автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора

На правах рукописи

КЕНИЙЗ Надежда Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА ИЗ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕКТИНА В КАЧЕСТВЕ КРИОПРОТЕКТОРА

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

5 ДЕК 2013

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005542453

Воронеж - 2013

005542453

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Сокол Наталья Викторовна, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» Официальные оппоненты: Дерканосова Наталья Мнтрофановна

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I», заведующая кафедрой.

Мартиросян Владимир Викторович

кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский Федеральный университет» (филиал в г. Пятигорске) заведующий кафедрой.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Майкопский государственный

технологический университет», г. Майкоп

Защита состоится «24» декабря 2013 года в 13 часов 00 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.04.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ВГУИТ. Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ по адресу: vak2.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ www.vsuet.ru «22» ноября 2013 года

Автореферат разослан «22» ноября 2013 года

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук

М. Е. Успенская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных направлений инновационного развития хлебопекарной отрасли в условиях глобальной конкуренции, является разработка и внедрение в производство принципиально новых технологий, с целью расширения ассортимента хлебобулочных изделий и обеспечения высококачественного целевого продукта.

Современный ритм жизни диктует новые требования к технологиям, применяемым в хлебопекарной отрасли. В настоящее время, в технологии хлеба, все больше находит распространение, производство замороженных полуфабрикатов. Принятие такого решения, позволяет предприятиям гибко реагировать на потребности рынка, а кроме того, снижать расходы на оборудование и транспортирование продукции.

Актуальность данного направления имеет и стратегическое значение, так как технология замораживания полуфабрикатов хлебопекарного производства, позволяет иметь их пополняемый запас в ассортименте, на малых предприятиях и сегменте HoReCa (отели, рестораны, кафе), так как эти технологии более гибкие в сравнении с традиционными. Применение технологий хлеба на основе замороженных полуфабрикатов, открывает значительные перспективы для организации сбалансированного питания населения, в различных регионах России.

Отдельные аспекты проблем производства хлеба из замороженных полуфабрикатов, были описаны в работах зарубежных ученых A. Basaran, Е. A. Elhady, Pablo D. Ribotta, S. M. Van der Sluis. В России, технологией замороженных хлебобулочных полуфабрикатов занимаются А. Н. Кирюхина, А. П. Китиссу, С. Н. Крутских, В. А. Кудрявцев, Н. В. Лабутина, Г. О. Магомедов, Е. И. Пономарева и др.

Однако есть ряд причин, которые препятствуют быстрому внедрению новой прогрессивной технологии в отрасль. Во время замораживания тестовых полуфабрикатов, происходит денатурация и агрегация белков, вызывающих потерю функциональных свойств, гибнут дрожжевые клетки, вследствие образования кристаллов льда. Так же следует отметить, что при замораживании опары, теста, тестовых заготовок происходит потеря влаги. Поэтому замораживание опары, теста, тестовых заготовок в технологии хлеба на производстве, осуществляется с добавлением различных криопротекторов.

Известно использование различных криопротекторов, таких как ферментные препараты с глюкоамилазой (ФП-ГА) и с гемицеллюлазой (ФП-ГЦ), энзимомодифицированного лецитина «Солек-K-EMJI» или использование сбивных замороженных полуфабрикатов.

Добавление криопротекторов при замораживании, позволяет снизить или предотвратить денатурацию белков. Подтверждением механизма криопротекции низкомолекулярными углеводами служат исследования (J. Park, Т. С. Lanier, 1998). Ими доказано, что добавление Сахаров (лактоза и глюкоза) к водному раствору протеинов, приводило к нежелательному самопроизвольному изменению — стабилизации раствора, в изоляции от поверхности гидратированного белка. Среди веществ обладающих свойством влагоудерживающей способности, представляет интерес пектин, который в пищевой промышленности, широко используют в кондитерском производстве. В связи с отсутствием научно-обоснованной информации, по технологиям замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства, с применением пектиновых веществ в качестве криопротектора, и с учетом комплекса положительных свойств пектина, было принято решение об использовании его по новому назначению, в качестве криопротектора при производстве замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства и готовых изделий на их основе. Все это обуславливает проведение комплексных исследований в данном направлении, на основе всестороннего изучения и анализа процессов, происходящих на различных стадиях технологии производства хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции КубГАУ (№ госрегистрации 13/021 Кубанского ГАУ).

Исследования выполнены в рамках НИОКР программы «Участник молодежного научно-инновационного конкурса У.М.Н.И.К» Фонда содействия развитию малых форм предприятий г/к № 11439 p/17136 от 31.01 2013 года.

Цель исследования: разработка научно-практических рекомендаций по технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов путем исследования закономерностей изменения реологических свойств теста, биохимических процессов полуфабрикатов, физико-химических показателей качества готовых изделий с применением пектина в качестве криопротектора.

Для реализации поставленной цели, были определены следующие задачи:

— научное и практическое обоснование применения пектина в качестве криопротектора в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов;

— исследование влияния различных технологических факторов — замораживания, размораживания полуфабрикатов на активность и жизнеспособность дрожжевых клеток с использованием криопротекторов при замесе теста;

— изучение водосвязывающей способности пектина, сорбита, фруктозы в тесте, для приготовления замороженных полуфабрикатов;

исследование влияния условий размораживания тестовых полуфабрикатов на процесс брожения в тесте, выбор рационального режима выпечки и оценка качества хлебобулочных изделий;

- моделирование и оптимизация рецептуры хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора, прогнозирование пористости хлеба, в зависимости от дозировки пектина и физических свойств теста;

- разработка технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора и технической документации на новый вид хлебобулочных изделий, расчет экономической эффективности, промышленная апробация основных результатов исследований.

Объектом исследования является технология замороженных полуфабрикатов и хлебобулочных изделий на их основе.

Предметом исследования являются реологические свойства теста и биохимические процессы, протекающие в тесте, технологические параметры получения замороженных полуфабрикатов и хлебобулочных изделий с применением криопротекторов.

Научная концепция работы заключается в создании практических рекомендаций по реализации технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора.

Научные положения, выносимые на защиту:

рекомендации по технологии замороженных хлебобулочных полуфабрикатов с применением криопротекторов (пектин, сорбит, фруктоза);

- результаты определения структурно-механических свойств теста, анализ полученных данных в зависимости от использования криопротекторов;

- результаты исследования различных технологических факторов на жизнеспособность дрожжевых клеток;

- результаты изучения водопоглотительной и водосвязывающей способности криопротекторов с помощью ЯМР теста;

- данные анализа органолептических и физико-химических показателей качества готового хлеба и влияние на них режимов размораживания и выпечки.

