автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии пищевых волокон и их использование в затяжном печенье функционального назначения

На правах рукописи

ФИЛАТОВА ИРИНА АЛЕКСЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЗАТЯЖНОМ ПЕЧЕНЬЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО

НАЗНАЧЕНИЯ

Специальность 05.18.01 -03.00.23 -

Технология хлебопекарных, макаронных и кондитерских продуктов Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском Государственном Университете пищевых производств (МГУПП)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор А.А.Кочеткова

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Аксенова Л.М. доктор химических наук, профессор Рабинович М.Л.

Ведущая организация: Московский Государственный заочный институт пищевой промышленности

Защита состоится 25 июня 1998 г. в 10.00 часов

на заседании диссертационного совета Д.063.51.01 в Московском

государственном университете пищевых производств по адресу:

125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения,

просим направлять Ученому секретарю Совета.

Автореферат разослан 25 мая 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Шуб И.С.

Актуальность темы. Развитие технического прогресса в современном обществе ведет к изменению экологической ситуации: происходит загрязнение окружающей среды обитания человека, а, следовательно, и пищи целым рядом токсичных веществ. В связи с этим в последние годы сформировалась концепция здорового питания, которая подразумевает тесную связь между здоровьем, долголетием и рациональным питанием человека. Поэтому изготовители пищевых продуктов в настоящее время уделяют большое внимание производству продуктов, содержащих пищевые ингредиенты, способствующие улучшению здоровья, к числу которых относятся пищевые волокна. Известно, что систематическое употребление продуктов, содержащих пищевые волокна, способствует снижению риска возникновения сердечнососудистых заболеваний и развития рака кишечника, предотвращает ожирение.

Анализ отечественных и зарубежных исследований показал, что объектами обогащения пищевыми волокнами, как правило, являются зерновые завтраки, хлебобулочные и макаронные изделия. Однако, мучные кондитерские изделия, в частности, печенье, могут составить конкуренцию подобным продуктам, так как пользуются широким спросом у населения, особенно у детей. В связи с этим актуальным является создание новых сортов печенья с функциональными свойствами.

В иностранной и отечественной литературе описан широкий спектр потенциальных источников пищевых волокон. Нерастворимые пищевые волокна, в основном, выделяют из злаковых культур. Целесообразным является использование отходов сельского хозяйства, к которым относится пшеничная солома, представляющая собой ежегодно возобновляемый ресурс биосферы.

В настоящее время выделение пищевых волокон из растительного сырья сдерживается из-за применения агрессивных рабочих сред, высокой загрязненности целевого продукта и значительного расхода химических растворов. Поэтому для получения пищевых волокон из растительных материалов актуально создание способов, гарантирующих экологическую безопасность, в частности, способов, которые основаны на использовании реагентов, являющихся продуктами электрохимического синтеза.

Официальным подтверждением актуальности выполненного исследования является включение его тематики в приоритеты развития науки в кондитерской отрасли («Приоритеты развития науки и научного обеспечения в пищевых отраслях АПК», М., Пищевая промышленность, 1995), а также в ГНТП России «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК» (проект «Экологически безопасные технологии растительных полисахаридов»). Основные исследования по теме выполнены в рамках двух заказ-нарядов Госкомитета РФ по высшему образованию («Научные основы и технологические аспекты получения пищевых ингредиентов на основе растительных волокон» и «Разработка функциональных продуктов питания, содержащих диетические волокна, для повышения их пищевой ценности»).

Цель и задачи исследования. С учетом актуальности создания функциональных продуктов питания и ограниченного ассортимента мучных кондитерских изделий, содержащих пищевые волокна, целью данного

исследования явилась разработка научно-обоснованных рецептур и технологии нового вида затяжного печенья для формирования ассортимента продуктов здорового питания, обладающих функциональными свойствами.

В соответствии с этим в задачи исследования входили:

- выбор и обоснование функциональных ингредиентов для обогащения затяжного печенья с сохранением его качества;

- научное обоснование состава комплекса из растворимых (пищевая добавка Е 440) и нерастворимых (пищевая добавка Е 4601) пищевых волокон, обеспечивающих функциональность действия этих добавок при сохранении традиционных потребительских свойств продукта;

- разработка простой технологии получения нерастворимых пищевых волокон (пищевая добавка Е 4601) стандартного качества на базе переработки побочного сырья пищевой промышленности с использованием экологически безопасных растворов;

- разработка технологии затяжного печенья, содержащего комплекс пищевых волокон, с целью создания продукта с функциональными свойствами;

- разработка рецептуры на новый сорт затяжного печенья.

- разработка системы оценки качества затяжного печенья, содержащего пищевые волокна;

Структурная схема исследований представлена на рис.1.

