автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Повышение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей обработкой лазерным излучением

.ГООУДАГСТЗЕНБЫЙ КОМИТЕТ РСФСР • ПО ДЕЛАМ. НАУКИ-И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ШСТИТУГ .ПИЩЕВОЙ ПРОШЕШЕШОСТИ

На правах рукописи

ДЛЯ С.Яу®ЗбКОГО',хРлС1^'ЛН11Я

-Экз.й_

..УСЕМБАЕВА Ей бек Кзлювна

УДК: 654.642.1.065.^:621.375:826(043.3)

ЖШЖгШЕ ШОТЕХНОЮГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ 'ХЛЕБОПЕКАРНЫХ • - ДРОЖЖЕЙ ОБРАБОТКОЙ ЛАЗЕРЕШ?Л'ИЗЛУЧЕНШД.....

Специальность 05.18.01 - Технология хлебопекарных, какароя>2»х-и-кощщтерских продуктов

Автореферат

диссертаташ на соискание ученой стелена кандидата технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Казахском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете имени С.М.Кирова.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Л.Й.Пучкова

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор С.Е.Траубенберг доктор технических наук, главный научный сотрудник. Т.В.Туликова'

Ведущая организация: Территориально-производственное

объединение "Мособлхлебпрсм"

Защита состоится 1992 г. на заседании спе-

щализированного Совета А 063.51.01 Московского ордена Трудового Красного Знамени технологического института шщевох! промышленности по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, II. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять в Ученый Совет института.

Ученый секретарь специализированного Совета,

кандидат технических наук, доцент И. Б. Кобелева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Переход народного хозяйства на новый научно-технический и социально-экономический уровень, перевод его на путь интенсивного развития означает быстрое обновление производственной аппаратуры на базе передовой техники, создание и внедрение новых прогрессивных технологических приемов и гибких производств.

В современном хлебопекарном производстве важной задачей остается максимальная интенсификация процесса тестоприготовления с обязательным условием сохранения и улучшения качества готовой продукции. Интенсификация процессов тестоприготовления в значительной степени связана с биотехнологическими свойствами хлебопекарных дрожжей, с их способностью адаптироваться к условиям жизнедеятельности в полуфабрикатах хлебопекарного производства.

Повышение биотехнологических свойств дрожжей способствует интенсификации процесса созревания полуфабрикатов, улучшению их структурно-механических свойств и, в результате, улучшению качества готовой продукции и удлинению сроков ее хранения в свежем состоянии.

Хлебопекарные дрожжи, поступавшие на хлебозаводы, значительно отличаются по качеству. С це^ыо оптимизации жизнедеятельности дрожжей в полуфабрикатах м порчшения биотехнологических свойств, что обусловливает возможность интенсифицирования созревания пшеничных полуфабрикатов, применяют их предварительную активацию .

.Известен, ряд способов повышения биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей. Некоторые из них предусматривают использование сложных, многокомпонентных сред, приготовление которых длительно и трудоемко; во многих способах используется ценное

хлебопекарное сырье - мука. Отсутствие точных микродозаторов и устройств для равномерного распределения в производственных емкостях улучшителей и добавок снижает эффективность ряда способов при внедрении. Применение способов повышения биотехнологических свойств цутем воздействия физических факторов зачастую сдерживается отсутствием оборудования и возможности его серийного производства.

Поиск новых экономичен». -елесообразных дутей повышения биотехнологических свойст" дрожжей в хлебопекарном производстве привлек внимание к уникал: лому физическому фактору - низкоинтенсивному лазерному свету, эффективность применения которого в народном хозяйстве сегодня бесспорна. Производство лазерной аппаратуры налажено серийно на ряде заводов нашей страны, что также является положительным моментом.

Учитывая вышеизложенное, актуальной задачей является использование низкоинтенсивного лазерного излучения длиной волны 632,8 нм для повышения биотехнологических свойств дрожжей и эффективного применения его в хлебопекарном производстве.

Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилась разработка способа повышения биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей путем воздействия на них низкоинтенсивного лазерного излучения длиной волны 632,8 нм.

Для достижения поставленной цели решались следующие конкрет ные задачи:

- разработка рациональных режимов лазерной обработки хлебопекарных дрожжей, повышающих биотехнологические свойства дрожжей;'

- исследование влияния лазерной обработки дрожжей (прессованных и сушеных) в подобранных рациональных режимах на основные их биотехнологические свойства и длительность хранения;

- изучение физиолого-биохимических и биофизических свойств чистых культур дрожжей, обработанных лазерным излучением;

- исследование воздействия лазерного излучения на белки и аминокислотный состав дрожжей, активность ферментов;

- влияние лазерной обработки прессованных дрожжей на продолжительность созревания полуфабрикатов при приготовлении пшеничного хлеба и качество готовой продукции;

- производственная апробация полученных результатов;

- разработка технологических рекомендаций;

- расчет экономической эффективности разработанного способа.

Научная новизна. Впервые научно и экспериментально обоснована целесообразность обработки хлебопекарных дрожжей лазерным излучением длиной волны 632,8 нм с целью повышения их биотехнологических свойств.

Получены зависимости биотехнологических свойств дрожжей от параметров лазерного излучения и методом многофакторного планирования подобраны рациональные режимы лазерной обработки прессованных и сушеных дрожжей, их водных суспензий.

Показано, что низкие суммарные энергетические дозы лазерного излучения повышают биотехнологические свойства дрожжей,более высокие - стимулируют их рост и размножение.

