким образом, в результате проведенных исследований можно констатировать, что разработанная биотехнология переработки овса и ячменя с использованием целлюлолитического ферментного препарата «Pentopan 500 BG» на стадии ГТО позволяет увеличить выход готового продукта с одной тонны перерабатываемого зерна на 51%, сократить время технологического процесса на 71% по сравнению с технологией толокна (как наиболее близкая по технологическим приемам) и получить биомодифицированные продукты овса и ячменя, обладающие богатым химическим составом за счет аминокислотного состава, высокого содержания минеральных веществ, витаминов и пищевых волокон, в связи с этим данные продукты молено рекомендовать в пищевой промышленности в качестве добавок функционального назначения. За счет содержание белков альбуминовой и глобулиновой фракций, пектина, ß-глюкана, целлюлозы и гемицеллюлозы можно рассматривать вновь полученные продукты как структурообразователи, т.е. обладающие технологическими свойствами.

В результате исследований химического состава зерна овса сорта «Юбиляр» определили, что он обладает высоким содержанием углеводов по сравнению с другими исследуемыми сортами, в частности, крахмала, поэтому он был выбран для получения сахаросодержащего продукта.

Для получения сахаросодержащего продукта из целого зерна овса использовали поэтапный ферментативный гидролиз. На первом этапе проводили частичную модификацию структурных полисахаридов зерна овса, предусматривающую размягчение оболочек. С этой целью использовали

отечественный комплексный ферментный препарат на основе целлюлаз Целловиридин Г 20 X (целлобиогидролаза - активность - 3522 ед/г, Р-глюканаза -активность - 3084 ед/г, ксиланазная - активность - 728 ед/г)). Данный ферментный препарат зарекомендовал себя с положительной стороны в таких отраслях, как пивоварение, хлебопечение, виноделие и спиртовая промышленность. Исследовали влияние параметров ферментативного гидролиза: гидромодуля, длительности и дозировки ферментного препарата - на степень размягчения клеточных стенок для установления рациональных режимов. Об оптимальности процесса судили по изменению влажности зерна, она должна быть на уровне 38-40 %.

Зависимость влажности зерна овса - W, %, от гидромодуля, Гм, длительности ферментативного гидролиза - х, мин и дозировки ферментного препарата - С, ед. ЦлА на 1 кг сухого вещества описывали уравнениями: W = 145,9Гм3 - 234,4Гм2 + 89,ЗГм + 33,25, R2 = 0,999; W = ОД 1т + 32,25, R2 = 0,981; W = -0,0001С2 + 0,088С + 20,31, R2 = 0,986.

В результате проведенных исследований были определены рациональные режимы гидролиза целого зерна овса с применением целлюлолитического ферментного препарата Целловиридин Г 20 X: гидромодуль 1:3, длительность ферментативного гидролиза 60 минут, дозировка ферментного препарата 400 ед. ЦлА (0,096 %) на 1 кг сухого вещества зерна при температуре 50 °С и рН 4,5-5,0. После предварительной обработки с применением ферментного препарата Целловиридин Г 20 X зерно овса подвергали диспергированию до размеров частиц 150-170 мкм. На втором этапе использовали амилолитические ферментные препараты для разжижения и осахаривания. Измельченный гидролизат обрабатывали комплексом амилолитических ферментных препаратов разжижающего «Ban 480 L» (Novo Nordisk (Дания), имеющих амилолитическую активность АС 4000 ед./г) в количестве 800-1200 ед. АС (0,02 %) на 1 кг сухого вещества при гидромодуле 1:3 (влажность суспензии 75 %), температуре 85-90 °С и рН 5,0-6,0 и осахаривающего действия San Extra L (Novo Nordisk (Дания), имеющий амилолитическую - AC 550 ед./мл, глюкоамилазную - ГлС 7500 ед./мл и протеолитическая активность - ЗОед./мл) в количестве 4500-6000 ГлС (0,07%) на 1 кг сухого вещества при гидромодуле 1:3, температуре 55-60 "С и рН- среды 4,5.

Об рациональном времени воздействия ферментного препарата «Ban 480 L» при рН-5,0, температуре 85°С и гидромодуле 1:3 судили по йодной пробе и изменению кинематической вязкости суспензии (табл. 4).

Зависимость кинематической вязкости суспензии - у, мм2/с от длительности ферментативного гидролиза -х, мин, описывали уравнением: у=212,61-10"7 х5-365,2б-10"5 х4+2097,67-10"4 х3^162,19-10"2 х2+38,48х+24,42, R2 = 0,955

Рациональное время ферментативного гидролиза с применением препарата «Ban 480 L», по истечении которого вязкость суспензии снижается, 60 минут. Перед третьим этапом ферментативного гидролиза проводили

инактивацию бактериальной амилазы препарата «Ban 480 L», нагревали до температуры 110 - 115°С в течение 10-15 мин.

Таблица 4 - Влияние длительности ферментативного гидролиза («Вап 480 Ь») на изменение вязкости и цвета суспензии

Время ферментативного гидролиза, мин Кинематическая вязкость суспензии, мм2/с Цвет суспензии

0 24,98±0,15 синий

20 95,32±0,15 синий

30 279,85±0,15 сине-фиолетовый

40 361,77±0,15 пурпурный

50 476,93±0,15 красный

60 180,14±0,15 бурый

70 60,05±0,15 коричневый (ахроматическая точка)

Об эффективности ферментативной обработки препаратом осахаривающего действия «San Extra L» судили по изменению количества редуцирующих веществ и свободного аминного азота. По результатам исследования установили, что рациональное время осахаривания — 180 минут, по истечении которого содержание редуцирующих веществ увеличивается в 4,5 раза, содержание свободного аминного азота — в 3,3 раза. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки рецептуры и технологии сахаросодержащего гидролизата, названного «Сахарок» (рисунок 5).

«Сахарок»: 1 - зерновой сепаратор; 2 - магнитный сепаратор; 3 - бункер для хранения; 4 -весы; 5 -моечная машина; 6 - ферментер; 7 - диспергатор; 8 - ферментер; 9 -темперирующая машина; 10 - сушилка; 11- рассев.

Полученный сахаросодержащий гидролизат «Сахарок» представляет собой порошок кремового цвета с содержанием влаги 13 % и частицами размером 120-160 мкм.

Экспериментальные исследования химического состава сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» (таблица 5) и сравнительный анализ с химическим составом муки пшеничной общего назначения (М 55-23) показали, что продукт характеризуется богатым химическим составом. «Сахарок» многократно превосходит ее по содержанию аминного азота и легкоусвояемых Сахаров, липидов в 3,8 раза, в особенности ненасыщенных жирных кислот - в 5,8 раза, гемицеллюлозы - в 2,3 раза, клетчатки - в 46,0 раз,

имеются пектин и [)- глюкан, отсутствующие в муке. «Сахарок» имеет богатый минеральный и витаминный состав, отличается высоким содержанием калия по сравнению с мукой пшеничной первого сорта - в 1,9 раза, кальция - в 3,2 раза, магния - в 2,7 раза, фосфора - в 2,8 раза, марганца - в 4,6 раза, биотина - в 50 раз, пантотеновой кислоты - в 2 раза, холина - в 1,4 раза; сумма незаменимых аминокислот на 3,30 % выше, чем в муке пшеничной первого сорта, при этом скор по лизину превышает муку пшеничную на 20,70 %.

Проведенные исследования стойкости при хранении и показателей безопасности гидролизата овса «Сахарок» подтвердили его соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.9.4), позволили установить рациональные условия хранения при температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 75 % в течение 6 месяцев без ухудшения показателей качества.

Таблица 5 - Анализ химического состава гидролизата овса «Сахароюж пшеничной муки (М 55-23)____

Химические показатели, г/100 г сухого вещества «Сахарок» Мука пшеиичная общего назначения Химические показатели, г/100 г сухого вещества «Сахарок» Мука пшеничная общего назначения

Белки 12,20 10,33 калий 395,00 204,65

Липиды, в т.ч 5,7 1,51 кальций 89,00 27,91

насыщенные мононенасыщенн ые 0,85 2,20 0,35 0,15 магний 140,00 51,16

натрий 39,00 4,65

полинепасыщенн ые 2,45 0,65 фосфор 376,00 133,72

Углеводы, в том числе 73,70 81,51 Микроэлементы, мг/100 г сухого вещества

Моно - и дисахариды 8,13 0,26 железо 4,47 2,44

гемицеллюлозы 6,65 2,91 марганец 5,95 1,30

клетчатка 10,58 0,23 Витамины, мг/100 г сухого вещества

крахмал 12,28 78,02 витамин Е 3,80 3,55

пектин 2,84 0,00 витамин В6 0,32 0,26

(3-глюкан 1,00 0,00 Биотин 0,15 0,003

Макроэлементы, мг/100 г сухого вещества

Для обоснования экономической эффективности вновь разработанных технологий переработки зерна овса и ячменя был проведен сравнительный анализ основных экономических показателей производства БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» и «Сахарок» с толокном (которое было выбрано в качестве контроля в связи с идентичностью технологических приемов). Установлено снижение удельных затрат на производство и реализацию продукции БМПО «Живица», «Сахарок и БМПЯ «Целебник» на 43, 39 и 21% соответственно по сравнению с контрольным образцом за счет существенного роста выхода готовой продукции, снижение энергетических затрат, сокращения длительности производственного цикла, роста производительности труда. В результате

внедрения новых технологий производства биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя удалось снизить себестоимость товарной продукции на 36956,266 тыс. руб в год. При этом затраты на 1 руб. товарной продукции снизились на 5,66% или на 0,0542 руб., в том числе за счет относительной экономии условно-постоянных расходов (в результате увеличения объема выпуска товарной продукции) на 2,72% или на 0,0261 руб. и относительной экономии переменных затрат (в результате улучшения структуры ассортимента) на 2,94% или на 0,0281 руб.