Научная новизна. Разработана технологическая схема производства пищевой добавки Е 4601 из пшеничной соломы с использованием экологически безопасных реагентов, являющихся продуктами электрохимического синтеза.

Показана принципиальная возможность замены с рядом технологических преимуществ, традиционного раствора щелочи на стадии делигнификации реагентом полученным электрохимическим синтезом из растворов смеси солей хлорида и тиосульфата натрия.

Изучено раздельное влияние растворимых (пищевая добавка Е 440) и нерастворимых (пищевая добавка Е4601) пищевых волокон на качество полуфабрикатов и готового затяжного печенья. Исследованы реологические свойства полуфабрикатов (эмульсий и теста) затяжного печенья, содержащих пищевые волокна. Установлен технологический эффект позитивного влияния добавки растворимых волокон на качество теста и готового затяжного печенья.

Исследованы особенности влияния пектинов различной степени этерификации на качество полуфабрикатов и готового затяжного печенья и обоснован выбор высокоэтерифицированного пектина для обогащения затяжного печенья.

Аналитически обосновано, что функциональные свойства печенья формируются с учетом особенностей физиологического воздействия различных видов волокон. Оптимальным является комплекс из растворимых и нерастворимых пищевых волокон в соотношении 1 : 2.

Впервые для анализа мучных кондитерских изделий использован ферментативно-гравиметрический международный метод АОАС определения общих пищевых волокон в продуктах питания.

Рис.1. Структурная схема исследований по созданию затяжного печенья с функциональными пищевыми волокнами

Практическая ценность. Разработан способ выделения микрокристаллической целлюлозы и оптимизированы условия процесса.

Разработана технологическая инструкция на получение препарата нерастворимых пищевых волокон (пищевой добавки Е 460i) из пшеничной соломы, предназначенного для обогащения затяжного печенья.

Разработаны рецептура и технология затяжного печенья, содержащего функциональный комплекс растворимых и нерастворимых пищевых волокон. Подготовлен комплект НТД на новый вид затяжного печенья.

Разработан проект гармонизированного с международными стандарта на определение общих пищевых волокон в продуктах питания ферментативно-гравиметрическим методом АО АС.

Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции «Химические превращения пищевых полимеров» (г. Светлогорск, 1991), на Международной научно-практической конференции «Молодые ученые - пищевым и перерабатывающим отраслям АПК» (г. Москва, 1997), на Международных научно-технических конференциях «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (г.Санкт-Петербург, 1998) и «Техника и технология пищевых производств» (г.Могилев, 1998).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы, список литературы, состоящий из 151 публикации, и приложений.

Основное содержание работы изложено на 155 страницах машинописного текста, проиллюстрировано 40 рисунками и 28 таблицами.

1. Обзор литературы

В обзоре литературы показано, что, наряду с традиционным подходом к питанию, получило развитие новое направление - функциональное питание, которое подразумевает систематическое употребление продуктов, оказывающих регулирующее воздействие на организм. В состав таких продуктов входят функциональные ингредиенты, в частности, пищевые волокна.

Рассмотрены современные представления о строении пищевых волокон, значении и роли их в физиологии питания. Представлен анализ отечественных и зарубежных исследований по обогащению мучных кондитерских изделий функциональными пищевыми волокнами.

Показано, что потенциальными источниками пищевых волокон, в том числе нерастворимых, могут быть вторичные продукты сельского хозяйства. Рассмотрены современные способы выделения нерастворимых пищевых волокон.

На основе проведенного анализа сформулированы цели и задач! исследований.

2. Экспериментальная часть

Основные этапы работы выполнены в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов Московского Государственного Университета пищевых производств.

Исследования по затяжному печенью выполнены на кафедре «Технология хлебопекарных, макаронных и кондитерских производств» МГУПП.

Автор выражает глубокую признательность доценту кафедры «Технология хлебопекарных, макаронных и кондитерских производств» Тумановой Алле Евгеньевне за помощь, оказанную при выполнении и написании раздела по затяжному печенью.

Экспериментальная часть исследований включает характеристики основных видов сырья, описание методов исследования отдельных видов сырья, а также методов математического планирования эксперимента, способов приготовления затяжного печенья, и методов анализа свойств его полуфабрикатов и качества готового изделия, включая ферментативный метод анализа общих пищевых волокон. Изложены результаты исследований и их обсуждение.

По результатам научного исследования разработаны технологическая инструкция на получение пищевой добавки Е 4601 (целлюлозы микрокристаллической), рецептура затяжного печенья с пищевыми волокнами, НТД на новый сорт затяжного печенья, проект гармонизированного с международными стандарта на определение общего содержания пищевых волокон в мучных изделиях ферментативно-гравиметрическим методом АОАС.