Научная новизна работы:

- впервые проведены комплексные исследования реологических свойств теста, предназначенного для получения замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора, и определена его оптимальная дозировка при замесе теста из пшеничной муки высшего сорта;

- установлен характер изменения активности дрожжевых клеток, при замораживании и размораживании тестовых заготовок, без пектина и в его присутствии в зависимости от температурного режима;

- усовершенствована методика определения водопоглотительной и влагосвязывающей способности теста с различными криопротекторами {применительно к полуфабрикатам хлебопекарного производства), на приборе ЯМР-анализатора АМВ-1006М, с целью выявления наиболее оптимального варианта;

- определена взаимосвязь между способом размораживания тестовых заготовок и качественными характеристиками хлеба;

- с помощью методов математического анализа установлена взаимосвязь пористости хлеба с дозировкой пектина, показателями физических свойств теста, таких как сила муки, отношение упругости к растяжимости, водопоглотительная и водосвязывающая способность, валориметрическая оценка, получены уравнения позволяющие прогнозировать качество хлеба из замороженных полуфабрикатов.

Практическая значимость исследования. На основании выполненных исследований, разработана технология и рецептура хлеба из замороженных полуфабрикатов, в основе которой лежит использование пектина в качестве криопротектора, с учетом его влияния на реологические свойства теста, физико-химические характеристики полуфабрикатов и параметры технологического процесса.

Установлена взаимосвязь между способом замораживания полуфабрикатов и качеством хлеба.

Показаны, возможности ЯМР-анализатора АМВ-1006В в определении водоудерживаюшей и водосвязывающей способности криопротекторов, при приготовлении теста для замороженных полуфабрикатов.

Выявлены технологические факторы (температура выпечки и расстойка тестовых заготовок) влияющие на качество хлеба из замороженных полуфабрикатов.

Проведены производственные испытания по выпечке хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора на пекарне перерабатывающего комплекса КНИИСХ ООО «Ягуар», 350012, г. Краснодар, Центральная Усадьба КНИИСХ; УНПК «Технолог» 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; ООО «Родник» ст. Тбилисская, Тбилисский район, Краснодарский край (акты производственных испытаний).

Разработана технологическая схема производства замороженных полуфабрикатов для хлеба «Зимний» и показана эффективность его производства. Разработан проект технической документации на новый вид хлеба «Зимний» (ТУ 9114-142-0493202-13) из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационное исследование соответствует п. 3, 4, 6, 7 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».

Апробация результатов исследования. Результаты и основные положения работы доложены и обсуждены:

на международных научно-практических, научно-технических конференциях: «Функциональные продукты питания. Ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2009); «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2011); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); «Производство продуктов для здоровья человека — как составная часть наук о жизни. Российская технологическая платформа. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания» (Воронеж, 2012); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013).

всероссийских научно-практических конференциях, конкурсах: «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2010, 2011, 2012); «У.М.Н.К.», проводимый в рамках научно-практической конференции молодых учёных краснодарского края, «Вторая итоговая региональная научно-практическая конференция молодых инноваторов Кубани» (Краснодар, 2012).

- региональных научно-практических конференциях, конкурсах: «XXXVI научная конференция студентов и молодых ученых вузов Южного Федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры спорта и туризма» (Краснодар, 2009); «Земля - наш Дом» (Анапа, 2009); «Лучшая научная и творческая работа преподавателей, аспирантов, соискателей и студентов вузов Краснодарского края за 2011 год - Олимп науки Кубани» (Краснодар, 2011).

Разработка экспонировалась на международных, всероссийских выставках: «Золотая осень-2012» (Москва, 2012) (золотая медаль); «Золотая осень-2013» (Москва, 2013) (серебряная медаль); «VIII Саратовский Салон изобретений, инноваций и инвестиций посвященный столетию высшего аграрного образования в Саратове» (Саратов, 2013).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 21 научная работа, в том числе, 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ; 1 статья в отраслевых журналах; 1 статья в зарубежном журнале; 16 тезисов докладов в материалах конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, пяти глав посвященных экспериментальным исследованиям, математическим и экономическим расчетам, выводов, списка литературы, приложения и представлена на 162 страницах машинописного текста, в 19 таблицах и 27 рисунках. Библиографический список включает 133 источников, в том числе 70 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведено обоснование актуальности темы, охарактеризована научная новизна, обозначены цели и задачи работы.

Глава 1. Обзор литературы. Проведен информационно-патентный поиск и систематизированы сведения о современном состоянии и развитии производства замороженных хлебобулочных полуфабрикатов. Представлены и проанализированы теоретические основы и научно-практические аспекты замораживания пищевых продуктов, имеющиеся технологические решения по приготовлению хлеба из замороженных полуфабрикатов, а также описаны факторы, влияющие на качество готовых изделий. Отражены перспективы использования криопротекторов в технологии замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства. Показана целесообразность использования пектина в качестве криопротектора в хлебопекарной промышленности, в сравнении с уже используемыми криопротекторами. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Глава 2. Материалы, методы и объекты исследования. В соответствии с поставленными задачами, был осуществлен выбор объектов, методов исследования и разработана схема постановки эксперимента (рисунок 1).

Объекты исследования: пектин ХБЗ-ЮО (ГОСТ 29186-91), сорбит (ТУ 9325-001-58326290-2002, фруктоза (ТУ 9110-001-50877926-2001), мука пшеничная хлебопекарная (ГОСТ Р 52189-2003), дрожжи хлебопекарные прессованные (ГОСТ Р 54731-2011), соль поваренная пищевая (ГОСТ Р 515742000), вода питьевая (СанПиН 2.1.4.1074-01), тесто, замороженные полуфабрикаты, образцы хлеба.

Рисунок 1 - Структурная схема исследования

Экспериментальные исследования проводились в научно-исследовательских отделах технологии и биохимии зерна Краснодарского научно-исследовательского института сельского хозяйства имени П. П. Лукьяненко; лабораториях кафедр технологии хранения и переработки растениеводческой продукции и биотехнологии, биохимии и биофизики ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»; отделе физических методов исследований Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур имени В. С. Пустовойта.

Для определения качества муки использовали: метод определения количества и качества клейковины (ГОСТ Р 54478-2011), метод определения влажности (ГОСТ 13586.5-93), определение белизны пшеничной муки проводили на приборе «Блик-РЗ». Исследования физических свойств теста проводились на приборах фаринограф (Brabender) и альвеограф (Chopin). Количество микроорганизмов (дрожжевых клеток) определялось методом прямого подсчета, в счетной камере Тома Цейсса. Исследование водосвязывающей и водоудерживающей способности с криопротекторами проводились на ЯМР - анализаторе АМВ-1006М. Активность дрожжей определяли ускоренным методом, по методике А. И. Островского. Замораживание тестовых заготовок проводили в камере быстрого замораживания MB 150 МФ фирмы Polair, при температуре (-4) °С и (-18) "С. Размораживание полуфабрикатов проводили до полного оттаивания, в условиях цеха, при температуре помещения и в условиях электромагнитного поля высокой частоты (ЭМП СВЧ) в микроволновой печи (Samsung ME 732 KR-S).