Таким образом, в результате научно-практических исследований и математической обработки экспериментальных данных можно констатировать, что применение целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов на стадии ГТО в технологии переработки целого зерна овса и ячменя способствует сохранению пищевых структурообразователей: пектина, Р — глюкана, пищевых волокон и белков альбуминовой и глобулиновой фракций, легкоусвояемых углеводов, аминного азота, сокращению продолжительности технологического цикла их переработки, увеличению выхода готового продукта с одной тонны перерабатываемого зерна, повышению экономической эффективности производства без привлечения дополнительного оборудования , трудовых ресурсов и получению БМПО «Живица», БМПЯ «Целебник», сахаросодержащий гидролизат овса «Сахарок» богатым химическим составом. Разработанные технологии переработки зерна овса и ячменя достаточно просты и экономичны, реализация их в условиях зерноперерабатывающей и в целом пищевой промышленности не требует привлечения нового оборудования и больших энергетических затрат.

В главе 4 «Научно-экспериментальное обоснование функционалыго-технологических свойств продуктов биомодификации овса «Живица», «Сахарок» и ячменя «Целебник» представлены научно-экспериментальные данные, подтверждающие функционально-технологические свойства биомодифицированных продуктов переработки овса «Живица», «Сахарок» и ячменя «Целебник», предназначенных для производства высококачественных хлебобулочных и кондитерских изделий.

4.1 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на желирующую способность пектинового студня.

На основании изучения химического состава биомодифицированных продуктов переработки овса (БМПО) «Живица» и ячменя (БМПЯ) «Целебник» установлено, что они содержат пектин, (3-глюкан, целлюлозу и гемицеллюлозу, кальций, магний и натрий (глава 3), которые обладают способностью участвовать в структурообразовании пектиновых студней.

Проводили исследования эффективности действия различных дозировок БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» на студнеобразующую способность пектинового студня, о которой судили по адгезионному напряжению и прочности студня, зависящую от удельного сопротивления сдвигу, эффективной вязкости. Установлена зависимость возрастания удельного сопротивления сдвига от времени застудневания и количества вводимых дозировок биомодифицированных продуктов. Эффективная вязкость (рисунки

6 и 7) увеличивается на 15%, а адгезионное напряжение пектинового студня снижается при введении биомодифицированных продуктов до 10 % по сравнению с контролем.

Экспериментальные данные влияния различных дозировок БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» на прочность пектинового студня описывали полиномиальными уравнениями 3-ей степени:

БМПО «Живица» :у = - 0,0021х3 + 0,0434х2 - 0,0669х + 6,1414, где у -прочность студня, Н; х - процент замены пектина на БМПО «Живица», %. Л2 = 0,9708;

БМПЯ «Целебник»: у = - 0,05х3 + 0,2214х2 + 0,0143х + 5,3029, где у - прочность студня, Н; х - процент замены пектина на БМПЯ «Целебник», %. Л2 = 0,998.

На основании проведенных исследований установлено, что за счет введения добавок БМП снижается время застудневания на 21 %, адгезия на 10% и увеличивается вязкость пектинового студня на 15 %. Показано, что биомодифицированные продукты переработки овса «Живица» и ячменя «Целебник» участвуют в студнеобразовании пектина и, с учетом увеличения прочностных свойств пектинового студня, возможно, прогнозировать сокращение рецептурного количества пектина в среднем до 15 %, что позволяет рекомендовать БМП при производстве пастило-мармеладных кондитерских масс с целью экономии дорогостоящего импортного сырья, интенсификации технологического процесса и повышения пищевой ценности готового продукта..

4.2 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на пенообразующую способность и устойчивость меланжа и яичного белка

Входящие в состав биомодифицированных продуктов «Живица» и «Целебник» пектин и белки альбуминовой и глобулиновой фракций, которые проявляют свойства ПАВ, а так же пищевые волокна в набухшем состоянии обладают повышенной аэрирующей способностью, свидетельствуют о том, что данные продукты могут обладать пенообразующей (ПО) способностью. При исследовании влияния БМП на ПО меланжа (рисунки 8, 9 и 10) установлено, что добавление продуктов «Живица» и «Целебник» в восстановленном виде перед взбиванием приводит к повышению пенообразующей способности меланжа на 3,5 %, увеличению устойчивости полученной пены на 8,5 % и уменьшению времени для ее получения. Проведенные исследования и математическая обработка полученных экспериментальных данных по влиянию различных дозировок на пенообразующую способность меланжа и устойчивость его пены показали, что рациональными являются 40% к массе меланжа восстановленного БМПО «Живица» и 30% к массе меланжа восстановленного БМПЯ «Целебник». На основании экспериментальных данных влияния БМП и их способа введения на пенообразующую способность яичного белка (рисунок 11 и 12) и устойчивость его пены установлено, что при внесении БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» в количестве до 15% к массе яичного белка на сухое вещество пенообразование яичного белка и устойчивость пены увеличивается. В восстановленном виде БМПО «Живица»

на 9,5% и БМПЯ «Целебник» на 23% в большей степени увеличивают пенообразующую способность по сравнению с невосстановленном.

Результаты исследований влияния биомодифицированных продуктов и их способа введения на пенообразующую способность яблочно-белковой смеси и устойчивость ее пены показали, что БМПЯ «Целебник» в количестве до 15% к массе яблочно-белковой смеси по сухому веществу в восстановленном виде

Рисунок 6 - Изменение эффективной вязкости пектинового студня в зависимости от количества добавки БМПО «Живицы»

Рисунок 8 - Влияние на пенообразующую способность меланжа

способов восстановления

Рисунок 7 - Изменение эффективной вязкости пектинового студия в зависимости от количества добавки "БМПЯ «Целебник

Рисунок 9 - Влияние на устойчивость пены

меланжа способов

восстановления продуктов «Живица» и «Целебник»

5 20

Й 15

с

$ 10

С 5

$

и 0

И Контроль а Вариант I В Вариант 2 Ш Вариант 3 в Вариант 4 О Вариант 5

увеличивает пенообразующую

способность на 30 % и устойчивость на 2%, что интенсивнее, чем БМПО «Живица» в среднем на 60 %, в результате чего БМПЯ «Целебник» можно рекомендовать при производстве кондитерских масс с пенообразной структурой с целью снижения рецептурного количества меланжа и

продуктов «Живица» и «Целебник»

Рисунок 10 - Влияние на время получения пены меланжа способов восстановления продуктов «Живица» и «Целебник»

яичного белка вследствие их дороговизны и ограниченного срока хранения, а так же для повышения пищевой ценности готового продукта.

4.3 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебиик» на качественные показатели пшеничной муки

На основании исследований влияния биомодифицированных продуктов на технологические свойства пшеничной муки общего назначения М 55-23,

Рисунок 11 - Изменение пенообразующей Рисунок 12-Изменениепенообразующей способности яичного белка в зависимости от способности яичного белка в зависимости от дозировки и способа введения БМПО дозировки и способа введения БМПЯ «Живица» «Целебиик»

установлена зависимость увеличения количества сырой клейковины, сахаробразующей (рисунок 13) и газообразующей способности муки и снижения количества сухой клейковины и «числа падения» с увеличением процентного содержания биомодифицированных продуктов «Живица» и «Целебиик». Научно-обоснованные экспериментальные данные доказали целесообразность применения биомодифицированных продуктов овса «Живица» до 20 % и ячменя «Целебник» до 25 % к массе муки общего назначения по сухому веществу с целью корректировки ее технологических свойств при производстве изделий из муки с различными структурно-механическими свойствами и повышения их качества и пищевой ценности.

Рисунок 13 - Влияние дозировок биомодифицированных продуктов на сахарообразугощуго способность муки пшеничной общего назначения

4.4 Влияние биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» на технологические свойства масла какао Исследовано влияние БМП на пластическую прочность масла какао, установлена линейная зависимость увеличение его пластической прочности от дозировки и времени охлаждения.