Установлено, что лазерная обработка дрожжей суммарными энер-

а

гетическими дозами 2,0...10,0 Дж/см способствует повышению активности ферментов ¡¿-глюкозидазы и' р -фруктофуранозидаэы, повышает биосинтез белка и аминокислот.

Культивирование дрожжей, обработанных лазером изменяет активную кислотность (рН) и окислительно-восстановительный потенциал (чН£) среды культивирования. Показания рН сдвигаются в нейтральную сторону, стабилизируясь в оптимальном для дрожжей пределе

(4,5...5,5). Показания 4Н2 снижаются, что является следствием выделения в среду дрожжевыми клетками восстановительных систем.

С целью определения первичных биофизических реакций в .хлебопекарных дрожжах после лазерной обработки изучены зависимости биолюминесценции и хемилюминесценции дрожжей от их подъемной силы и суммарной энергетической дозы излучения. Установлена возможность использования метода хемилюминесценции дрожжей как теста для первичного прогноза степени эффективности лазерной обработки дрожжей в хлебопекарном производстве.

Экспериментально установлено, что проведение обработки дрожжей лазером приводит к интенсификации созревания опары и теста и получению готовой продукции высокого качества.

Практическая значимость. Разработан эффективный, экспрессный способ повышения биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей обработкой их лазерным излучением.

Установлено,что дрожжи, обработанные лазерным излучением в рациональных режимах устойчиво сохраняют свой биотехнологические свойства; прессованные в течение 10 суток, сушеные в течение годе и в составе водной суспензии в течение 3-х часов,что дает возможность обеспечить необходимую периодичность приготовления дрожжевой суспензии в условиях производства.

Показано, что применение лазерной обработки дрожжей в хлебопечении способствует интенсификации созревания полуфабрикатов на 25...30 % и улучшению качества пшеничного хлеба,позволяет сократить на 20...30 % количество дрожжей без ухудшения качества хлеба

Разработаны технологические рекомендации для промышленности по применению способа пив "с. чя биотехнологических свойств дрожжей лазерным излучением в хлебопечении.

Разработан способ приготовления хлеба и хлебобулочных изде-

лий с использованием лазерной обработкой дроккей, защищенный авторским свидетельством № 1334409, прошедший промышленное испитг. нив на хлебозаводах, вошедший составной частью в объект лицензионного соглашения, заключенного с фирмой "Мего-18-Новембри" СФРЮ в 1984 году. Экономический эффект от внедрения способа повышения биотехнологических свойств дрожжей путем их лазерной обработки при производстве батона нарезного из пшеничной муки высшего сорта массой 0,5 кг составит 35,4 тыс.руб.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на конференциях молодых ученых КазГУ (Алма-Ата, 1985, 1988), на заседании лаборатории технологии дроией ЛО ВНИИХП (Ленинград, 1985), на Республиканской научно-производственной конференции "Роль лазерной и электронно-ионной технологии" (Алма-Ата,1986), на заседаниях научно-технических советов Министерства хлебопродуктов (Алма-Ата, 1986, 1987), на У Всесоюзной научно-практической конференции "Применение лазеров в науке и технике" (Омск, 1988), на Всесоюзной научной конференции "Применение низкоэнер-гетичесних физических факторов в биологии и сельском хозяйстве" (Киров, 1989), на Международной ярмарке в г.Брно (ЧССР, 1989), на семинаре МТИПП "Лазеры в технологических системах" (Москва, 1990).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.

Объем работы. Диссертация со^тсят из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, приложений. Работа иэ."';.- т.а на 213 страницах машинописного текста, включает 25 таблиц и 20 рйсункоз.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзора литературы обобщены данные о роли дрожжей в приготовлении пшеничного хлеба, приведена сравнительная оценка сущест-

вующих £ хлебопечении способов повышения биотехнологических свой-1-ств хлебопекарных прессованных м сушеных дрожжей; показана возможность регулирования свойств микроорганизмов лазерными излучениями, отражены перспективы обработки хлебопекарных дрожжей лазерным излучением с длиной волны 632,8 нм для целей хлебопечения.

■'3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Исследования проводились'в лабораториях учебно-научно-производственного объединения " Биофизика"КазГУ,и кафедры"Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств" МТИПП, в производственных условиях хлебозавода М й пекарни от.хлебозаво-дэ М т.Алма- Аты и хлебокомбината г. Балашихи Московской области.

•3.1. Объекты V метода исследования Для проведения исследований в лабораторных условиях использованы 5 проб товарной пшеничну.1* муки I сорта средние по"силе" со средней газообразующей способностью, 26 проб прессованных дрож-' ней, ГО проб сушеных'дрожжей и чистые культуры дрожжей ¿(исЬзгЛ^м паЛшг, шт.ЛТ-17/ являвшиеся исходной чистой культурой на Алма-Атинском дрожжевом заводе.Характеристика дрожжей представлена в табл.1.

Таблица I

Характеристика'дрожжей

Наименование показателей

Показатели свойств дрожжей^__

прессованных : сушеных ~ :чистых культур

Подъемная сила,жшн 48..". 100 7...22 48... 50

Активность: • -

зимазная,мин 60... 100 80...100 60...80

мальтазная, мин . 195... 280 , 195...215 193...198

х Подъемную силу прессованных дрожжей и чистых культур'определяли по быстроте подъема теста, сушеных - по "шарику".