2.1. Объекты и методы исследований

Основными объектами исследований являлись затяжное печенье и его полуфабрикаты, а также препараты пищевых волокон - коммерческие образцы пектинов (Е 440), коммерческие и разработанные образцы микрокристаллической целлюлозы (Е 4601).

Основным объектом исследования в разделе по разработке технологии получения нерастворимых пищевых волокон служили партии пшеничной соломы (урожая 1991-1993 гг., Московского региона), представляющие собой вторичный продукт сельского хозяйства. При анализе пшеничной соломы определяли влажность, содержание легкогидролизуемых полисахаридов, целлюлозы, лигнина, зольных веществ.

В разделе исследований по затяжному печенью применяли муку пшеничную высшего сорта, пектин яблочный со степенью этерификации 36 и 72% (производства фирмы «Хербстрайт и Фокс», Германия), микрокристаллическую целлюлозу производства НПО «Союз» (г. Дзержинск, Московской обл.) и целлюлозу, полученную по предлагаемой технологии. В

пшеничной муке определяли содержание клейковины по стандартной методике. Структурно-механические свойства сырой клейковины и полуфабрикатов затяжного печенья определяли на приборе «Структурометр». При оценке качества готового печенья использовали общепринятые органолептические и физико-химические методы исследования. Содержание внесенных пищевых волокон определяли ферментативно-гравиметрическим методом (АОАС).

В исследованиях использовали методы математического планирования эксперимента.

2.2. Результаты и их обсуждение

С целью получения пищевой добавки Е 4601 из пшеничной соломы с использованием экологически безопасных реактивов, проведено исследование влияния продуктов электрохимического синтеза на процесс удаления сопутствующих целлюлозе гемицеллюлоз и лигнина. Для создания пищевых продуктов нового поколения, характеризующихся сбалансированным составом растворимых и нерастворимых пищевых волокон, изучено влияние полученной пищевой добавки (Е 4601), пектинов (Е 440), а также их смеси на качество полуфабрикатов и готового затяжного печенья. Установлено влияние пищевых волокон на свойства клейковины из муки высшего сорта.

2.2.1. Выбор и обоснование функциональных ингредиентов для обогащения мучных кондитерских изделий

В основе выбора и обоснования лежала схема рис. 2.

- —-

Положительный эффект

Мучные кондитерские изделия с функциональными свойствами

Рис. 2. Схема выбора и обоснования функциональных ингредиентов

На первом этапе был проведен анализ традиционных кондитерских изделий, обладающих совокупностью потребительских свойств, выявлено место затяжного печенья в современном рационе питания, а также возможность и целесообразность его обогащения функциональными ингредиентами. Параллельно был осуществлен анализ различных видов функциональных ингредиентов для мучных кондитерских изделий и выявлен положительный эффект, связанный с их введением в совокупности трех составляющих: функциональная направленность, технологические преимущества, улучшение качества.

2.2.2. Разработка способа выделения нерастворимых пищевых волокон

Стабильность производства затяжного печенья с функциональными ингредиентами зависит, в частности, от наличия и доступности качественных коммерческих препаратов пищевых волокон. Настоящее исследование является фрагментом работ, выполняемых по государственным программам и заказ-нарядам, направленным на формирование отечественного рынка пищевых ингредиентов и продуктов. В рамках программы ГНТПР «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», проект «Пектин», была создана технология растворимых пищевых волокон (пищевой добавки Е 440). Задачей настоящего исследования являлась разработка простой технологии нерастворимых пищевых волокон (пищевой добавки Е 460!) из доступного малоценного сырья с использованием экологически безопасных реагентов, являющихся продуктами электрохимического синтеза в промышленных реакторах РПЭ модульного типа.

2.2.2.1. Влияние размера частиц соломы на удаление сопутствующих целлюлозе веществ

В настоящей работе в качестве потенциального источника целлюлозы использовали пшеничную солому. Анализ химического состава различных партий пшеничной соломы показал, что в ней содержится более 30% целлюлозы, 25-30% гемицеллюлоз, 16-21% лигнина, 1,7-1,9% золы.

Технология получения чистой целлюлозы из сырья такого состава включает последовательную обработку химическими реагентами с удалением сопутствующих веществ, эффективность которой зависит от степени измельчения исходного сырья.

Исследования проводили с четырьмя образцами пшеничной соломы, различающимися по размеру частиц:

- пшеничная солома с размером частиц 0,4 и более мм;

- пшеничная солома с размером частиц 0,3 мм;

- пшеничная солома с размером частиц 0,2 мм;

- пшеничная солома с размером частиц не более 0,1 мм.