Графики поверхности отклика (рисунки 14 и 15) при постоянной величине

пластической прочности (Т), варьировании дозировок биомодифицированных продуктов -(х) и времени охлаждения - (у) позволили найти их рациональное соотношение. Установлена закономерность, что увеличение прочности масла какао достигается при дозировке биомодифицированных продуктов до 15 % к массе жира.

Известно, что кристаллизация жира может начаться лишь при наличии достаточного переохлаждения не меньше порогового значения, так как для образования мелких кристаллов требуется большая степень переохлаждения, чем для крупных.

Рисунок 14 - Влияние дозировки БМПО «Живица» и времени на пластическую прочность масла какао

Рисунок 15 - Влияние дозировки БМПЯ «Целебник» и времени на пластическую прочность масла какао

2 = 10,071ху + 5,745у - 107,489у - 198,92 + ъ = 2,756ху - 6,579у2 + 110,523у- 877,271

42,553х- 1,348х

+ 134,815х-3,604х

Исследования влияния БМПО «Живица» и БМПЯ «Целебник» на скорость кристаллизации масла какао и на предельное напряжение сдвига показали, что БМПО «Живица» более чем БМПЯ «Целебник» в дозировке до 15 % по отношении к массе масла какао по сухому веществу активизирует процесс его структурообразования на 18 % за счет жиросвязывающей способности биомодифицированных продуктов, которая способствует лучшему связыванию жира, а частички белка (сферосомы) притягивают к себе частицы масла и способствуют сокращению продолжительности структурирования.

Таким образом, БМПО «Живица» можно рекомендовать при производстве кондитерских масс на основе масла какао и его заменителей с целью экономии дорогостоящего сырья - жира, интенсификации технологического процесса и повышения пищевой ценности готового продукта.

4.5 Влияние сахаросодержащего гидролизата овса «Сахарок» на физиологическое состояние хлебопекарных дрожжей и на процесс их активации

Перестройке дрожжевых клеток на новый тип жизнедеятельности требуется определенное время, вследствие чего и наблюдается существенное замедление процесса брожения в начальный период приготовления теста. С целью создания рациональных параметров для жизнедеятельности хлебопекарных дрожжей в анаэробных условиях и обеспечения высоких биотехнологических свойств предусматривают их предварительную выдержку в специально приготовленной питательной смеси с богатым углеводным и

азотистым питанием, сбалансированным витаминным и минеральным составом, перед внесением на замес мучного полуфабриката.

В связи с богатым химическим составом сахарсодержащего гидролизата «Сахарок», особую ценность которого представляют (на 100 г сухого вещества) аминный азот - 1,43 г, легкоусвояемые сахара - 40,35 г, минеральные вещества (в том числе калий - 395,00 мг, магний - 140,00 мг, фосфор - 376,00 мг, марганец - 5,95 мг) и витамины (биотип - 0,15 мг, пантотеновая кислота - 1,10 мг), являющиеся биостимуляторами биотехнологических свойств дрожжей, были исследованы возможность и целесообразность его использования для предварительной активации хлебопекарных прессованных дрожжей.

Исследованиями влияния сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» на изменение ферментативной активности (зимазной и мальтазной), подъемной силы дрожжей (таблица 6), внешнего вида дрожжевой клетки, количества почкующихся, мертвых дрожжевых клеток и клеток с гликогеном установлено, что с применением сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» зимазная и мальтазная активности дрожжей увеличиваются, что положительно сказывается на их подъемной силе, количество мертвых клеток уменьшается, а почкующихся и с гликогеном увеличивается.

Таблица 6 - Характеристика активированных дрожжей

Наименование показателя Контроль Экспериментальный образец

Зимазная активность, мин 44 31

Мальтазная активность, мин 75 50

Подъемная сила по шарику, мин 10 6

Содержание дрожжевых клеток, млн/г 1450±5 1870±5

в том числе

мертвых 58±5 47±5

почкующихся 246±5 318±5

клеток с гликогеном 1193±5 1659±5

Экспериментальные данные по изучению проб активированных дрожжей под микроскопом показали, что поверхность клеток в активированных гидролизатом «Сахарок» дрожжах увеличена, а их форма более округлая. Отношение поверхности клетки к ее объему сказывается на скорости диффузии питательных веществ внутрь клетки и выделении продуктов обмена, тем самым интенсифицируя жизнедеятельность микроорганизмов, то есть дрожжи, активированные с применением гидролизата «Сахарок», способны к активной жизнедеятельности.

Проведены исследования влияния активированных дрожжей гидролизатом «Сахарок» на процесс созревания опары при одновременном снижении рецептурного количества дрожжей: кинетику и динамику газообразования (рисунок 16 и 17) в процессе брожения опары и накопление кислотности.

Установлено, что использование сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» для активации прессованных хлебопекарных дрожжей интенсифицирует процесс созревания опары и позволяет снизить рецептурное количество дрожжей на 60 %. Дальнейшее уменьшение рецептурного количества дрожжей нецелесообразно, так как приводит к ухудшению исследуемых показателей.

Таким образом, установлено, что применение сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» для активации прессованных хлебопекарных дрожжей является целесообразным, так как значительно улучшилось их физиологическое состояние, что предположительно позволит интенсифицировать ход технологического процесса производства хлебобулочных изделий, улучшить их качество и приведет к экономии хлебопекарных дрожжей.

S qoo

£ 300 I'

£ 700 i

s боо ;

S 500 ¡

| «оо !

£ 300 i'

J 200 ;

О 100 ;

0

0

Продолжительность брожения, мин продолжительность прошения, мин

Рисунок 16 - Кинетика газообразования в Рисунок 17 - Динамика газообразования в опаре с уменьшенным рецептурным опаре с уменьшенным рецептурным количеством дрожжей количеством дрожжей

На основании результатов исследований функционально-технологических свойств бяомодифяцированных продуктов овса «Живица», «Сахарок» и биомодифицированного продукта ячменя «Целебник» определены направления их применения в конкретных отраслях пищевой промышленности: хлебопекарной и кондитерской - с учетом ожидаемого технологического, экономического и социального эффекта.

В главе 5 «Разработка технологии и рецептур пшеничиого хлеба с использованием биомодифицированного сахаросодержащего гидролизата овса «Сахарок» представлены научно-экспериментальные данные, обосновывающие целесообразность применения его при производстве пшеничного хлеба с целью интенсификации производства, повышения качества и пищевой ценности готовых изделий.

Исследованиями влияния дрожжей, активированных с применением сахаросодержащего гидролизата «Сахарок», на интенсивность бродильных процессов в полуфабрикатах хлебопекарного производства: опаре, безопарном и опарном тесте - установлено, что их применение способствует интенсификации газообразования в опаре на 28,90 % по сравнению с контролем, при этом максимум скорости газообразования выше и достигается за более короткий период. Продолжительность достижения требуемой

кислотности опары 3,2 град, сокращается на 57,10 %. В тесте, приготовленном безопарным способом и на традиционной опаре с применением дрожжей активированных с сахаросодержащим гидролизатом «Сахарок», время достижения требуемой кислотности сокращается на 80 и 60 минут, газообразование интенсифицируется на 30,50 % и 5,50 % по сравнению с контролем соответственно. Данные результаты исследований позволили сократить рецептурное количество дрожжей на 60 % при опарном способе тестоприготовления и на 40 % - при безопарном.

Полученные результаты исследований по влиянию дрожжей, активированных с применением гидролизата «Сахарок» на количество восстановленного глютатиона в тесте, изменение качества клейковины и газоудерживающую способность теста, позволили установить закономерность увеличения количества восстановленного глютатиона на 20,00 и 26,50 % по сравнению с контролем для безопарного и опарного способов тестоприготовления соответственно, что при условии активации дрожжей с применением гидролизата «Сахарок», сказывается на ослаблении упругих свойств клейковины пшеничного теста на 11,90 и 11,40 % и снижении его газоудерживающей способности на 8,10 и 10,00 % соответственно.

Результаты пробной выпечки подтвердили целесообразность снижения рецептурного количества дрожжей на 40 и 60 % при безопарном и опарном способах тестоприготовления соответственно и необходимость дальнейших исследований, направленных на снижение дезагрегирующего действия восстановленного глютатиона дрожжей. Кроме того, мякиш хлеба, приготовленного с гидролизатом «Сахарок», имел сероватый оттенок.

Исключение данных недостатков возможно путем окислительного воздействия на восстановленный глютатион дрожжей и белковые компоненты муки, для чего использовали томатную пасту. Ее применение обусловлено, во-первых, наличием красящих пигментов, что позволит компенсировать сероватый оттенок мякиша, а во-вторых, богатым химическим составом и содержанием органических кислот.