После размораживания осуществляли выпечку изделий в печи «Муссон-ротор» модель 33. Оценку качества готовых изделий проводили по органолептическим и физико-химическим показателям, общепринятыми методами в хлебопекарной промышленности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1. Влияние различных криопротекторов на реологию теста для полуфабрикатов. Для теста подверженного замораживанию, важными являются три основополагающих фактора: газообразование, газоудерживание, реологические свойства теста, т. к. при воздействии низких температур, происходит уменьшение газообразования, снижение газоудерживающей способности и уменьшение реологических свойств теста. Для корректировки и сохранения оптимальных данных, перечисленных факторов, используют криопротекторы - вещества одним из свойств которых, является способность удерживать влагу.

На первом этапе исследований, проводили работу по изучению влияния различных криопротекторов на реологию теста. Реологические свойства теста с применением криопротекторов, изучали на приборах фаринограф и альвеограф. В эксперименте по влиянию криопротекторов (пектин, сорбит, фруктоза) на физические свойства теста, были включены варианты с внесением криопротекторов в дозировках 0,5; 1,0; 1,5; 2,0% к массе муки. Контролем служил образец без внесения добавок. Полученные экспериментальные данные

Анализ данных показал, что использование пектина при замесе теста, приводит к повышению ВПС

(водопоглотительная способность) теста во всех вариантах опытов в сравнении с контролем. Следует отметить, что добавление пектина приводит к увеличению времени замеса теста. Время образования и устойчивость теста, при этом увеличились с 8,5 мин у контроля, до 10 мин при внесении в тесто пектина в дозировке 1,5 %. Валориметрическая оценка во всех вариантах с пектином, была выше в сравнении с контролем на 8 е. в. При внесении сорбита и фруктозы, в таких же дозировках, показатели реологических свойств теста, были ниже в сравнении с вариантом, где вносили пектин во время замеса теста на 8 и 14 е. в. соответственно. Анализ

результатов полученных на приборе фаринограф, позволил сделать вывод, что ВПС в вариантах с добавлением

представлены на рисунках 2, 3, 4.

0.5 1 1,5 2

Количество ВНОСИМОГО к[11НШ|>ОТГКТО|К1, »'•

фруктоза

-котрочь

Рисунок 2 - Изменение водопоглотительной способности теста при добавлении криопротекторов

Количество вносимого крнопротектора,'

фрукгоча

Рисунок 3 - Изменение времени образования и устойчивости теста при добавлении криопротекторов

Количество вносимого к|шоп|>отекто]>а, °а ~ш-ктпн —сор<5т фруктоза —-—кошрои!

Рисунок 4 - Изменение валоримегрнческой оценки тесга при добавлении криопротекторов

пектина увеличивается, благодаря способности карбоксильных групп пектина удерживать воду, что является положительным фактором при замораживании тестовых заготовок. Улучшение структурно-механических свойств теста, связано с укреплением клейковинных каркасов, за счет взаимодействия гидроксильных и свободных карбоксильных групп с аминогруппами клейковинных белков, за счет конформационных изменений в молекуле белка, приводящих к более «плотной упаковке», а также за счет способности сближения метоксилированных карбоксильных групп в водной среде, с образованием полимерных цепей пектина, что имеет немаловажное значение в технологии замороженных полуфабрикатов.

Основным показателем хлебопекарных свойств муки, является показатель «сила муки», которую определяли на приборе альвеограф. В эксперименте использовались ранее принятые дозировки криопротекторов. Полученные данные представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Изменение реологических показателей теста при внесении

криопротекторов

Показатель Значение показателей теста при внесении криопротекторов в дозировке, %

Контроль (0) 0,5 1,0 1,5 2,0

Пектин

Сила муки, е. а. 227 235 245 247 258

Максимальное избыточное давление, мм 71 70 83 95 103

Отношение упругости к растяжимости (Р/Ь) 0,70 0,7 1,01 1,40 1,56

Сорбит

Сила муки, е. а. 227 221 227 230 231

Максимальное избыточное давление, мм 71 67 67 67 64

Отношение упругости к растяжимости (Р/Ь) 0,70 0,59 0,62 0,62 0,56

Фруктоза

Сила муки, е. а. 227 199 205 225 207

Максимальное избыточное давление, мм 71 64 64 65 59

Отношение упругости к растяжимости (Р/Ь) 0.70 0,65 0,61 0,57 0,53

Проведенные исследования по изучению пектина, как криопротектора показывают, что он превосходит используемые в настоящее время криопротекторы, такие как фруктоза, сорбит по показателю время образования и устойчивости теста. В случае добавления пектина, разжижение теста

наступало на 1,5 мин позже, по сравнению с сорбитом в дозировках 1,0; 1,5 %, а при добавлении фруктозы, в тех же дозировках на 2 и 3 мин. Показатель сила муки был также выше, при добавлении пектина на 18 и 17 е. а. в сравнении с сорбитом и 20, 22 е. а. при добавлении фруктозы. Улучшение реологии теста при добавлении пектина во время замеса, происходит потому, что пектины образуют прочный каркас, благодаря сближению гидрофобных метоксильных групп в водной среде, а свободные карбоксильные группы диссоциируют на ионы, которые на поверхности белка взаимодействуют с группами -ЫН3+, так как пектины представляют собой поверхностно-активные соединения и тем самым улучшают структурно-механические свойства теста.

Так как для теста подверженного замораживанию, важными факторами являются реологические свойства, полученные данные дают основание для дальнейших исследований по изучению его влияния на качество замороженных полуфабрикатов.

3.2. Влияние криопротекторов на структуру замороженных полуфабрикатов. Методом микроскопирования было установлено, что криопротектор влияет на связывающую способность воды в клетке, в связи, с чем тесто без добавления пектина и с пектином имеет различные физические

Рисунок 5 - Микрофотографии замороженного дрожжевого теста: а) без внесения криопротектора, б) с добавлением пектина (1 - белок, 2 - крахмальные зерна)

В образце без добавления криопротектора полимерные цепи крахмала и белка представляют собой сжатую уплотненную структуру. При добавлении пектина во время замеса теста, на срезе образца явно видно увеличение полимерных цепей за счет образования белково-полисахаридных комплексов. В работах Р. К. Хосни отмечается, что на стеклование полимерной цепи влияют количество и размер замещающих групп (т. е. боковых цепей). В случае присоединения пектина к полимерным цепям белка и крахмала, его боковые цепи выступают в роли пластификатора и понижают температуру стеклования. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что добавление пектина

приводит к образованию белково-полисахаридных комплексов, позволяющих снизить температуру стеклования.