При разработке рациональных режимов лазерной обработки дрожжей и исследовании влияния лазера на длительность хранения дрожжей оценивали следующие биотахнологические свойства дрожжей: подъемную силу, мальтазную и зимазную активности, скорость газообразования дрожжей в теоте, . стойкость, осмочувствительность, а также физико-химические показатели: влажность и кислотность.

Подъемную силу дрожжей определяли по быстроте подъема теста и ускоренным методом по "шарику".

Мальтазную и зимазную активности определяли, пользуясь микрогазометром системы Елецкого.

Скорость газообразования дрожжей в тесте определяли на микрогазометре системы Елецкого и волшетрическим методом на прибора АГ-1М.

Осмочувствительность определяли по методу Уайта.

Определение стойкости дрожжей при хранении проводили по изменению поъемной силы. •

Влажность дрожжей определяли арбитражным и ускоренным ме- . тодами.

■ Кислотность дрожжей определяли методами титрования и судили по показаниям активной кислотности (рН) на приборе рН-125.

При изучении биотехнологических свойств чистых культур дрожжей, обработанных лазером, наряду с ранее перечисленными свойствами дрожжей определяли скорости спиртового брожения по количеству углекислоты, выделившейся в единицу времени из определенного объема среды и количеству этанола, образовавшегося цри брожении оксидеметрическим методом.

Биохимическими методами определяли активность ферментов сЬ> -глнжозидазы и $ -фруктофуранрзидазы по скорости ферментативной реакции гидролиза соответствуклцах Сахаров с применением

йодометрического метода, содержание общего белка по Лоури и количественное и качественное определение аминокислотного состава дрожжей на автоматическом аминокислотном анализаторе МА-339(ЧСС

Потенциометрическими методами на двух рН-метрах рН-125 опре делали активную кислотность (рН) и окислительно-восстановительный потенциал среды культивирования дрожжей (сусла).

В исследованиях применяли микробиологические методы: пересев, мюфоскопирование, подсчет общего количества и количества живых клеток, определение роста и размножения, глубинный посев для подсчета жизнеспособности клеток, общепринятые для микробиологических исследований. Для поддержания культур дрожжей использовали плотную питательную среду сусло-агар. Питательной средой для выращивания исследуемых дрожжей служило неохмеленное заводское пивное сусло 8 и 12 Балл, рН 4,5...5,5.

При изучении эффективности лазерной обработки на технологический цроцесс приготовления хлеба пробные выпечки проводили на большой густой опаре и безопарным способами. Замес теста и опары проводили на лабораторной тестомесильной машине и вручную. Созревание опары и теста проводили в суховоздушном термостате при температуре 30...35 °С до "готовности". Момент готовности теста 'фиксировали по второму экстремальному значению скорости образования диоксида углерода при созревании. Тестовые заготовки разделывали вручную, отбирали пробы по 200 г и 400 г. Расстой ку заготовок проводили при температуре 35...40 °С и относительной влажности 75...80 Выпечку осуществляли в лабораторной электропечи при температуре 225 ¿5 °С в течение 20 мин (200 г) и 25 мин (400 г). Анализ готовых изделий проводили через 16...18 часов после выпечки по общепринятым методикам.

При подборе параметров лазерного излучения (длины волны,

мощности излучения, суммарной энернеиг: ^ской дозы) были использованы различные марки лазеров: инфракрасный "Яранга", ультрафиолетовый Л1И-21, сине-зеленый ЛГ-502 и красные ЛН-104, ЛГ-75, лга-Ш. В дальнейших исследованиях "в качестве источника лазерного излучения были использованы красные гелий-неоновые лазеры ЛГ-75 и Л1Н-111. Для подтверждения эффективности красного лазерного излучения в качестве контроля использовали обычную монохро-матичную красную лампу.

В зависимости от целей эксперимента мощность лазерного излучения изменяли при помощи световодов, светофильтров, оптических линз и замеряли дозиметром И,10-1.

При производственных испытаниях применяли лазерную установку ЛАХ-1, сконструированную в ШЛО "Биофизика" КазГУ.

В зависимости от объекта исследования и целей эксперимента применяли различные способы и решит лазерной обработки.

Прессованные и сушеные .дрожжи равномерно распределяли по движущемуся со скоростью 4,6 см/с транспортеру и обрабатывали в импульсном режиме при плотности падающей мощности 0,022мВт/см^. Дрожжевую суспензию обрабатывали сканированием луча в емкость с суспензией при перемешивании, либо в потоке. Суммарная энергетическая доза излучения зависела от целей эксперимента. Чистые культуры .дрожжей, выращенные на косячке в течение 2 суток, находящихся в логарифмической стадии развития, обрабатывали в виде водной суспензии плотностью 0,1 на ФЗК (толщина кюветы 0,3 см, А = 540 гол).

3.2. Результаты исследований и их анализ

Ниже приведены результаты исследований и их анализ:

3.2.1.Разработка рациональных режимов лазерной обработки дрок-

жей,способствующих ^"чянию их биотехнологических свойств

По данным научно-технп эской литературы эффект лазерного воздействия на микроорганизш зависит от .длины волны интенсивности излучения, длительности экспозиции, т.е. суммарной энергетической дозы и вида микроорганизма.

Предварительно было исследовано влияние различных параметров лазерного излучения (от ультрафиолетового до инфракрасного,включая область видимого'света) на биотехнологические свойства дрожжей и установлено,что наибольшее положительное влияние на дрожжи оказывает лазерное излучение длиной волны 632,8 нм.