Результатами исследований показано, что применение томатной пасты в количестве до 9 % к массе муки способствует снижению доли восстановленного глютатиона в среднем на 17,50 и 21,60 %, увеличению количества сырой клейковины на 5,00 и 5,50 % вследствие увеличения ее гидратационной способности, укрепления упругих свойств клейковины по показателю ИДК на 9,20 и 7,90 %, и улучшения газоудерживающей способности теста на 21,20 и 22,70 % по сравнению с контролем для безопарного и опарного способов тестоприготовления соответственно.

Результаты пробной выпечки подтвердили целесообразность введения томатной пасты в количестве до 9 % к массе муки при приготовлении пшеничного хлеба на дрожжах, активированных с использованием гидролизата «Сахарок». Установили увеличение кислотности хлеба на 1 град, вследствие введения томатной пасты, улучшение показателей пористости, удельного объема, объемного выхода и формоустойчивости пшеничного хлеба в среднем на 7,80, 26,50, 33,80 и 3,70 % соответственно как для безопарного, так и для

опарного способов тестоприготовления и целесообразности увеличения влажности хлеба до 47 %.

Установлено влияние томатной пасты и «Сахарка» на структурно-механические свойства хлебопекарного теста: увеличение упругих и ослабление пластичных свойств, снижение адгезионной способности теста в среднем на 7,30 %., что указывает на целесообразность их применения.

Сравнительный анализ технологических параметров приготовления и выхода хлеба с применением сахаросодержащего гидролизата «Сахарок» и томатной пасты показал, что средняя продолжительность технологического цикла приготовления пшеничного хлеба сокращается в среднем на 14,60 и 13,80%, выход хлеба увеличивается на 21,10 и 22,10 % при безопарном и опарном способах тестоприготовления соответственно. Проведенные исследования легли в основу разработки рецептуры и технологии хлеба пшеничного с применением нетрадиционного сырья, названного «Добрыня».

Показано, что сахаросодержащий гидролизат «Сахарок» и томатная паста способствует замедлению процесса черствения пшеничного хлеба «Добрыня» в среднем на 11,90 % (рисунок 18). Подтверждением результатов замедления процесса черствения служат изменения количества связанной влаги в хлебе «Добрыня». В результате анализа экспериментальных кривых сорбции (рисунок 19) установили, что для хлеба «Добрыня» характерно более высокое суммарное содержание связанной влаги. Влага в хлебе «Добрыня» связана на 14,70 % прочнее, чем в контрольном образце.

Исследования безопасности хлеба «Добрыня» подтвердили его соответствие СанПиН 2.3.2.1078-01. Сравнительный анализ стойкости к заболеванию хлеба «картофельной болезнью» подтвердил эффективность использования нетрадиционного сырья для повышения безопасности хлебобулочных изделий.

Экспериментально была определена пищевая ценность вновь разработанного хлеба «Добрыня», установлено, что она характеризуется более высоким их содержанием, среди которых особо выделяются пищевые волокна (клетчатка, пектин) — 0,66 %, полиненасыщенные жирные кислоты - 0,41 %,

Время хранения, час

Рисунок 18 - Структурно-механические свойства мякиша хлеба при хранении

Относительная влажность ооздуха, %

Рисунок 19 - Изотермы сорбции пшеничного хлеба

60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 о.оо

60%

100%

Хлеб

"Добрыня"

минеральные вещества мг/100г: калий - 156,15, железо - на 1,52, магний -32,40, витамины: пиридоксин - 0,16 мг%. Энергетическая ценность хлеба «Добрыня» ниже контроля на 6,10 % и составляет 200,69 ккал на 100 г продукта.

В главе 6 «Разработка технологии и рецептур кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированиого продукта овса «Живица»

представлены научно-экспериментальные данные, обосновывающие целесообразность применения его при производстве конфет с пралиновыми корпусами с целью экономии сырья, интенсификации технологического процесса и повышения пищевой ценности готового продукта.

Результаты исследований влияния замены сахарной пудры при производстве кондитерских масс пралине с 40 % БМПО «Живица» на изменения эффективной вязкости от градиента скорости подтвердили, что это способствует увеличению ее вязкости в среднем на 28 %, при этом увеличивается скорость структурирования на 12 % и увеличивается прочность конфетных корпусов на 21 % (рисунок 20), что повышает их формоустойчивость и снижает количество сколов при формовании.

Сравнительный анализ структурно -механических, органолептических и физико-химических показателей качества масс пралине с 40 % заменой сахарной пудры на БМПО «Живица» показал, что данная замена является рациональной при их производстве, так как вязкость увеличивается в 1,5 раза, время структурирования снижается на 14%. При введении такой дозировки БМПО «Живица» показатели качества конфетных пралиновых корпусов соответствуют требованиям ГОСТ 4570- 93. Экспериментальные данные показали, что применение БМПО «Живица» при производстве масс пралине интенсифицирует

технологический процесс в среднем

Рисунок-20 Зависимость пластической прочности от продолжительности

охлаждения конфетных масс пралипе при замене сахарной пудры на БМПО: 1 -контроль; 2 — масса с 30 %; 3 -масса с 35 %; 4 - масса с 40 %; 5 - масса с 50 % БМПО.

на 11 %, при этом повышается производительность ведущего оборудования, что позволяет сделать вывод об экономической целесообразности применения БМПО «Живица» при производстве кондитерских масс пралине. На основании научно-обоснованных данных были разработаны рецептура и технология производства конфет с пралиновыми корпусами с применением БМПО «Живица», в дальнейшем названные «Русское поле».

Исследования физико-химических показателей качества и безопасности конфет «Русское поле» подтвердили их соответствие ГОСТ 4570-93 и СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.5.2.2).

Экспериментально была определена пищевая ценность вновь разработанных конфет «Русское поле» установлено, что они не уступают по содержанию основных пищевых веществ контрольному образцу, характеризуются увеличением белков на 30,4%, жиров - на 8 %, минеральных веществ- на 63 %, количество усвояемых углеводов снизилось на 15 %, существенно увеличилось содержание клетчатки, (3-глюкана и содержание витамина Е по сравнению с контролем.

В главе 7 «Разработка технологии и рецептур зефира с использованием биомодифицировапиого продукта ячменя «Целебпик» представлены научно-экспериментальные данные, обосновывающие целесообразность его применения при производстве зефира с целью экономии дорогостоящего сырья - пектина, интенсификации технологического процесса и повышения пищевой ценности готового продукта.

Установлена закономерность, что при увеличении дозировок от 5 до 20 % БМПЯ «Целебник» у зефирной массы увеличивается эффективная вязкость на 44 %, напряжение сдвига на 43 %, предельное напряжение сдвига на 32 % и пластическая прочность на 41 %, адгезионное напряжение (рисунок 21) снижается на 29%, а время образования студня ускоряется на 12 %.

Экспериментально установлена рациональная дозировка БМПЯ «Целебник» до 15%, которая существенно улучшает структурно-механические свойства зефирной массы. Полученные закономерности свидетельствуют о том, что БМПЯ «Целебник» участвует в процессе структурообразования зефирной массы, что позволяет предположить замену рецептурного количества пектина.

Результаты исследований замены пектина в рецептуре зефира с 15% БМПЯ «Целебник» позволили определить рациональную технологическую стадию введения БМПЯ «Целебник» и установить, что замена 10 % пектина БМПЯ «Целебник», введенного на стадии приготовления яблочно-пектиновой смеси, не ухудшает физико-химические, органолептические и структурно-механические показатели готового зефира и соответствуют ГОСТ 6441-96. На основании научно-обоснованных данных были разработаны рецептура и технология производства зефира с применением БМПЯ «Целебник», в дальнейшем названного «Новинка».

Экспериментально подтверждено, что использование БМПЯ «Целебник» позволило увеличить сроки хранения с 30 до 45 суток, при этом физико-химические, органолептические и показатели безопасности зефира «Новинка» соответствуют ГОСТ 6441 - 96 и СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.5.2.11). Экспериментально была определена пищевая ценность вновь разработанного зефира «Новинка». Установлено, что он не уступает контролю по содержанию основных пищевых веществ, характеризуется увеличением белков на 65 % и целлюлозы на 4,5 %, уменьшением усвояемых углеводов на 5,2 % по сравнению с контрольным образцом. В зефире «Новинка» за счет введения БМПЯ «Целебник» появился (3-глюкан и гемицеллюлоза, которые полностью отсутствовали в контроле.