Из литературных источников известно, что увеличение молекулярной массы полимера также снижает температуру стеклования. В наших исследованиях, добавление пектина увеличивает молекулярную массу полимеров и это тоже является положительным фактором при замораживании тестовых полуфабрикатов.

Таким образом, можно сделать заключение, что добавление пектина при замесе теста предназначенного для замораживания позволяет снизить температуру стеклования, за счет увеличения молекулярной массы полимера, образовывая белково-полисахаридные комплексы, кроме того боковые цепи пектина в разветвленной структуре полимера выступают в роли пластификатора и дополнительно понижают температуру стеклования.

3.3. Влияние криопротекторов на активность дрожжевых клеток при замораживании. Следующим этапом исследований, было изучение активности и жизнедеятельности дрожжевых клеток при замесе теста с различными криопротекторами, замороженного при различных температурах (-4), (-18) °С и размороженных в условиях электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ) (выходная мощность: 800 Вт, мощность: 1150 Вт) и условиях цеха (при температуре 20 °С и относительной влажности воздуха 40 %). Количество дрожжевых клеток подсчитывали микроскопированием в камере Тома Цейсса, таблица 2.

Из данных таблицы 2 видно, что количество живых дрожжевых клеток в образцах подверженных замораживанию, в присутствии криопротекторов при температуре (-18) °С, после размораживания в ЭМП СВЧ, было выше по сравнению с образцами тестовых заготовок замороженных при температуре (-4) "С. Лучший результат отмечен с применением пектина, что связано с увеличением молекулярной массы полимера и как следствие, снижение температуры стеклования, благодаря чему не происходит повреждение дрожжевых клеток. При размораживании в условиях цеха, он был также высоким.

При замораживании тестовых заготовок в условиях (-4) °С, лучший вариант был отмечен в образце с применением пектина при размораживании в условиях цеха, что также объяснимо снижением температуры стеклования благодаря свойствам пектина образовывать комплексы, его водоудерживающей и водосвязывающей способности.

Таблица 2 - Количество дрожжевых клеток в тесте, с различными криопротекторами, приготовленного при различных условиях

замораживания и размораживания

Вносимый крноиротектор Содержание в тесте

КО!£ (кл/см3) живые дрожжевые клетки.% мертвые дрожжевые клетки,%

Тесто беч замораживания

Контроль 3.1-10" 95,5 4.5

Пектин 2.98« 10'' 97.0 3,0

Сорбит 2,28-10'' 95.5 4.5

Фруктом 2.0*10'' 86,5 13.5

Замораживание при (-18) "С

Размораживание в Г)МП СВЧ

Контроль 1.1-10" 97,5 2,5

Пектин 1.94-10" 98,0 2,0

Сорбит 1.91-10'' 96.0 4.0

Фруктоза 1,74-10'' 97,0 3,0

Размораживание в условиях цеха

Контроль 0.78-10" 80.0 20.0

Пектин 2,0-10'' 96.0 4,0

Сорбит 1.56-10" 84.0 16.0

Фруктоза 1,4-10" 97,0 3,0

Замораживание при (-4)"С

Размораживание в ЭМП СВЧ

Контроль 0,13-10" 95.0 5,0

Пектин 1.68-10" 96,0 4,0

Сорбит 1.32-10" 95,5 4,5

Фруктоза 1.62-10" 98.5 1.5

Размораживание в условиях цеха

Контроль 0.96-10'' 87.0 13,0

Пектин 2.18-10" 97.0 3.0

Сорбит 1.4-10" 94.0 6.0

Фруктоза 0.74-10" 93.0 7,0

3.4. Изучение состояния влаги в тесте с криопротекторами, методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Выявление лучшего криопротектора проводили на ЯМР-анализаторе, по характеристикам водосвязывающей и водоудерживающей способности вещества. Исследования по изучению водопоглотительнои способности теста, были спланированы в различных вариантах: после замеса, через 15 мин и через 30 мин после замеса. В каждом варианте исследовались по четыре образца: контроль, с добавлением пектина, сорбита и фруктозы в количестве 1,5 % к массе муки. Графическая интерпретация данных водопоглотительнои и водосвязывающей способности теста после замеса, представлена на рисунке 6.

Контроль Пектин -Сорбит Фруктоза

Рисунок 6 - Водопоглотителъная и водосвязываюшая способность теста после замеса с добавлением пектина, сорбита, фруктозы в количестве 1,5 % к массе муки

На основании анализа характера зависимостей спадов интегральной интенсивности протонов воды, в исследуемых образцах определяли группы протонов воды с различными значениями времени спин-спиновой релаксации: Т21 = 0,1- Ю мс (W|), Т22 = 10 - 125 мс (W2), Т23 =125 - 500 мс (W,), которые рассматривали как фракции влаги с различной прочностью связи. Выделенные формы связи влаги в исследуемых образцах были охарактеризованы как W, -осмотически удерживаемая, связанная влага, W2 - влага слабосвязанная полезная (обеспечивает оптимальную консистенцию теста), W, - влага слабосвязанная избыточная (которая при понижении температуры образует кристаллы).

Из рисунка 6 видно, что поглощение воды, в тесте с добавлением пектина, проходило интенсивнее в сравнении с контролем и другими криопротекторами. W3 - влага слабосвязанная избыточная (которая при понижении температуры образует кристаллы) в случае добавления пектина отсутствует.

Полученные результаты доказывают, что пектин, внесенный в тесто, в количестве 1,5% к массе муки, обладает лучшей водоудерживающей и водосвязывающей способностью. Следовательно, по сравнению с другими криопротекторами, пектин имеет преимущества, так как влага в связанном состоянии препятствует образованию кристаллов льда, что предотвращает гибель дрожжевых клеток.

3.5. Влияние условий размораживания на качество замороженных тестовых полуфабрикатов. При проведении эксперимента, по влиянию

условий размораживания полуфабрикатов из дрожжевого теста, были заморожены 8 образцов, без предварительной расстойки тестовых заготовок по 2 образца: контрольный, с добавлением пектина, с сорбитом и с фруктозой, с дозировкой 1,5% к массе муки. Размораживание образцов проводили в условиях цеха и в условиях ЭМП СВЧ.

Следует отметить, что при размораживании в ЭМП СВЧ в тесте с добавлением пектина, процесс брожения начался быстрее и интенсивнее, о чем судили по увеличению объема тестовой заготовки, по сравнению с другими образцами, присутствующими в эксперименте. Процесс расстойки сократился в 2,5 раза, по сравнению с размораживанием таких же образцов, в условиях цеха, рисунок 7.