С целью выявления эффективности лазерного излучения .длиной волны 632,8 нм на биотехнологические свойства дрожжей применяли

о

метод многофакторного планирования эксперимента ШЭ-2 . В качестве факторов исследовали:

- суммарную энергетическую дозу - Х^(0...100 Дж/см2), определяемую мощностью лазерного излучения' (1...'30 мВт) и длительностью обработки (1...3600 с),

- длительность сохранения максимального эффекта от лазерного воздействия - ^(О...1440 мйй). Интервал суммарных энергетических доз (СЭД) I'. .'.100 Дк/см2 выбран от минимальной до максимальной мощности лазерных приборов.

В качестве критерия оптимизации берутся следующие показатели биотехнологических свойств дрожжей:

- подъемная сила - Ур

- мальтазная активность - Уд;

- зима зная активность -Уд»

- скорость газообразования в тесте - У..

В результате проведения эксперимента и обработки его результатов для кавдого показателя свойств дрожжей найдено уравнение регрессии,имеющее общий вид: У = В0+ В^Х^- В^Х^-Х^ Регрессионные уравнения представлены в .диссертации.

На основании интерпритадии полученных уравнений регрессии найдены оптимальные СЭД лазерного излучения (2,0...4,0 Дж/см2) и время последействия (0...30 глин)для прессованных ,црожжей(табл.2, рис.1 поз.1). Для наглядности полученного эффекта приведет данные в интервале доз шире оптимального (СЭД О, 2...10,0 Дя^см2).

Таблица 2

Влияние режима лазерной обработки прессованных .дрожжей на их мальтазную и зимазнуга активности

Режим обраб^ Г. " мин

СЭД, Дж/см ; мальтазная активностьj зимазная активность

0 (контроль) 198,0 +4,0 60 +2,0

0,2 186,3 +4,0 54 +4,0

2,0 162,4 +4,0 50 +4,0

4,0 158,4 +S3s8 - 45 +2,0

10,0 163,3 +3,6 58 +4,0

Из приведенных данных видно, что öiii. технологические свойства хлебопекарных дрожжей меняются в зависимости от режима лазер- ' ной обработки. При обработке дрожжей СЭД лазерного излучения 2,0...4,0 Дж/см2 биотехнологические свойства прессованных дрожжей улучшаются, о чем свидетельствуют снижение показателей подъемной силы дрожжей на 50...60 повышение зимазной активности на 17...22 мальтазной активности на 18...20 $>, скорости газообразования на 18.. .20 fo.

В производстве пшеничного хлеба дрожжи используют при замесе полуфабрикатов в прессованном виде или в составе водной сус-

Рис. I . Диаграмма изменения газообразования и подъемной силы дрожжей, обработанных различными СЭД лазерного излучения, в процессе хранения: I - контроль; 2,3,4,5,6 - дрожжи, обработанные лазерным излучением в различных СЭД 2,0;4,0;6,0,*8,0;10,0 Дж/см2 соответственно. Г~1 - газообразование; ЩИ - подъемная сила контрольных проб дрожжей; Ь=1 - подъемная сила птюб пппжжей. пйтйптанньпг лазетюм.

пензии. Реже применяют сушеные дрожжи. При исследовании влияния лазерного излучения на биотехнологические свойства .дрожжей в качестве объекта исследования использовали дрожки в прессованном и сушеном состоянии и в составе водной суспензии. Методом многофакторного планирования были установлены оптимальные режимы .для обработки .дрожжей: в виде суспензии СЭД 2,38 Дк/см2 и для сушеных СЭД 7,3 Дж/см2. (По тем же критериям и факторам, что для прессованных дрожжей).

В табл.3 сведены основные показатели биотехнологических свойств дрожжей прессованных, сушеных и дрожжевой суспензии, обработанных рациональными режимами, в сравнении с контролем.

Таблица 3

Влияние лазерной обработки дрожжей на их биотехнологические свойства

Наименование

Показатели ¿иотехнолбгичесюЬс свойств .дрожжей

прессованных

сушеных

•дрожжев.суспензии

без обр. ;обраб. без обр. 1обраб. ;без обр. |обраб.

Подъемная сила, мин 55 25 70 54 56 25

Зимазная активность, мин 70 60 75 63 40 58

Мальтазная активность, мин 190 150 198 156 190 142

Осмочувствительность, мин 10 7 12 8 10 7

Стойкость, мин 120 125 •т — —!- —

Газообразование, мл С02 "92 100 73 87 90 100

Из данных,приведенных в табл.3 , видно, что подъемная сила .дрожжей увеличивается на 50.. .100 зима зная и мальтазная активности на 25...30 осмочувствительность на 30...35 газо-

образование за 5 часов в 20 граммовой пробе теста на 8,7...18 % при лазерной обработке по сравнению с необработанными дрожжами.

С целью изучения длительности сохранения эффекта от лазерного воздействия на дрожжи наблюдали за йиогехнологаческими свойствами прессованных дрожжей в процессе хранения при температуре 0...4 °С в течение 10 суток после обработки лазером. Как видно из приведенных данных (рис.1) биотехнологические свойства дрожжей, определяемые по подъемной силе и газообразованию в тесте, в обработанных пробах лучше в течение всего времени хранения по сравнению с необработанными, что указывает на сохранение их качества.

Аналогичные результаты получены с сушеными дрожжами, хранившимися в течение 12 месяцев. Подъемная сила обработанных лазером сушеных дрожжей была лучше на протяжении всего срока хранения дрожжей, чем в контроле без обработки.