Рисунок 21 - Зависимость адгезионного напряжения от дозировки БМ1ТЯ «Целебник» и продолжительности выстойки

Ъ = 0,7629-0,0034*х+0,1623*у+0,0025*х2-0,002*х*у-0,0026*у2, ¥ = 0,9739

глутаминовой кислоты - в 2,0 раза; гистидина - на 50,3 % по сравнению

При этом энергетическая ценность изделий снизилась на 1,0 % по сравнению с аналогичным показателем контрольного образца. Исследования аминокислотного состава показали, что зефир «Новинка» содержит больше триптофана - на 77,0 %; лизина - на 30,9 %; треонина - на 77,4 %; валина -на 65,0 %; изолейцина — на 38,2 %; лейцина - на 46,6 %; тирозина+фенилаланина - на 65,8 %; метионина+цистеина - на 50,0 %; аланина - на 81,4 %; аргинина - на 56,9 %; аспарагиновой кислоты - на 37,4 %; серина- на 32,4 %; пролина - в 2,7 раза; глицина - на 60,8 %; с контролем.

Выводы

1. Проведены исследования, направленные на решение важной народнохозяйственной проблемы - разработки ресурсосберегающих технологий переработки зерна овса и ячменя для производства хлебобулочных и кондитерских изделий с заданными функционально-технологическими свойствами. Значительно расширена сырьевая база хлебопекарной и кондитерской отраслей за счет использования биомодифицированных продуктов овса и ячменя, применение которых обеспечивает экономию сырьевых ресурсов, интенсификацию технологических процессов и повышение пищевой ценности готовых изделий.

2. Установлен химический состав зерна различных сортов овса и ячменя. Показано, что овес сортов «Скакун», «Юбиляр» и ячмень сорта «Якобинец» обладают функционально-технологическим потенциалом. Доказана целесообразность их применения в качестве субстрата для действия ферментных препаратов на основе целлюлаз и амилаз, обеспечивающих максимальное снижение прочности плодовых и семенных оболочек при минимальном гидролизе Р-глюкана, пектина, гемицеллюлозы и целлюлозы, белков альбуминовой и глобулиновой фракций, а так же максимального гидролиза крахмала с накоплением легкоусвояемых Сахаров.

3. Показано, что наибольшей способностью гидролизовать некрахмальные полисахариды оболочек овса и ячменя при минимальном гидролизе природных структурообразователей обладает ферментный препарат «Реп1:орап 500 Вв». Определены рациональные режимы его действия: дозировка 0,015% к массе сухого вещества, температура - 40°С, рН = 4,5, длительность гидролиза 60 и 120 мин (соответственно) и гидромодуль 1:3. Установлено, что режимы ферментолиза позволяют снижать прочность

оболочек на 45 %, усилие на диспергирование на 44%, расход электроэнергии на измельчение на 42%, увеличивать дисперсность на 41% по сравнению с контролем.

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования отечественного ферментного препарата на основе целлюлаз Целловиридина Г 20 X и ферментных препаратов на основе амилаз Бан 480 Л и Сан Экстра Л при гидролизе овса, обеспечивающих накопление сбраживаемых Сахаров и свободного аминного азота.

5. Разработаны ресурсосберегающие технологии переработки овса и ячменя и получения биомодифицированных продуктов овса «Живица» и «Сахарок», ячменя «Целебник». Показано, что разработанные технологии обеспечивают: увеличение выхода продуктов переработки зерна БМПО «Живица» и «Сахарок», БМПЯ «Целебник» в среднем на 38, 34 и 40%, снижение полной себестоимости производства на 43, 39 и 21% соответственно, увеличение сроков хранения всех разработанных продуктов на 33% по сравнению с контролем (толокно).

6. Установлен химический состав и технологические свойства биомодифицированных продуктов овса «Живица», «Сахарок» и ячменя «Целебник». Экспериментально установлено:

• биомодифицированный продукт овса «Сахарок» по содержанию: легкоусвояемых Сахаров превосходит муку пшеничную общего назначения в 25,8 раза, липидов - в 3,8 раза, гемицеллюлозы - в 2,3 раза, клетчатки - в 46,0 раз, имеет богатый минеральный и витаминный состав, содержит пектин- 2,84 и (З-глюкан-1 г/100г продукта и свободный аминный азот -1426,28 мг/% на сухое вещество, отсутствующие в пшеничной муке. Установлено, что «Сахарок» при активации прессованных хлебопекарных дрожжей улучшает их физиологическое состояние, интенсифицирует процесс созревания опары и позволяет снизить рецептурное количество дрожжей на 60 %. Это позволило разработать ресурсосберегающую технологию пшеничного хлеба «Добрыня», обладающего высокой пищевой ценностью и качеством, по показателям безопасности соответствующего требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01;

• биомодифицированный продукт овса «Живица» и биомодифицированный продукт ячменя «Целебник» повышает студнеобразующую способность пектиновых студней на 12 и 15 %, сокращает время структурирования на 12 % и уменьшает адгезионное напряжение пектиновых студней 8 и 9,5 %, что позволяет снижать количество пектина до 10% и подтверждает возможность их применения в качестве структурообразователей при производстве пастило-мармеладных изделий;

• пенообразующая способность яичного белка и яблочно - белково-сахарной смеси с введением биомодифицированного продукта ячменя (БМПЯ) «Целебник», содержащего белки альбуминовой - 4,19% и глобулиновой - 2,95% фракций, пектина 2,2 г/100г, повышается на 30 и 22%, а устойчивость пены на 10 и 5 % соответственно. Это позволило разработать ресурсосберегающую технологию зефира «Новинка» с БМПЯ «Целебник», обладающего высокой

пищевой ценностью и качеством, по показателям безопасности соответствующего требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01;

• технологические свойства меланжа при введении восстановленных биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» улучшаются: пенообразующая способность - на 3,7 и 2,8%, устойчивость пены -на 10 и 5,6% и эмульгирующая способность на 25 и 12%, снижается время получения устойчивой пены на 21,9 и 28,1% соответственно по сравнению с контролем. Поэтому данные продукты биомодификации зерна целесообразно использовать в производстве пищевых масс с пенообразной структурой;

• технологические свойства муки при введении биомодифицированных продуктов овса «Живица» и ячменя «Целебник» существенно изменяются: повышается ее водопоглотительная способность - на 13 и 11 %и количество сырой клейковины - на 17 и 11 %; увеличивается показатель ИДК - на 14,2 и 18,1 %; снижается «число падения» - на 15 и 13%; увеличивается ее сахарообразующая способность в среднем на 78,8 и 93,5 % и газообразующая способность в среднем на 16,5 и 34,2 % соответственно, что позволит использовать данные биомодифицированные продукты при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с целью повышения их пищевой ценности и коррекции технологических свойств пшеничной муки;

• биомодифицированный продукт овса «Живица» обладает жиросвязывающей способностью, что положительно влияет на структурно-механические свойства масла какао, снижает его предельное напряжение сдвига, увеличивает скорость его кристаллизации и прочность кристаллической решетки, придавая ему новые физические свойства. Установлено, что при замене 40% сахарной пудры на БМПО «Живица» в рецептуре масс пралине снижается их предельное напряжение сдвига на 11,5% и увеличивается вязкость на 10,8 %, ускоряется процесс структурообразования на 12% по сравнению с контролем. Это позволило разработать технологию конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле», обладающих высокой пищевой ценностью и качеством по показателям безопасности, соответствующих требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

7. Разработана и утверждена техническая документация на биомодифицированные продукты овса «Живица» и «Сахарок» и ячменя «Целебник», хлеб пшеничный «Добрыня», зефир «Новинка» и конфеты с пралиновыми корпусами «Русское поле». Разработанные изделия внедрены на предприятиях зерноперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской отраслей Орловской, Курской и Московской областей.

8. Установлено, что внедрение новых технологий переработки зерна овса и ячменя в биомодифицированные продукты позволит обеспечить снижение себестоимости товарной продукции на 36956,266 тыс. руб. в год за счет существенного роста выхода готовой продукции, снижения энергетических затрат, сокращения длительности производственного цикла и роста производительности труда.

Список работ, опубликованных по теме диссертации, в реферируемых ВАК

журналах

1. Румянцева, В.В. Влияние зернового гидролизата овса на реологические характеристики пралиновых масс [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Бабракова, С.Я. Корячкина // Известия вузов. Пищевая технология. - 2006. - № 4. - С. 51-52. - Библиогр.: с. 52.

2. Румянцева, В.В. Биомодифицированные продукты в производстве конфетных масс [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Бабракова, С.И. Шебанова // Кондитерское производство - 2007. - № 1. - С. 26-27. - Библиогр.: с. 27.

3. Румянцева, В.В. Влияние процесса биомодификации ячменя на его биологическую ценность [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Ковач, М.А. Кузнецова // Хранение и переработка сельхозсырья - 2007. - № 10. - С. 36-38. - Библиогр.: с. 38.

4. Румянцева, В.В. Влияние продуктов биоконверсии зернового сырья на качество мармелада [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Ковач, Д.А. Орехова // Кондитерское производство - 2007. - № 6. - С. 20-24. - Библиогр.: с. 24.