Полученный результат, можно объяснить изменениями в структуре крахмальных зерен под действием обработки ЭМП СВЧ. При постепенном нагревании тестовой заготовки за счет повышения его атакуемости ферментами

происходит гидролиз крахмала, повышается сахаробразующая способность и как следствие повышение газообразующей способности теста.

00

X 80

* 70

60

с 1 50

. 40

о. 30

к

20

ь

й 10

0

Контроль Лешин Сорбм! Фруктов Вносимый крпопротгсгор ■ ЭМП СВЧ й Условия цеха

Рисунок 7 - Влияние размораживания тестовых полуфабрикатов на длительность расстойки

Расстоявшиеся тестовые заготовки выпекали в печи «Муссон-ротор» модель 33. В готовых изделиях проводилась оценка физико-химических показателей качества, таблица 3.

Таблица 3 - Физико-химические показатели качества хлеба

Наименование Значение показателей при размораживании в

показателя ЭМП СВЧ условиях цеха

Криопротектор Криопротектор

Контроль пектин сорбит фруктоза Контроль пектин сорбит фруктоза

Влажность мякиша. % 42,4 43,0 43,5 42,3 41,6 40,0 40,5 41,5

Кислотность мякиша, град 1,4 1,6 1,4 1,6 1,4 1,6 1,4 1,4

Пористость мякиша, % 77,1 81,4 78,6 77,0 77,4 78,2 73,8 74,8

Образцы хлеба с добавлением пектина при замесе теста, замораживании при температуре (-18) °С и размораживании в ЭМП СВЧ, во всех вариантах эксперимента по физико-химическим показателям были в пределах норм ГОСТ Р 52462-2005. При размораживании в условиях цеха эти показатели отличались незначительно от требований стандарта.

3.6. Выбор рационального режима для выпечки хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов. При выборе наиболее рационального температурного режима, для выпечки хлеба из замороженных полуфабрикатов, были спланированы два варианта: первый с постепенным повышением температуры до 220 "С при начальной температуре 180 °С, второй с предварительной обжаркой при температурах 250 °С и дальнейшим снижением температуры до 220 °С, рисунок 8.

Во втором варианте выпечки, при температуре 250 °С, с последующим снижением температуры до 220 °С, органолептические показатели качества хлеба были выше на 1 балл, чем в первом варианте. Органолептическую оценку

качества хлеба проводили по бальной шкале предложенной И.И.Василенко РАСХН. Общая хлебопекарная оценка была 28 баллов в первом варианте и 29 баллов во втором варианте. С учетом энергозатрат, был выбран вариант с температурой выпечки 180-220 °С. Таким образом, можно сделать заключение, что предлагаемая технология хлеба, приготовленного из замороженных полуфабрикатов с пектином, размороженных в условиях ЭМП СВЧ и выпеченных при температуре 180220 °С, может быть рекомендована для сектора рынка НоКеСа и для производства в сетях быстрого питания.

Математическую обработку экспериментальных данных проводили, с использованием программ 81ай5Пка 6.0. В результате было получено уравнение регрессии, описывающее взаимосвязь пористости хлеба с дозировкой пектина и водопоглотительной способностью теста.

После исключения незначимых членов получили уравнения регрессии, адекватность которых проверяли по критерию Стьюдента, уровень значимости - 0,05.

различных вариантах выпечки

Графическая интерпретация рисунке 9.

полученной зависимости представлена на уп =177,76 + 7,58л:, -1,57х2,

У„ - пористость; X], - дозировка пектина; Х2 - водопоглотительная способность теста.

Коэффициент множественной детерминации Я2 -0,905.

л На основании

. проведенных исследований

^ .......разработана технология

*** хлеба «Зимний», на основе

Рисунок 9 - Взаимосвязь показателя пористость хлеба замороженных

от факторов: а) дозировка пектина, б) ВПС полуфабрикатов с

использованием пектина в качестве криопротектора, на который разработана техническая документация ТУ 9114-142-0493202-13, ТИ и РЦ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведены комплексные исследования по изучению криопротекторных свойств пектина и его возможности использования в технологии замороженных полуфабрикатов, на основе которых разработана технология хлеба с учетом способов замораживания, размораживания и выпечки хлеба. На основании проведенных исследований, сделаны следующие выводы:

1. Научно обоснованы и даны практические рекомендации по применению пектина в качестве криопротектора в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов.

2. Показано, что замораживание теста с пектином при температуре (-18) °С и при размораживании с использованием ЭМП СВЧ способа, являются более благоприятными условиями для активности и жизнедеятельности дрожжевых клеток, в этом случае отмечено 98 % живых клеток, против 80 % в полуфабрикате без пектина.

3. Установлено на приборе ЯМР-анализаторе, что при замесе теста с пектином в дозировке 1,5 % к массе муки происходит интенсивное связывание воды, после замеса теста, что подтверждается отсутствием в образце с

пектином влаги W3 - (слабосвязанная, избыточная), которая при понижении температуры образует кристаллы.

4. Выявлено, что наилучшие показатели качества готового хлеба достигаются при использовании ЭМП СВЧ способа размораживания тестовых полуфабрикатов, учитывая энергозатраты, был выбран рациональный способ выпечки с начальной температурой 180 °С и допеканием при температуре 220 °С, пористость хлеба в этом случае была 78,2 %.

5. Методом математического моделирования определена оптимальная дозировка пектина, 1,5 % к массе муки, для замороженных полуфабрикатов, получены уравнения зависимости пористости хлеба от дозировки криопротектора и физических свойств теста (сила муки, показатель P/L, ВПС, валориметрическая оценка), позволяющие прогнозировать и регулировать реологические свойства теста для замороженных полуфабрикатов.

6. Разработана технологическая схема производства хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора, пакет технической документации на хлеб «Зимний» (ТУ 9114-142-0493202-13) из замороженных полуфабрикатов. Ожидаемый экономический эффект от продажи 1 тыс. т хлеба произведенного из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора составит 2,5 млн р.

Основные публикации по диссертационной работе Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Кенийз, Н. В. Технология производства хлеба из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Вестник Мичуринского государственного аграрного университета, Мичуринск. - 2011. - № 2, ч. 2 - С. 93-95. - 0,43 п. л. (лично автором 0,2 п. л.).

2. Кенийз, Н. В. Разработка технологии хлебобулочных полуфабрикатов с применением криопротектора [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Рецензируемый, реферируемый научный журнал «Новые технологии», Майкоп. - 2013. - № 1. - С. 19-24. -0,63 п. л. (лично автором 0,32 п. л.).