Дрожжевая суспензия, обработанная лазерным излучением в оптимальных режимах, также имеет лучшую подъемную силу по сравнению с необработанными и сохраняет ее в течение 3-х часов, в то время как в контроле она снижается, что дает возможность в условиях производства обеспечить необходимую периодичность в приготовлении суспензии.

Приведенные результаты исследований указывают на целесообразность проведения лазерной обработки хлебопекарных дрожжей. Обработка .дрожжей в рациональных режимах (для дрожжей в прессованном состоянии СЭД 4,0 Дж/см^, в составе водной суспензии СЭД 2,38 Дж/см2, в сушеной состоянии СЭД 7,3 Дк/см^) способствует повышению биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей,увеличению их сроков хранения.

3.2.2. Изучение влияния лазерного излучения на биотехнологические, физиолого-биохимические и биофизические свойства чистых культур дрожжей

Исследований по влиянию низкоинтенсивного лазерного излучения длиной волны 632,8 нм на процессы жизнедеятельности хлебопекарных .дрожжей в научно-технической литературе нами не обнаружено. Наряду с основными биотехнологическими свойствами .дрожжей в среде пшеничных полуфабрикатов прово,¡шли изучение процессов, протекающих при культивировании чистых культур дрожжей ¿(¿¿¿Афьс-пирил сшл!ишх. шт.ЛТ-17, в анаэробных условиях в сусле, являющемся полноценной питательной средой. Исследовались

- процессы спиртового брожения (ввделение СО,, и этанола в среду) и .дыхания (интенсивность дыхания), характеризующих суммарное протекание'основных биохимических, физиологических, физико-химических и биофизических процессов;

- изменения роста и размножения, накопления биомассы .дрожжей, характеризующих физиолого-биохимические процессы;

- изучение содержания общего белка в дрожжевой клетке, аминокислотный состав и активность ферментов подготовительной стадии брожения ¿¿-глюкозидазы и §> -фрук'тофуранозидазы, характеризующих биохимические процессы;

- изменение активной кислотности и окислительно-восстановительного потенциала среды культи^'^г—'ия, характеризующих физико-химические и биофизические процессы;

- измерение люминесцентных свойств дрожжей, характеризующих суммарное протекание физиологических, физико-химических и биофизических процессов.

Известно, что хлебопекарные дрожни, в зависимости от условий обитания, получают необходимую для жизнедеятельности энергию

за счет сбраживания углеводов или за счет окисления последних. Для выяснения влияния лазерного излучения на спиртовое брожение, важное .для хлебопечения, чистые культуры дрожжей культивировали в анаэробных условиях в течение 72 часов (период роста дрожжей) и по мере необходимости отбирали пробы дрожжей и среды на анализ. Дрожжи обрабатывали суммарными энергетическими дозами, позволившими повысить биотехнологические свойства товарных дрожжей в проведенных ранее экспериментах, 0,2...10,0 Дж/см2.

В результате проведения эксперимента было установлено,что наибольшей скоростью спиртового брожения обладают культуры дрожжей, обработанные лазерным излучением СЭД 2,0 и 4,0 Дж/см2(табл.4)

Таблица 4

Влияние лазерной обработки дрожжей на процесс спиртового брожения

"Показатели" "спиртового "брожения"

Режим обработки дрожжей СЭД, Дж/см*

Количество этанола,^Выделение СОо, г/л г/л : * '

0 (контроль) 21,5 20,70

. >0,2 21,8 20,98

2,0 27,3 26,27

4,0 29,5 ¿8,36.

10,0 25,0 24,08

Как видно из приведенных данных показатели спиртового бро-жения'-обработанных лазером дрожжей выше на 19,8...36,1 чем у необработанных. Приведенные в диссертации'результаты исследования интенсивности дыхания дрожжей, обработанных лазерным излучением подтверждают полученные данные. Показано, что при лазерной обработке суммарной энергетической дозой 2,0 и 4,0 Дж/см2 интенсивность дыхания в первый момент после обработки'резко возрастает

и затем снижается до нуля. Это свидетельствует о перестройка ферментативных комплексов дрожжей с аэробного дыхания на анаэробное брожение, что согласуется с данными научно-технической литературы. При исследовании кривых роста дрожжей также отмечается со1фащение периода быстрого роста дрожжей, обработанных вышеуказанными СЭД на 2...3 часа, при большем накоплении биомассы по сравнению с необработанными дрожками. Это указывает на ускорение потребления питательных вдществ дрожжами, вероятно, за счет повышения скорости спиртового брожения.

Проведенные исследования показывают, что лазерная обработка дрожжей ускоряет процессы спиртового брожения и "перестройки" дрожжей на анаэробный тип брожения. Наибольший эффект дает обработка дрожжей СЭД 2,0 и 4,0 Дя^см2.

Известно, что активизация спиртового брожения предусматривает ускорение расщепления субстрата, необходимого .для брожения, под действием различных ферментов и ферментативных систем. Скорость протекания реакции спиртового брожения определяется активностью этих ферментов. Для хлебопекарных .дрожжей важными для спиртового брожения является способность дрожжей сбраживать мальтозу и сахарозу, которые не усваиваются дрожжами непосредственно, а под влиянием ферментов подготовительной стадии брожения Д,-глю-козддаэы и р -фруктофуранозидазы, мальтоза и сахароза превращаются в моносахара. Поэтому нагла определялась активность ферментов с^-глюкозидази и ^-фруктофуранозидазы в обработанных лазером дрожжах. Контролем служили необработанные пробы чистых культур.