5. Румянцева, В.В. Пшеничный хлеб с использованием нетрадиционных видов сырья [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Шеламова, А.Ю. Игнатова // Хлебопродукты. - 2008. - № 5. - С. 48-49. - Библиогр.: с. 49.

6. Румянцева, В.В. Биомодифицированная сахаросодержащая паста из овса для активации хлебопекарных дрожжей [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Шеламова, Д.А. Орехова // Хлебопродукты. - 2008. - № 7. - С. 62-64. -Библиогр.: с. 64.

7. Румянцева, В.В. Продукты переработки зерна овса - перспективное сырье для хлебопекарной промышленности [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Шеламова, Д.А. Игнатова // Известия вузов. Пищевая технология. - 2008. - № 56. - С. 46-49. - Библиогр.: с.49.

8. Румянцева, В.В. Нетрадиционное сырье при производстве крекеров [Текст] / В.В. Румянцева, Д.А. Орехова, О.В. Миллер // «Хлебопродукты»-2009, - №3. - С. 40-41. - Библиогр.: с. 41.

9. Румянцева, В.В. Комплексный анализ качества пшеничного хлеба с применением нетрадиционного сырья [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Новикова // Известие вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 4. С. 99-102. - Библиогр.: с. 102.

10. Румянцева, В.В. Применение нетрадиционного сырья при производстве пастельных масс [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Ковач, А.Ю. Гурова // Известие вузов. Пищевая технология. - 2009. - № 4. С 10-13. -Библиогр.: с. 13.

11. Румянцева, В.В. Хлебопекарное пшеничное тесто с применением нетрадиционного сырья [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Новикова, В.П. Корячкин // «Хлебопродукты» - 2009. - № 9. - С. 46-47. - Библиогр.: с. 47.

12. Румянцева, В.В. Применение продуктов ферментативного гидролизата зерновых культур при производстве печенья [Текст] / В.В. Румянцева, Д.А. Орехова // Известия ВУЗов. Пищевая технология. - 2009. - № 5-6. С 42-44. - Библиогр.: с. 44.

13. Румянцева, B.B. Применение продуктов ферментолиза зерна овса для активации прессованных хлебопекарных дрожжей [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Шеламова, Д.А. Орехова // Хранение и переработка сельхоз сырья - 2009. -№ 10. С 46-51. -Библиогр.: с. 51.

14. Румянцева, В.В. Технофункциональмые свойства продуктов биомодификации овса и ячменя [Текст] / В.В. Румянцева, Н.М. Ковач, Т.Н. Шеламова // Хранение и переработка сельхоз сырья - 2010. - № 7. С 20-21. -Библиогр.: с. 21.

15. Румянцева, В.В. Влияние продуктов ферментативного гидролиза зерновых культур на показатели качества пищевых эмульсий [Текст] / В.В. Румянцева, Орехова Д.А., Слукина И.А //Хлебопродукты - 2010. - № 6. С. 42-43.-Библиогр.: с. 43.

16. Румянцева, В.В. Применение продуктов биомодификации овса и ячменя при производстве пастельных масс / В.В. Румянцева, Ковач Н.М., Кузнецова М.А. // Хранение и переработка сельхоз сырья - 2010. - № 9. С 18-21.-Библиогр.: с. 21.

17. Румянцева, В.В. Влияние технологических факторов на изменение функционально-технологических свойств продуктов биомодификации овса и ячменя / В.В. Румянцева, Ковач Н.М., Гурова А.Ю. // Хранение и переработка сельхоз сырья - 2010. -№ 9. С 30-32. -Библиогр.: с. 32.

18. Румянцева, В.В. Использование биомодифицированного продукта овса в производстве вафель / В.В. Румянцева, Слукина И.А., Гурова А.Ю. // Хлебопродукты -2010. -№ 9. С. 40-41. - Библиогр.: с. 41.

19. Румянцева В.В. Применение процессов ферментолиза при производстве зерновых гидролизатов/ В.В. Румянцева, Ковач Н.М., Шеламова Т.Н. // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2010. - № 10. С 30-33. -Библиогр.: с. 33.

20. Патент РФ 2310330. Способ производства бисквитного теста [Текст] / Румянцева, В.В.; заявитель и патентообладатель Орловский госуд. технический университет. - № 2006113292/13 заявл. 19.04.2006, опубл.20.11.2006, Бюл. №32.

21. Патент РФ 23007520. Способ производства конфет типа пралине [Текст] / Румянцева, В.В. заявитель и патентообладатель Орловский госуд. технический университет. - № 2006115433/13 заявл. 04.05.2006, опубл. 10.10.2007, Бюл. №28.

22. Патент РФ 2335141 Желейный мармелад и способ его получения [Текст] / Румянцева, В.В., Ковач, Н.М. заявитель и патентообладатель Орловский госуд. технический университет. - № заявки 2007107552/13 от 28.02.07. Бюл № 28, 2349645.

23. Патент РФ 2349645 Способ получения сахаросодержащего продукта [Текст] /. Румянцева В.В, Шеламова (Новикова) Т.Н., Ковач Н.М.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОрелГТУ. - № 2007141334/13; заявл. 07.11.07; опубл. 20.03.2009, Бюл. № 8.

24. Патент РФ 2348178 Способ получения продуктов из зерна [Текст] / Румянцева В.В., Ковач Н.М., Шеламова (Новикова) Т.Н., Орехова Д.А.;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОрелГТУ. - № 2007146005/13; заявл. 10.12.07; опубл. 10.03.2009. Бюл. № 7.

25. Патент РФ 2366698 Способ приготовления питательной среды для активации хлебопекарных прессованных дрожжей [Текст] / Румянцева В.В., Шеламова (Новикова) Т.Н., Орехова Д.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОрелГТУ. - № 2008100882/13; заявл. 09.01.08; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.

26. Патента РФ 2351138 Способ производства бисквитного полуфабриката [Текст] / Румянцева В.В.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОрелГТУ. № заяв 2008101172/13 от 09.01.08. Дата per. 20.03.2009 № бюл 10.

27. Патента РФ 2366257. Способ производства зефира [Текст] / Румянцева В.В., Ковач Н.М., заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО ОрелГТУ. № заяв 2008115675/13 ot21.04.2008. Дата per. 10.09.2009 № бюл 25.

Монографии

28. Методология и практика разработки инноваций в товароведении и пищевой инженерии / пол общ. ред. А.И. Шилова. - СПб.: «Инфо-да», 2008. -254с.

29. Румянцева, В.В. Опыт использования ферментов при переработке зерна и применение продуктов ферментолиза в пищевой промышленности [Текст] / В.В. Румянцева, Т.Н. Новикова - Орел: издатель С. Зенина, 2010. -151.

30. Румянцева, В.В. Теория и практика использования направленного биокатализа в технологии переработки зерна и пищевых продуктов [Текст] / В.В. Румянцева - Орел: издатель С. Зенина, 2010. — 175с.

31. Товароведно-технологические аспекты разработки пищевых продуктов функционального и специализированного назначения / под общ. ред Е.В. Литвиновой. - Воронеж.: изд. «Научная книга», 2010. - 242с.

Статьи в сборниках научных трудов и журналах

32. Румянцева, В.В., Исследование пенообразующих и студнеобразующих свойств продуктов ферментолиза овса «Живица» и ячменя «Целебник» [Текст]// Техника и технология пищевых производств: Материалы VI Международной научно-практической конференции. Могилев: Могилев, 2007. - С. 138 - 142.

33. Румянцева В.В. Применение нетрадиционного зернового сырья в производстве продуктов функционального назначения [Текст] // «Пищевая наука, инженерия и технология 2007 (Food science, engineering and technologies 2007): Научни трудове на УХТ. - Пловдив, 2007. - Том 54, свитьк 2. - С 112116.

34. Румянцева В.В. Влияние продуктов биоконверсии зернового сырья на качество пастельных кондитерских масс [Текст] // Сборник трудов II Межрегиональной научно-практической конференции "Ресторанный бизнес: технология успеха».- Красноярск: КГТЭИ, 2007 - С. 251-253.

35. Румянцева, B.B. Разработка способа переработки овса и ячменя [Текст] // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте - 2007». - Одесса, 2007, том 3. - С. 46-47

36. Румянцева, В.В. Совершенствование технологии переработки зернового сырья повышенной пищевой ценностью [Текст] // Сборник научных трудов по материалам V-Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пищевых технологий, организация и экономика». -Донецк, 2007 - С. 36-39.

37. Румянцева, В.В.Исследование влияния нетрадиционного сырья на биохимические процессы при брожении пшеничного теста [Текст] // Сборник научных трудов по материалам V-Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы пищевых технологий, организация и экономика». - Донецк, 2007 - С. 39-42.

38. Румянцева, В.В. Влияние нетрадиционного сырья на качество желейных масс [Текст] // Сборник научных работ «Оборудования, технология пищевых производств», выпуск 18, Донецк, ДонНУЭТ. - 2007. - С. 61-66.