3. Кенийз, Н. В. Влияние пектина как криопротектора на водопоглотительную способность теста и дрожжевые клетки [Текст] / Н. В. Кенийз // Рецензируемый, реферируемый научный журнал «Вестник Казанского государственного аграрного университета», Казань. - 2013. -№ 3 (29). - С. 67-69. -0,25 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

Зарубежные издания

4. Kenijz, N. V. Pectic substances and their functional role in bread-making from frozen semi-finished products [Text] / N. V. Kenijz, N. V. Sokol // European Online Journal of Natural and Social Sciences. - 2013. - Vol.1, No.2. - P. 253-256. -0,5 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

Статьи и материалы конференций

5. Кеиийз, Н. В. Разработка технологий хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с использованием пектина в качестве криопротектора [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. II Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых. - Краснодар, 2008. — С. 6-7. - 0,125 п. л. (лично автором 0,0625 п. л.).

6. Кенийз, Н. В. Влияние криопротекторов на микроструктуру теста размороженных пшеничных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Тез. докладов XXXVI науч.конф. студентов и молодых ученых вузов Южного Федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры спорта и туризма - Краснодар, 2009. - С. 179-180. - 0,06 п. л. (лично автором 0,03 п. л.)

7. Кенийз, Н. В. Функциональная роль пектина в производстве замороженных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз // Матер. IV студ. регион, науч.-практич. конф. «Земля - наш Дом». - Анапа, 2009. - С. 64-66 - 0,16 п. л. (лично автором 0,16 п. л.).

8. Кенийз, Н. В. Влияние криопротекторов на реологию теста [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. межд. науч.-практич. конф. Функциональные продукты питания, Ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность. - Краснодар, 2009. - С. 405-409. - 0,25 п. л. (лично автором 0,125 п. л.).

9. Кенийз, Н. В. Микроструктура теста замороженных полуфабрикатов с использованием различных криопротекторов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. III Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых. — Краснодар, 2009. - С. 216-217.-0,125 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

10. Сокол, Н. В. Влияние размораживания в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов на качество готового продукта [Текст] / Н. В. Сокол, Н. В. Кенийз // Матер. IV Межд. науч.-практич. конф. Инновационные направления в пищевых технологиях. - Пятигорск, 2010. -С. 195-198.-0,3 п. л. (лично автором 0,15 п. л.).

11. Кенийз, Н. В. Влияние режимов расстойки и выпечки замороженных полуфабрикатов на качество хлеба [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. IV Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых. - Краснодар, 2010. -С. 263-264. - 0,125 п.л. (лично автором 0,06 п. л.).

12. Кенийз, Н.В. Влияние пектина как криопротектора на реологические свойства теста и физико-химические показатели качества хлеба [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Сб. матер, конф. Инновационные технологии в пищевой промышленности - 2011. - Минск, 2011.- № 2, ч. 2 - С.472-476. -0,29 п. л. (лично автором 0,145).

13. Кенийз, Н.В. Влияние дефростации на качество хлеба из замороженных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Всероссийский отраслевой журнал «Хлебопекарный кондитерский форум». -2011,- 2 (2) - С. 30-31. - 0,14 п. л. (лично автором 0,07 п. л.).

14. Кенийз, Н. В. Влияние дефростации в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов на качество готового продукта [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического института. Серия технические науки, Княгинино, 2011. - № 2 (3). - С. 92-100. - 0,57 п. л. (лично автором 0,28 п. л.).

15. Кенийз, Н. В. Использование пектина, как криопротектора в технологии замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. II Межд. науч.-практич. конф. Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века. - Краснодар : КубГТУ, 2011. - С. 151-154. - 0,57 п. л. (лично автором 0,28 п. л.).

16. Кенийз, Н. В. Пектиновые вещества и их функциональная роль в производстве хлеба из замороженных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. VII Межд. науч.-практич. конф. Инновации и современные технологии в производстве и переработке сельскохозяйственной продукции. - Ставрополь : «АГРУС», 2012. - С. 144-148. - 0,4 п. л. (лично автором 0,2 п. л.).

17. Кенийз, Н. В. Использование пектина по новому назначению в технологии замороженных хлебобулочных полуфабрикатов [Текст] /Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. Меяед. науч.-технич. конф. Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития. — Воронеж : Воронежский ЦНТИ, 2011. - С. 28-32. - 0,5 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

18. Кенийз, Н. В. Производство замороженных полуфабрикатов хлебобулочных изделий с использованием пектина [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. V Всерос. науч.-практич. конф. Научное обеспечение агропромышленного комплекса. - Краснодар : КубГАУ, 2011. - С. 271-273. -0,13 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

19. Кенийз, Н. В. Разработка рецептуры и технологии хлеба из замороженного полуфабриката с пектином [Текст] / Н. В. Кенийз // Матер. II Межд. науч.-практич. конф., посвященной 100-летию ВГАУ и 20-летию образования факультета технологии и товароведения. - Воронеж : Воронежский ГАУ, 2013. - С. 62-66. - 0,32 п. л. (лично автором 0,32 п. л.).

20. Кенийз, Н. В. Технология и рецептура хлебобулочных полуфабрикатов с применением криопротекторов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. Межд. науч.-практич. конф. Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть наук о жизни. Российская технологическая платформа. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - Воронеж : Воронежский ЦНТИ, 2012. - С. 328-333. - 0,5 п. л. (лично автором 0,25 п. л.).

21. Кенийз, Н. В. Технология хлебобулочных полуфабрикатов [Текст] / Н. В. Кенийз, Н. В. Сокол // Матер. VI Всерос. науч.-практич. конф. Научное обеспечение агропромышленного комплекса. - Краснодар : КубГАУ, 2012. -С. 210-211. - 0,13 п. л. (лично автором 0,06 п. л.).

Подписано в печать 14.11. 2013. Формат 60 х 84 1/16 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 200

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201 455723

КЕНИИЗ Надежда Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА ИЗ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПОЛУФАБРИКАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЕКТИНА В КАЧЕСТВЕ КРИОПРОТЕКТОРА

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность: 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Н. В. Сокол

Краснодар -2013

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ 10

1.1 Теоретические основы замораживания пищевых продуктов 10

1.1.1 Кривые замораживания пищевого продукта 10

1.1.2 Процесс переохлаждения 11

1.1.3 Образование и рост кристаллов льда 12 1.1.4. Фракция льда 12

1.1.5 Влияние скорости замораживания на структуру кристаллов льда 16

1.1.6 Стеклообразное состояние в замороженных пищевых продуктах 18

1.2 Технологические решения по приготовлению хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов 21