Результаты в табл.5, из которых видно, что активность ¿С-глюкозидазы и ^»-фруктофуранозидазы изменяется от воздействия лазерного излучения на дрожжи. Чувствительность ферментов заш-

сит от обрабатываемой СЭД и она выше у «¿-глгакозидазы, чем у

£ -фруктофуранозидазы. Максимальное увеличение активности Л -глю-

козидазы относительно контроля 63,2 % при СЭД 4,0 Дж/см2 и р -

фруктофуранозидазы - на 30Д $ при том ке режиме.

! ' Таблица 5

Влияние различных режимов лазерного излучения на биохимические свойства дрожжей

Режим обработки • Показатели биохимических свойств дрожжей СЭД, Дж/см2 ' Активность

|Активность 3 -; £ -глгако зида з ы: -фруктофурано зи-; ед/г :дазы, ед/г

Общее содержание белка, мг/г

О (контроль) 0,2 2,0 4,0 10,0

4.52 6,12 6,88

7.53 7,01

27,2 20,8 32,1

35.1

31.2

12.3

13.4 13,0 14,0 14,9

Под действием лазерного излучения в дрожжевых клетках про---исходит увеличение активности ферментов Л -глюкозидазы и ^-фру-ктофуранозидазы.

Ферменты составляют определенную часть белка дрожжевой клетки, в'свою очередь белки являются одними из фотоакцепторов клетки, В литературе имеются сведения о повышении биосинтеза белка у не-фотосинтезирующих микроорганизмов под действием лазерного излучения. В связи с вышеизложенным было определено содержание общего белка в дрожжах после лазерной обработки и доращивания их в сусле. В табл.5 приведены данные биосинтеза дрожжей,обработанных различными СЭД. Результаты исследований показывают, что биосинтез белка при лазерной обработке дрожжей повышается в зависимости от дозы дбработки, наблюдается тенденция к увеличению коли-

чества белка с повышением СЭД. Биосинтез белков в любом организме начинается с синтеза аминокислот. При изучении аминокислотного состава дрожжей, после лазерной обработки отмечены существенные изменения в массовой доле отдельных аминокислот, хотя в качественном составе изменений не наблюдалось. Приведенные в .диссертации данные показывают, что суша аминокислот под действием лазера в варианте обработки .дрожжей СЭД 2,0 и 4,0 Дж/см2 увеличивается на 18,5 и 32,7 $ соответственно, что подтверждает повышение биосинтеза белка. Известно, что биосинтез аминокислот дрожжей может идти только в результате .диссимиляции углеродосодержа-щих соединений, а также за счет энергии, освобождающейся при этом в процессе дыхания и брожения. Наш установлено повышение процесса спиртового брожения .дрожжей под действием лазерного излучения, что теперь согласуется с полученными данными по повышению биосинтеза белка и аминокислот, активности ферментов <Л-глюкозидазы. и р -фруктофуранозидазы.

Полученные данные комплексного изучения процессов жизнедеятельности .дрожжей при лазерной обработке подтверждают возможность повышения биотехнологических свойств дренажей лазерным излучением суммарными энергетическими дозами 2,0...10,0 Дж/см2.

3.3.3. Влияние обработки .дрожжей лазерным излучением

* - на длительность созревания полуфабрикатов и качество хлеба

Проводились исследования влияния способа повышения биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей на продолжительность созревания пшеничных полуфабрикатов и качество хлеба.

Для проведения исследований тесто готовили на большой густой опаре и безопарным способами из пшеничной муки 1 сорта.

Дрожжи вносили при замеса опары и теста в виде суспензии из прессованных дрожжей и воды в соотношении 1:3 соответственно. Предусматривали пробы опары и теста на дрожках обработанных лазерным излучением СЭД 2,38 Дк/сы2 и пробы на необработанных дрожжах (контрольные). Продолжительность созревания опары 120...240 мин; теста 30...60 мин.при опарном способе, при безопарном способе продолжительность созревания теста 90...150 мин. Отбор проб полуфабрикатов на анализ производили через каждые 30 мин. Качество опары и теста оценивали по комплексным характеристикам протекающих биохимических и микробиологических процессов: по интенсивности кислотонакопления, газообразующей способности и изменению подъемной силы и органолептической оценкой состояния полуфабрикатов.

Результаты проведенных исследований показали, что применение лазерной обработки дрожжей приводит к увеличению количества выделившегося диоксида углерода в опаре и тесте на II...59 оптимальное кислотонакопление происходит раньше в опарй на"60 мин и в тесте на 30...60 мин в зависимости от способа приготовления, подъемная сила полуфабрикатов увеличивается в 1,5...раза.Были получены образцы хлеба на всех рассмотренных ранее этапах брожения опары и теста. Выпекались образцы хлеба также опарным на боль шой густой опаре и безопарным способами и определялись показатели качества продукции. Результаты пробных выпечек, проведенных опарным способом приведены в табл.6. Как видно из приведенных данных, хлеб с лазерной обработкой дрожжей, приготовленный опарным способом с продолжительностью созревания опары 180 мин и теста 30 мин был по качеству наилучшим. В то время как й контрольных вариантах бал лучшим хлеб с продолжительньстью созревания опары 210.. .240ми а теста 60 глин. Хлеб, приготовленный с лазерной обработкой дрожже

Таблица 6

Влияние лазерной обработки дроэквй на качество хлеба из пшеничной муки I с

Продолжительно сть созревания, мин

Показатели качества хлеба

Влажность, ^Кислотность,

град

Удельный,.