39. Румянцева, В.В. Исследование функционально- технологические свойств продуктов переработки целого зерна овса и ячменя [Текст] // Ковач Н.М., Шеламова Т.Н Сборник научных трудов НУТП. Материалы международной научно-практической конференции «Инновационные и ресурсосберегающие технологии и оборудование в хлебопекарной, кондитерской, макаронной, пищеконцентратной и зерноперерабатывающей промышленности». - Киев: НУХТ. - 2008 - С. 135-138

40. Румянцева. B.B.New products of processing of the oats and barley and their property [Текст] // «George Baritiu» University of Brasov, Romania. Control, Development and Applied Informatics in Business and Economics. Brasov, Romania, 2008. - S 339-344.

41. Румянцева, В.В. Злаковые культуры как источник струкрурообразователей при производстве желейных масс [Текст] // VI Международная научно-практическая конференция и выставка «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты», Москва, МГУПП, - 2008. Том I. - С. 26-31.

42. Румянцева, В.В. Применение продуктов биоконверсии зерна овса и ячменя в технологии приготовления затяжного печенья [Текст] // Теоретический сборник научных работ «Оборудование и технологии пищевых производств», выпуск 20, ДонНУЭТ. - Донецк, 2009. - С. 126-129.

43. Румянцева, В.В. Исследование влияния сахаросодержащей пасты из ячменя на технологические и реологические свойства пшеничного теста [Текст]// Сборник трудов международной научно-практической конференции «Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации». - Воронеж, 2008. - С. 506-508.

44. Румянцева, В.В. Новые виды пастильных масс [Текст] // «Хлебопродукты-2008»: Материалы VIII Международная научно-практическая конференция. - Одесса: ОНАПТ, 2008. - С. 136-140.

45. Румянцева, В.В. Исследование влияния нетрадиционного сырья на показатели теста при производстве сахарного печенья [Текст] // «Стратегии инновационного развития товарных рынков»: Сборник статей международной научно-практической конференции. - РГТУ Воронеж, 2009. - С. 73-78.

46. Румянцева, В.В. Исследование влияния ферментативного гидролиза на биологическую ценность овса [Текст] / Румянцева В.В., Ковач Н.М. // «Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов». - 2010. -№ 1/(1).-С. 23-26.-Библиогр.: с. 26.

47. Румянцева, В.В. Влияние нетрадиционного сырья на реологические свойства теста [Текст] / Румянцева В.В., Новикова Т.Н. // «Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов». - 2010. - № 3/(3). - С. 2025. - Библиогр.: с. 25.

Сокращения БМП — биомодифицированные продукты; БМПО — биомодифицированный продукт овса; БМПЯ - биомодифицированный продукт ячменя; БМСО - биомодифицированный сахаросодержащий продукт овса; ПО — пенообразующая способность; ГТО - гидротермическая обработка; ПАВ - поверхностно- активные вещества.

Выражаю признательность за оказанную научную консультационную помощь д.т.н., проф. Матвеевой И.В., а так же организацию и проведение научных исследований д.т.н., проф. Черных В.Я. и д.т.н. Кузнегрвой Е.А., чьи добрые советы и пожелания сыграли неоценимую роль в подготовке данной работы.

Подписано к печати 28.04.2011 г. Формат 60x84 1/16. Объем 2,0 усл. пл. Тираж 100 экз. Заказ № 1128

Отпечатано с готового оригинал-макета на гюлиграфическои базе ФГОУ [ЗПО «Государственный университет -учебно-научно-производственный комплекс» 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

Введение

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ БИОКОНВЕРСИИ ЗЕРНА ОВСА И ЯЧМЕНЯ И ПРИМЕНЕНИЕ БИОМОДИФИЦИ РОВАННЫХ ПРОДУКТОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1 Биотехнологический и технологический потенциал овса и ячменя

1.1.1 Овес. Химический состав и морфологическое строение

1.1.2 Ячмень. Химический состав и морфологическое строение

1.2 Традиционные способы переработки овса и ячменя

1.3 Строение и свойства структурных полисахаридов злаковых 42 культур

1.4 Ферменты как специфические биокатализаторы в технологии 51 переработки зернового сырья

1.5 Применение продуктов зерноперерабатывающей промышленности в хлебопекарной и кондитерской отраслях

Актуальность проблемы. Основами государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года (распоряжение Правительства РФ от 25 сентября 2010 № 1873-р) ставится задача модернизации и интенсификации перерабатывающей промышленности, ее ориентация на местные рынки сырья с целью обеспечения продовольственной безопасности страны за счет развития фундаментальных исследований в области современных биотехнологических и нанотехнологических способов получения новых источников пищи и оценки их качества и безопасности.

Существующие традиционные технологии переработки зерна в продукты питания предусматривают обязательные технологические операции шелушения и шлифования, в результате чего удаляются биологически ценные анатомические части зерна: зародыш, алейроновый слой и оболочки, являющиеся источником пищевых волокон, витаминов, минеральных, белковых веществ, жиров, что приводит не только к снижению пищевой ценности, но и выхода готового продукта, а сами операции отличаются большой энергоемкостью.

Вопросам интенсификации процессов зернопереработки посвящено большое количество исследований российских и зарубежных ученых: Атаназевича В.И, Гинзбурга М.Е., Егорова Г.А., Казакова Е.Д., Куприц Я.II., Трисвятского JI.A., Шевцова A.A., Baecker,H., Lestienne, I., Sowitt, R и других.

Одним из перспективных направлений совершенствования процессов переработки зерна является биоконверсия с использованием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, применение которых позволяет существенно повысить эффективность переработки зерна за счет частичной модификации плодовых и семенных оболочек, приводящей к размягчению его периферийных частей. Данные технологические решения обеспечивают использование нешелушеного зерна, увеличение выхода, повышение пищевой ценности готовой продукции, снижение энергозатрат и придают новым видам пищевых продуктов функционально-технологические свойства.

Обоснованию целесообразности применения ферментативного гидролиза при переработке зерновых культур посвятили свои работы Акопян Ю.Р., Андреев А.Н., Будаева В.В., Воронина Т.Ю., Головин А.В., Гулюк Н.Г., Данилина М.М., Донченко Л.В., Жушман А.И., Ладур Т.А., Логинова М.В., Пащенко Л.П., Попадич И.А., Фурманова И.Б., Ьепко М., Рапс1оШт Т. и другие. Результаты этих работ показали, что ферментативный гидролиз позволяет значительно повысить эффективность переработки зерна. Использование новых видов биомодифицированного сырья способно обеспечить формирование необходимых технологических, потребительских свойств создаваемых пищевых продуктов, повышать их пищевую ценность и экономичность технологического процесса.

Анализ литературных и производственных данных показывает, что применение промышленного биокатализа способствует интенсификации технологических процессов производства пищевых продуктов и их ингредиентов. Данной проблематике посвящены работы Антиповой Л.В., Войно Л.И. Гернет М.В., Ивановой Л.А., Кислухиной О.В., Рогова И.А., Ьепко М., РапёоШш Т., но они носят обобщающий характер.

Однако в литературе отсутствуют научно обоснованные подходы к использованию биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз при переработке целого зерна овса и ячменя для получения биомодифицировнных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами и их использование в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Исследованиям в области интенсификации технологического процесса хлебопекарного и кондитерского производства посвящены работы Аксеновой

JIM., Богатыревой Т.Г., Гинзбурга А.Г., Дерканосовой Н.М., Зубченко A.B., Корячкиной С.Я., Кузнецовой Е.А., Кузнецовой Л.И., Магомедова Г.О., Матвеевой И.В., Нечаева А.П., Николаевой В.А., Пащенко Л.П., Пучковой Л.И., Рослякова Ю.Ф:, Савенковой Т.В., Цыгановой Т.Б., Черных В.Я., Lees, R. и других.

Создание новых видов сырья для пищевой промышленности; обладающих необходимыми функционально-технологическими свойствами, структурные компоненты которого позволят интенсифицировать ход технологических процессов хлебопекарного и кондитерского производств, разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий переработки зерна овса и ячменя посредством биокатализа, обоснование целесообразности использования биомодифицированных продуктов при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий позволяющих, получить готовую продукцию высокого качества и пищевой ценности, и-обеспечивающих высокую экономическую эффективность, являются актуальными задачами.

Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи — разработку теоретических основ, и экспериментального обоснования- создания ресурсосберегающих технологий производства продуктов питания? на основе ферментно-гидролитической модификации зерна овса и ячменя с целью повышения экономической эффективности его переработки и создания продуктов, обладающих функционально-технологическими свойствами в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий.

Выполнение диссертационной работы проводилось в рамках научно-технических программ Минобрнауки России «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по темам: «Теоретическое обоснование и разработка технологии и оборудования для производства зернового хлеба общего и специального назначения повышенного качества и пищевой ценности» и «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания» (2000 - 2004 г. г.), а также Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы».