1.3 Виды замораживания хлебобулочных полуфабрикатов 25

1.4 Влияние процесса замораживания на жизнедеятельность дрожжевых клеток 27

1.4.1 Процессы происходящие во время замораживания 27

1.4.2 Физико-химические основы повреждения клеток 31

1.4.3 Внутриклеточное образование льда 32

1.4.4 Воздействие растворов 32

1.4.5 Воздействие на газоудерживающую способность теста 33

1.5 Криопротекторы применяемые для приготовления замороженных полуфабрикатов и их свойства 34 ГЛАВА II ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 40

2.1 Объекты исследования 40

2.2 Методика исследований 42

2.3 Методы исследований 44

2.3.1 Методики определения физических свойств теста 47

2.3.2 Метод подсчета микроорганизмов в счетных камерах 55

2.3.3 Методика работы на ЯМР - анализаторе АМВ-1006М 57

2.3.4 Ускоренный метод определения быстроты подъема, предложенный А.И. Островского 59

2.3.5 Математическая обработка полученных экспериментальных данных 59

ГЛАВА III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 60

3.1 Влияние различных криопротекторов на реологию теста 60

3.1.1 Исследование структурно-механических свойств теста на приборе фаринограф 60

3.1.2 Исследование влияния криопротекторов на «силу муки» на приборе альвеограф 70

3.2 Влияние криопротекторов на структуру замороженных полуфабрикатов 72

3.3 Влияние криопротекторов на активность дрожжевых клеток при замораживании 76

3.4 Изучение состояния влаги в тесте с криопротекторами, методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) 82

3.5 Влияние условий размораживания на качество замороженных тестовых полуфабрикатов 87

3.6 Отработка режимов расстойки и выпечки замороженных полуфабрикатов 89

3.7 Выбор рационального режима для выпечки хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов 93

3.8 Технологическая схема производства хлебобулочных полуфабрикатов 96 ГЛАВА IV МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ 99

ГЛАВА V ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ 109

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 116

ПРИЛОЖЕНИЯ 130

ВВЕДЕНИЕ

Одной из самых перспективных и молодых в России, технологий в хлебопекарной промышленности является производство хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов. Замораживание - старейший и чрезвычайно эффективный способ сохранения продуктов.

Использование замороженных хлебобулочных полуфабрикатов позволяет расширить ассортимент и обеспечить высокое качество готовых изделий, что является основной задачей хлебопекарной промышленности [20, 53].

Принятие такого решения, обусловлено современным ритмом жизни, в связи с чем у потребителей хлебобулочных изделий возникает, потребность в полуфабрикатах, которые можно приготовить без больших затрат во времени. В экономически развитых странах, использование таких полуфабрикатов, находит все более широкое распространение, об этом свидетельствуют работы зарубежных ученых A. Basaran, Е. A. Elhady, Pablo D. Ribotta, S. M. Van der Sluis [68, 72, 116, 117, 128].

В России интенсивно развиваются новые технологии, в основе которых лежит замораживание полуфабрикатов хлебобулочного производства, быстрее всего они находят применение на малых предприятиях и сегменте HoReCa (отели, рестораны, кафе), так как эти технологии более гибкие в сравнении с традиционными, что очень удобно для предприятий малой мощности [18].

Производство замороженных полуфабрикатов, позволяет контролировать безопасность и качество продуктов, быстро реагировать на изменения рынка, затраты на транспортировку готовой продукции значительно сокращаются, возможно увеличение сети пекарен, в местах реализации, из-за возможности использования минимального количества оборудования.

Однако есть ряд причин, которые препятствуют быстрому внедрению новой прогрессивной технологии в отрасль. Во время замораживания тестовых полуфабрикатов происходит денатурация и агрегация белков, вызывающих потерю функциональных свойств, гибнут дрожжевые клетки вследствие образования кристаллов льда. Так же следует отметить, что при замораживании опары, теста, тестовых заготовок, происходит потеря влаги. Поэтому замораживание опары, теста, тестовых заготовок в технологии хлеба и хлебобулочных изделий, на производстве осуществляться с добавлением различных криопротекторов.

Известно использование различных криопротекторов, например как, ферментных препаратов с глюкоамилазой (ФП-ГА) и с гемицеллюлазой (ФП-ГЦ) [44], энзимомодифицированного лецитин «Солек-К-ЕМЛ» [46] или использовании сбивных замороженных полуфабрикатов [45, 59].

Добавление криопротекторов при замораживании позволяет снизить или предотвратить денатурацию белков. Подтверждением механизма криопротекции низкомолекулярными углеводами, служат исследования J. Park и Т. С Lanier. Ими доказано, что добавление Сахаров (лактоза и глюкоза) к водному раствору протеинов, приводило к нежелательному самопроизвольному изменению - стабилизации раствора в изоляции от поверхности гидратированного белка. Среди веществ обладающих свойством влагоудерживающей способности, представляет интерес пектин, который в пищевой промышленности используют в кондитерском производстве, как студнеобразователь. Учитывая комплекс положительных свойств пектина, было принято решение об использовании его по новому назначению, в качестве криопротектора при производстве замороженных полуфабрикатов хлебопекарного производства. На основании изложенного, была сформулирована цель работы и определены задачи исследования.

Целью данной работы, явилась разработка научно-практических рекомендаций по технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов путем исследования закономерностей изменения реологических свойств теста,

биохимических процессов полуфабрикатов, физико-химических показателей качества готовых изделий с применением пектина в качестве криопротектора.

Для достижения цели, были поставлены следующие задачи:

- научное и практическое обоснование применения пектина в качестве криопротектора в технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов;

- исследование влияния различных технологических факторов -замораживания, размораживания полуфабрикатов на активность и жизнеспособность дрожжевых клеток с использованием криопротекторов при замесе теста;

- изучение водосвязывающей способности пектина, сорбита, фруктозы в тесте, для приготовления замороженных полуфабрикатов;

исследование влияния условий размораживания тестовых полуфабрикатов на процесс брожения в тесте, выбор рационального режима выпечки и оценка качества хлебобулочных изделий;

- моделирование и оптимизация рецептуры хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора, прогнозирование пористости хлеба, в зависимости от дозировки пектина и физических свойств теста;

- разработка технологии хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора и технической документации на новый вид хлебобулочных изделий, расчет экономической эффективности, промышленная апробация основных результатов исследований.

Научная новизна работы:

- впервые проведены комплексные исследования реологических свойств теста, предназначенного для получения замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора, и определена его оптимальная дозировка при замесе теста из пшеничной муки высшего сорта;

- установлен характер изменения активности дрожжевых клеток, при замораживании и размораживании тестовых заготовок, без пектина и в его присутствии в зависимости от температурного режима;

- усовершенствована методика определения водопоглотительной и влагосвязывающей способности теста с различными криопротекторами (применительно к полуфабрикатам хлебопекарного производства), на приборе ЯМР-анализатора АМВ-1006М, с целью выявления наиболее оптимального варианта;

- определена взаимосвязь между способом размораживания тестовых заготовок и качественными характеристиками хлеба;

- с помощью методов математического анализа установлена взаимосвязь пористости хлеба с дозировкой пектина, показателями физических свойств теста, таких как сила муки, отношение упругости к растяжимости, водопоглотительная и водосвязывающая способность, валориметрическая оценка, получены уравнения позволяющие прогнозировать качество хлеба из замороженных полуфабрикатов.