объем,см /100г:чивость,Н:Д

;Формоустой- '.Пористость '.Балльная

*

:оценка

опары : теста ;без ;обраб. : обраб > без обраб. обраб. без обраб:: обраб. :без : : обраб; обраб.; без ^ : обраб*; обраб.; без : :обраб: обраб

120 30 42,3 42,5 1,2 "1,5 270 280 0,37 0,42 66,0 68,0 58,0 29,2

60 42,3 42,0 1,6 1,8 290 290 0,36 0,40 67,0 68,0 56,5 59,2

150 30 42,0 42,2 1,7 1,8 290 300 0,42 0,42 69,0 70,0 58,5 62,6

60 42,5 42,0 2,0 2,2 295 310 0,42 0,46 70,0 72,0 58,0 71,0

180 30 43,0 42,6 1,8 2,0 300 360 0,40 0,44 74,0 75,0 71,9 82,0

_п_ 60 42,3 42,5 2,5 2,5 310 370 0,44 0,48 74,0 80,0 70,9 83,1

210 30 42,2 42,0 2,5 2,6 340 370 0,45 0,50 74,0 78,0 70,9 83,0

60 42,7 42,5 2,5 2,6 350 367 0,46 0,52 78,0 80,0 70,9 83,0

240 30 42,3 42,0 2,6 2,8 350 370 0,48 0,52 78,0 80,0 82,0 83,0

60 42,2 42,0 2,8 3,0 370 375 0,52 0,52 80,0 82,0 83,0 83,0

м ы ■

безопарным способом, при продолжительности созревания теста 120 мин получил самый высокий балл при оценке его качества с учетом весомости основных показателей, что позволяет сократить продолжительность созревания теста на 30 мин по сравнению с контролем, имеющим такое же качество.

На основании проведенных исследований установлено, что применение лазерной обработки дрожжей способствует интенсификации дозревания полуфабрикатов хлебопекарного производства яри опар-ном способе на 25...30 при безопарном - на 17...20 позволяет улучшить качество готовой продукции по сравнению с контролем - пористость на 2...5 удельный объем на 10...15 Образцы хле ба с лазерной обработкой дрожжей были лучше по органолептическим показателям: имели приятнее вкус и аромат, хорошую эластичность мякиша, более интенсивно окрашенную корку.

3.3.4. Производственные испытания

Полученные экспериментальные данные были проверены в производственных условиях на хлебозаводе Ни пекарне от хлебозавода № I г.Алма-Аты при производстве формового хлеба массой 0,8 кг из муки I сорта на жидкой опаре и батона особого из муки высшего сорта массой 0,4 кг ускоренным способом, а также на хлебокомбинате г.Балашихи Московской области при производстве батона нарезного из муки высшего сорта гчссо. 0,5 кг на густой опаре. Акты производственных испытаний представлены в диссертации.

Производственные исиш-. чия подтвердили повышение биотехнологических свойств хлебопекарных дрожжей обработкой лазерным излучением при различном их качестве, показали возможность сокращения количества дрожжей без ухудшения качества готовой продукции, возможность сокращения продолжительности созревания полуфабрикатов. Экономический эффект от внедрения способа повышения биотехнологи-

ческих свойств хлебопекарных дрожжей при производстве батона нарезного из муки высшего сорта за счет интенсификации продолжительности созревания полуфабрикатов составит 35,4 тыс.руб.

вывода И РЕКОМЕНДАЦИИ

На основании проведенных исследований сделаны нижеследующие выводы:

1. Разработан эффективный и экспрессный способ повышения биотехнологических свойств дрожжей, заключающийся в обработке хлебопекарных дрожжей излучением лазера длиной волны 632,8 нм, СЭД 2,0...7,5 Дж/см** (в любом удобном для производства состоянии: в высушенном, прессованном, в составе суспензии).

Применение разработанного способа повышения биотехнологических свойств дрожжей при производстве пшеничного хлеба улучшает показатели качества пшеничных полуфабрикатов и интенсифицирует их созревание на 20...30 %.

Лазерная обработка дрожжей позволяет улучшить качество готовой продукции (пористость на 2...5 удельный объем на 10... 15 %, хлеб имеет лучшие органолептичесние показатели по сравнению с контролем: хорощую эластичность мякиша, приятный вкус и аромат, интенсивно окрашенную корку).

2. Режим лазерной обработки (длина волны, СЭД, последействие)- регулирует изменение биотехнологических свойств дрожжей в зависимости от их исходного качества.

Методом многофакторного планирования найдены рациональные режимы лазерной обработки, повышающие биотехнологические свойст-

о

ва дрожжей: для прессованных СЭД 4,0 Дж/см , для дрожжевой суспензии СЭД 2,38 Дж/см*" и для сушеных СЭД 7,3 Дж/см*\ При обработке дрожжей в указанных режимах происходит повышение мальтаз-ной и зимазной активностей дрожжей на 25...30 %, подъемной силы

на 50...100 %, осмочувствительности на 30...35 % и газообразования на 18...59 %.

Установлено, что дрожжи, обработанные лазером в рациональных режимах, сохраняют свои биотехнологические свойства: в прессованном состоянии в течение 10 суток, в сушеном состоянии в течение года, в составе водной суспензии в течение 3-х часов.

3. Лазерная обработка дрожжей в рациональных режимах способствует повышению активности ферментов /,-глюкозидазы и р-фруктофуранозидазы, повышает биосинтез белка и аминокислот, что обусловливает улучшение биотехнологических свойств дрожжей лазерным излучением.