Работа выполнена на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» в период с 2000 по 2010 гг.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась разработка научно-практических основ ресурсосберегающих технологий биомодифицированных продуктов на основе ферментативной гидролитической модификации овса и ячменя с заданными функционально-технологическими свойствами и экспериментальное обоснование их применения в производстве хлебобулочных и кондитерских изделиях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• теоретическое обоснование целесообразности использования целого зерна овса и ячменя для производства биомодифицированных продуктов;

• анализ химического состава различных сортов овса и ячменя для оценки функционально-технологического потенциала;

• обоснование технологических параметров биомодификации овса и ячменя с использованием биокатализаторов на основе целлюлаз и амилаз, разработка ресурсосберегающих технологий продуктов их переработки с повышенным выходом и заданными функционально-технологическими свойствами.

• выработка опытных партий, определение сроков хранения, исследование физико-химических, органолептических показателей качества и химического состава, разработанных биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• определение экономической эффективности технологических решений производства биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя;

• исследование функционально-технологических свойств биомодифицированных продуктов овса и ячменя, предназначенных для производства хлебобулочных и кондитерских изделий;

• разработка технологии пшеничного хлеба с применением биомодифицированного продукта овса «Сахарок», исследование его качества и пищевой ценности;

• разработка технологии кондитерских масс пралине с использованием биомодифицированного продукта овса «Живица», исследование их качества и пищевой ценности;

• разработка технологии зефира с применениембиомодифицированного продукта ячменя«Целебник», исследование его качества и пищевой* ценности;

• опытно-промышленная^ апробация, разработка, утверждение технической документации и< внедрение основных результатов исследований в; зерноперерабатывающей, хлебопекарной и кондитерской промьпш1енности;

Научная концепция^ работы: В основу теоретического обоснования технологии; биомодифицированных продуктов переработки зерна овса и ячменя положена научная гипотеза направленного биокатализа с применением целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, с целью модификации структурных и запасных полисахаридов зерновки ; для? получения продуктов гидролиза, придающих им заданные функционально-технологические . свойства (студне- и пенообразования, эмульгирования; жиросвязывания, водопоглощения; сахаро-,. газообразования! и, т.д.) и способствующих интенсификации технологических процессов при* использовании биомодифицированных продуктов в технологии хлебобулочных и кондитерских изделий повышенного качества и пищевой ценности.

Научная новизна работы. Научно обоснована перспективность биомодификации структурных и запасных полисахаридов зерна овса и ячменя с помощью целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов, получения новых продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами- и обоснования выбора наиболее ценных сортов овса и ячменя, по содержанию природных гидроколлоидов, белков альбуминовой, глобулиновой фракций и крахмала.

Получены математические зависимости, характеризующие динамику ферментативного гидролиза структурных полисахаридов оболочек и запасных полисахаридов эндосперма зерна овса и ячменя, позволившие установить рациональные параметры процесса. Что позволило снизить прочность зерновки, энергозатраты на измельчение, увеличить выход готового продукта и при этом максимально сохранить природные гидроколлоиды: (3-глюкан и пектин; пищевые волокна: целлюлозу и гемицеллюлозу; белки альбуминовой и глобулиновой фракций, накопить легкоусвояемые сахара и аминный азот.

Установлено изменение морфологического строения зерна овса и ячменя в процессе ферментативного гидролиза под действием целлюлолитических и амилолитических ферментных препаратов.

Определен химический состав разработанных продуктов биомодификации, овса и ячменя, доказывающий их технологический потенциал.

Установлена кинетика и динамика технологических процессов производства биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Показано, что разработанные продукты биомодификации зерна овса и ячменя за счет содержания [3-глюкана, пектина, пищевых волокон, целлюлозы, гемицеллюлозы, легкоусвояемых Сахаров, аминного азота, белков альбуминовой и глобулиновой фракций обладают жиросвязывающей способностью, улучшают хлебопекарные свойства пшеничной муки, бродильную активность хлебопекарных дрожжей, студнеобразующую способность пектиновых студней, пенообразующую способность яичного белка и меланжа, физические свойства масла какао.

Научно обоснованы технологии высококачественных хлебобулочных, пастильных и пралиновых кондитерских изделий с применением биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в работе, базируется на анализе теоретических основ изучаемой проблемы и подтверждается согласованностью результатов исследований и внедрением результатов в производство.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 152 печатных работ, из них 19 статей в реферируемых ВАК журналах, 4 монографии и 8 патентов РФ.

Практическая значимость работы.

Экспериментально обоснован выбор овса сорта «Скакун» и «Юбиляр», ячменя сорта «Якобинец», ориентированными на получение биомодифицированных продуктов с заданными функционально-технологическими свойствами.

Экспериментально обосновано практическое применение ферментных препаратов на основе целлюлаз и амилаз в технологии переработки зерна овса и ячменя на стадии гидротермической обработки, позволяющее существенно повысить ее экономическую эффективность за счет снижения полной себестоимости товарной продукции.

Разработаны и предложены новые ресурсосберегающие технологические схемы переработки овса и ячменя на основе принципов биокатализа, обеспечивающие интенсификацию технологии переработки целого зерна, получение биомодифицированных продуктов овса и ячменя высокой пищевой ценности и обладающих заданными функционально-технологическими свойствами.

Установлены сроки и условия хранения биомодифицированных продуктов овса и ячменя.

Разработаны и утверждены пакеты технической документации (ТД) на производство биомодифицированных продуктов переработки овса и ячменя: гидролизата овса «Живица» (ТУ 9295-208-02069036-2006, ТИ 02069036-128, РЦ 02069036-238 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000223.08.07); гидролизата ячменя «Целебник» (ТУ 9295-211-02069036-2006, ТИ 02069036-133, РЦ 02069*036240, СЭЗ 57.01.01.000.Т.000226.08.07); гидролизата овса «Сахарок» (ТУ 9295

213-02069036-2006, ТИ 02069036-129, РЦ 02069036-239 СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000224.08.07). Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных биомодифицированных продуктов на ОАО «Нива-Плодоовощ» и ОАО «Этанол» г. Ливны.

Использование гидролизата овса «Сахарок» при производстве пшеничного хлеба привело к увеличению выхода готового хлеба, повышению показателей его качества и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на хлеб пшеничный «Добрыня» с гидролизатом овса «Сахарок» ТУ 9114-226-02069036-2008, получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000079.02.08. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного хлеба пшеничного «Добрыня» на ООО «Нива-Хлеб», хлебокомбинат «Юность» г. Орел и ЗАО «Железногорский хлебозавод».

Показана - целесообразность применения гидролизата ячменя «Целебник» при производстве зефира. Установлено, что использование гидролизата ячменя. «Целебник» приводит к снижению рецептурного количества пектина и яичного белка, повышению показателей качества^ и пищевой ценности. Разработана и утверждена ТД на зефир «Новинка» ТУ 9128-209-02069036-2006, ТИ 02069036-132, РЦ 02069036-242; получено СЭЗ № 57.01.01.000.Т.000222.08.07. Проведена промышленная апробация и внедрение разработанного зефира «Новинка» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Установлена эффективность замены сахара песка гидролизатом овса «Живица» при производстве конфет с пралиновыми корпусами, что приводит к интенсификации производства, снижению энергетической и повышению пищевой ценности. Разработана ТД на конфеты с пралиновыми корпусами «Русское поле». Проведена промышленная апробация и внедрение разработанных конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» на ЗАО «Кондитерская фабрика» г. Орел, ООО «Агроконцерн «Кондитер-Люкс» г. Москва.

Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГОУ ВПО «Государственный университет — учебно-научно-производственный комплекс» при изучении дисциплин: «Технология хранения зерна», «Биокаталитические процессы в пищевых технологиях», «Экологические основы производства и хранения зерна», «Технология круп», «Физиолого-биохимические основы хранения и переработки зерна», «Технология хлебобулочных, кондитерских и макаронных изделий».

Новизна научно-практических концепций ряда технических решений подтверждена 8 патентами РФ на изобретение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конфеты «Русское поле», полученные с применением биомодифицированного продукта овса «Живица», выработаного в количестве 2500 кг, по органолептическим и физико-химическим показателям соответствуют ГОСТ 4570-93.

По результатам производственных испытаний технологию конфет с пралиновыми корпусами «Русское поле» можно рекомендовать для производства в условиях как крупных, так и малых предприятий кондитерской промышленности периодическим способом или на поточно-механизированных линиях

Доцент кафедры ТХКиМП ОрелГТУ

И.о. главного технолога

Лобанова С. В. Кузнецова Е.А.

Доцент кафедры ТХКиМП ОрелГТУ Инженер технолог кафедры ТХКиМП ОрелГТУ

Ковач Н.М.