Практическая значимость исследования. На основании выполненных исследований, разработана технология и рецептура хлеба из замороженных полуфабрикатов, в основе которой лежит использование пектина в качестве криопротектора, с учетом его влияния на реологические свойства теста, физико-химические характеристики полуфабрикатов и параметры технологического процесса.

Установлена взаимосвязь между способом замораживания полуфабрикатов и качеством хлеба.

Показаны, возможности ЯМР-анализатора АМВ-1006В в определении водоудерживающей и водосвязывающей способности криопротекторов, при приготовлении теста для замороженных полуфабрикатов.

Выявлены технологические факторы (температура выпечки и расстойка тестовых заготовок) влияющие на качество хлеба из замороженных полуфабрикатов.

Проведены производственные испытания по выпечке хлеба из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора на пекарне перерабатывающего комплекса КНИИСХ ООО «Ягуар», 350012,

г. Краснодар, Центральная Усадьба КНИИСХ; УНПК «Технолог» 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13; ООО «Родник» ст. Тбилисская, Тбилисский район, Краснодарский край (акты производственных испытаний).

Разработана технологическая схема производства замороженных полуфабрикатов для хлеба «Зимний» и показана эффективность его производства. Разработан проект технической документации на новый вид хлеба «Зимний» (ТУ 9114-142-0493202-13) из замороженных полуфабрикатов с пектином в качестве криопротектора.

Апробация работы. Результаты и основные положения работы доложены и обсуждены:

на международных научно-практических, научно-технических конференциях: «Функциональные продукты питания. Ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2009); «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2011); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть наук о жизни. Российская технологическая платформа. Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания» (Воронеж, 2012); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013).

- всероссийских научно-практических конференциях, конкурсах: «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2010, 2011, 2012); «У.М.Н.И.К.», проводимый в рамках научно-практической конференции молодых учёных краснодарского края, «Вторая итоговая региональная научно-практическая конференция молодых инноваторов Кубани» (Краснодар, 2012).

региональных научно-практических конференциях, конкурсах: «XXXVI научная конференция студентов и молодых ученых вузов Южного

Федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского государственного университета физической культуры спорта и туризма» (Краснодар, 2009); «Земля - наш Дом» (Анапа, 2009); «Лучшая научная и творческая работа преподавателей, аспирантов, соискателей и студентов вузов Краснодарского края за 2011 год - Олимп науки Кубани» (Краснодар, 2011).

Разработка экспонировалась на международных, всероссийских выставках: «Золотая осень-2012» (Москва, 2012) (золотая медаль); «Золотая осень-2013» (Москва, 2013) (серебряная медаль); «VIII Саратовский Салон изобретений, инноваций и инвестиций посвященный столетию высшего аграрного образования в Саратове» (Саратов, 2013).

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Теоретические основы замораживания пищевых продуктов

1.1.1 Кривые замораживания пищевого продукта

Замораживание пищевого продукта начинается с контакта (продукт -носитель холода), который может быть твердым, газообразным или жидким. Охлаждение поверхности продукта проходит быстрее, чем его центр, так как теплоперенос из внутренней части продукта к его поверхности, зависит от теплопроводности самого продукта [61].

График изменения температуры продукта, в ходе замораживания, показан на рисунке 1.1. Температура на поверхности пищевого продукта, перед резким скачком, почти до начальной температуры замораживания Т^ свидетельствует о переохлаждении (точка А (11, Т5)), после чего достигается температурное плато (плоский участок кривой между точками В и С), поскольку из пищевого продукта начинается перенос скрытой теплоты, замерзания воды (для чистой свободной воды - 334 кДж/кг). Первые кристаллы льда образуются между точками А и В, а затем они формируются все время, до достижения конечной температуры Те, когда температура продукта выравнивается с температурой хладагента. После этого, быстрого увеличения количества льда не происходит, за исключением медленного их роста [23].

Рисунок 1.1- График изменения температуры в пищевом продукте в ходе замораживания: Т0 - начальная температура замораживания; Т( -температура, до которой продукт подвергается переохлаждению; Т5 -температура замораживания (плато В-С); Те - равновесная температура

1.1.2 Процесс переохлаждения

При температуре ниже начальной точки замерзания, жидкость называется переохлажденной. Такое состояние жидкости, является метастабильным - в этом состоянии, жидкость может оставаться довольно долго, до начала нуклеации (зарождения) первого кристалла льда. После этого кристаллы льда быстро растут и распространяются по всему объему жидкости. Чистая вода может оставаться переохлажденной до температуры примерно (-40) °С. При более низких температурах, вода замерзает вследствие гомогенного образования и роста льда. В пищевых продуктах степень переохлаждения воды значительно меньше, чем у чистой воды, вследствие гетерогенного льдообразования. В природе переохлаждение играет очень важную роль, так как является одним из механизмов, благодаря которым растения и животные переносят отрицательные температуры и

минимизируют повреждения тканей, вследствие образования кристаллов льда [23].

1.1.3 Образование и рост кристаллов льда

Кристаллы льда возникают в виде ядер (зародышей), некоторого критического размера и затем увеличиваются. Критический размер - это такой размер, при котором рост ядра, вследствие увеличения объема, приводит к уменьшению поверхностной энергии о и увеличению свободной энергии Гиббса у (для сферического кристалла льда радиуса г это происходит, когда ог2>уг3).

Нуклеация может быть гомогенной или гетерогенной. Гомогенная нуклеация происходит только в гомогенных, свободных от взвешенных частиц жидкостях, вследствие случайных колебаний молекул. В твердых пищевых продуктах нуклеация имеет гетерогенный характер, при этом центром зародышеобразования, является поверхность клеток. Вероятность нуклеации в том или ином месте возрастает, если молекулярная структура поверхности имеет сходство со структурой льда, то есть соответствует размеру кристаллической решетки льда и действует как своего рода шаблон. Особенно это относится к так называемым льдообразующим белкам, обнаруженным у некоторых бактерий и растений [80].

1.1.4. Фракция льда

Пренебрегая явлением переохлаждения, можно утверждать, что чистая вода замерзает при 0 °С, однако водные растворы (в пищевых продуктах -растворы хлорида натрия или других солей) имеют более низкую точку замерзания. Это по