4. На модельных опытах с чистыми культурами хлебопекарных дрожжей установлено, что низкие СЭД лазерного излучения 2,0... 10,0 Дк/см^ повышают показатели спиртового брожения (увеличивается скорость спиртового брожения в 1,8..¿2,0 раза по сравнению с контролем, количество выделившегося этанола и диоксида углерода на 26...36 %), а более высокие - 20,0...70,0 Дж/см2 стимулируют рост и размножение дрожжей (в 1,5...3,0 раза увеличивается скорость размножения, на 0,3-3,0 ч ускоряются фазы роста и на 20...31 % повышается накопление биомассы).

5. Изменения процессов жизнедеятельности дрожжей под влиянием лазерного излучения отражаются на показаниях активной кислотности (рН) и окислительно-восстановительного потенциала среда обитания дрожжей. 0ВП снижается, рН сдвигается в нейтральную сторону.(стабилизируясь в пределах 4,5...5,5 оптимальных для дрожжей), что в совокупности с данными по повышению биотехнологических свойств дрожжей указывает на усиление анаэробного типа жизнедеятельности.

- 25 -

6. Установлено, что лазерная обработка дрожжей повышает их жизнеспособность» оказывает влияние на сверхслабые свечения дрожжевой клетки. Режимы лазерной обработки, повышающие биотехнологические свойства дрожжей, снижают интенсивность хемилюминесценции и повышают биолюминесценцию дрожжей. Люминесцентные методы могут быть использованы для быстрого первичного прогноза степени эффективности лазерной обработки для хлебопечения.

7. Данные лабораторных исследований подтверждены в производственных условиях хлебозавода № I и пекарне от хлебозавода

№ I г.Алма-Аты, хлебокомбината г. Балашихи Московской области и хлебозавода фирмы Югославии "Мвго-18-Новембри" и вошли составной частью в объект лицензионного соглашения с ШРЮ.

Составлены технологические рекомендации по применению способа повышения биотехнологичвских свойств дрожжей обработкой лазерным излучением длиной волны 632,8 ни в хлебопечении.

Установлена безвредность хлеба, приготовленного на дрожжах, обработанных лазерным излучением.

Показано, что экономический эффект от применения способа повышения биотехнологических свойств дрожжей при производстве батона нарезного из муки высшего сорта массой 0,5 кг составит 35,4 тыс. руб. в год.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Федорова H.H., Усембаева Ж.К., Нусупкулова А.Н., Раймбе-кова К.Т., Асенова Э.К., Антюфеев В.Д., Муханова М. Лазерная активация дрожжей хлебопекарных//Хлебопекарная и кондитерская промышленность. - 1986. - №2. - С.31-32.

2. Асенова Э.К., Усембаева Ж.К. Биохемилюминесценция дрожжей при лазерной активации // 40-летию Победы: Конференция молодых-ученых и специалистов КазГУ: Тез.докл. -Алма-Ата:Каз ГУ, 1985.

-С.287-288.

3. A.c. № 1334409.Способ изготовления хлеба и хлебобулочных изделий/Инюшин В.И., Федорова H.H.,Асенова Э.К..Нусупкулова А.Н.,

Усембаева Ж.К., Казекнн М.§. - 1987.

4. Асенова Э.К., Усембаева -Д.К., Нусупкулова А.Н., Раймбе-кова К.Т. Интенсификация технологических процессов с помощью лазерной технологии в хлебопекарном производстве//Биоэнергетика организма: Сб.научн.статей.- Алма-Ата, 1987, - С.28-33.

5. Асенова Э.К., Усембаева Ж.К., Леденева r.B¿ Лазерная обработка дрожжей при производстве батона особый. - Деп.в КазНИИНТИ - 1987. - II с. - 15 1772-Ка. .....

• 6. Асенова Э.К.,- Усембаева I.K. Лазерная активация жидких опар. - Деп.в КазНИИНТИ. - 1987..- 8 о. - И 1771-Ка.

7. Усембаева Ж.К. Действие лазерного излучения на длительность брожения полуфабрикатов//Применение лазеров в науке и технике: Всесоюзная научно-практическая конференция: Тез.докл.-Омск, 1988. - C.II0-III.

8. Асенова Э.К., Федорова H.H., Усембаева Ж.К., Нусупкулова А.Н., Саулебекова М.С. Об использовании физических способов воздействия на сырье хлебопекарного производства//Электронная обработка материалов. - 1987. - 16 с.-Деп.в ВИНИТИ..:- I988.-E2973-B88

9. Усембаева Ж.К. 0 некоторых свойствах хлебопекарных дрожжей, обработанных лазером//70-летию ВЛКСМ: Конференция молодых ученых Ka3.17: Тез.докл.- Алма-Ата, 1988. - С.131.

10. Усембаева К.К., Асенова Э.К.- Биофизические методы интенсификации в хлебопекарной.промышленности: Аналитический обзор// КазНИИНТИ. - 1988. - 64 с.

11. Инюшин В.М., Асенова Э.К., Усембаева Ж.К., Нусупкулова А.Н.- Способ производства хлбба//Наука-89: Международная выставка: Проспект.-Брно, ЧССР, 1989. - I с.

12. Усембаева Ж.К. Действие низкоинтенсивного лазерного излучения на свойства дрокжей//Применени9 низкоэнергетических факторов в биологии и сельском хозяйстве: Всесоюзная научная конференция: Тез.докл.-Киров, 1989. - С.45-46.

•¿Я