Образцы соломы подвергали двухступенчатой химической обработке, в которую входили:

- кислотная обработка в 2%-ном растворе ШЧОз в течение 1 часа с последующим фильтрованием и промыванием осадка горячей водой;

- щелочная обработка в 2%-ном растворе ЫаОН в течение 1 часа с последующим фильтрованием и промыванием осадка горячей водой.

О степени освобождения целлюлозы от сопутствующих веществ судили по ее содержанию, а также остаточному содержанию лигнина в полученных образцах. Данные рис. 3 свидетельствуют о том, что повышение степени измельчения соломы способствует удалению сопутствующих целлюлозе веществ, о чем можно судить по значительному снижению содержания лигнина в образцах (с 15 до 2%) и повышению содержания целлюлозы (на 45%), что объясняется увеличением общей площади поверхности частиц, доступной действию разбавленных растворов кислот и щелочей. Таким образом, для более эффективного удаления сопутствующих целлюлозе веществ следует использовать пшеничную солому с размером частиц не более 0,1 мм.

Размер частиц соломы, мм

Рис. 3. Влияние размера частиц соломы на качество целлюлозы

2.2.2.2. Влияние электрохимически-синтезированных реагентов на удаление

гемицеллюлоз и лигнина

В основе альтернативного кислотно-щелочному способа выделения целлюлозы был положен принцип замены традиционных химических реагентов на технологические растворы, полученные электрохимическим синтезом из разбавленных растворов доступных солей. Основные различия традиционных и альтернативных реагентов обобщены на схеме рис.4.

Рис.4. Характеристики реагентов и условий их применения

Предыдущими исследованиями, проведенными в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов МГУПП, было показано, что эффективные аналоги химических реагентов могут быть получены путем электрохимической униполярной анодной или катодной обработки водного раствора смеси солей хлорида и тиосульфата натрия при концентрации 70 и 4 г/л соответственно; значения рН для анолита составили 1,8, для католита - 12,2. Полученные реагенты характеризуются повышенной стабильностью и сохраняют реакционную способность в течение длительного времени (до 16 часов).

Данные по влиянию продуктов электрохимического синтеза (анолита и католита) на эффективность выделения целлюлозы из пшеничной соломы представлены в табл.1. Контрольными параметрами служили содержание целлюлозы и остаточного лигнина в образцах.

Таблица 1

Характеристики целлюлозы, полученной различными способами

Вариант Режимы обработки Содержание, % АСВ3

Лигнина Целлюлозы

Исходный образец 15,2 35,0

1 2% НШз и 2% ЫаОП 1,9 97,2

2 2% НШ3 и реагент «К1» 2,0 96,8

3 Реагент «А2» и 2% ЫаОН 8,0 90,6

4 Реагенты «А» и «К» 9,9 78,7

«К » - католит, рН=12,2;

«А2» - анолит, рН=1,8;

АСВ3 - абсолютно сухое вещество.

При замене раствора щелочи на католит - реагент «К» (образец 2) качество выделенной целлюлозы оказывается сопоставимым с целлюлозой, полученной традиционным способом: содержание основного вещества составляет 96,8, лигнина 2,0%. Замена раствора кислоты на анолит - реагент «А» (образец 3), а также обоих традиционных растворов на электросинтезированные (образец 4), приводит к получению целлюлозы, характеризующейся пониженным содержанием основного вещества и повышенным содержанием лигнина. Состав выделенных препаратов целлюлозы показал, что эффективным является замена раствора щелочи на католит при сохранении в качестве кислотного реагента 2% раствора НЖ)з. В этом случае происходит эффективное отделение гемицеллюлоз с последующей деструкцией олигомеров лигнина католитом с рН 12,2.

При выделении нерастворимых пищевых волокон из пшеничной соломы исследовали влияние разбавленных растворов кислот и щелочей, а также реагента «К» с рН=12,2 на возможную степень деструкции целлюлозы.

50 100

Продолжительность, мкн

Рис. 5. Зависимость эффективности обработки от параметров технологического процесса

Рис. 6. Технологическая схема выделения целлюлозы из пшеничной соломы с использованием католита на стадии делигнификации

Исследования показали, что содержание целлюлозы в осадках после каждой стадии гидролиза остается практически неизменным, из чего следует, что при гидролизе соломы как растворами кислоты и щелочи, так и католитом, происходит только удаление сопутствующих целлюлозе веществ, гидролиз молекул самой целлюлозы не наблюдается.

Таким образом, исследования с использованием различных гидролизующих агентов, полученных униполярной обработкой солевых растворов, показали возможность замены традиционных разбавленных растворов щелочей католитом с рН=12,2, синтезированным из раствора хлорида и тиосульфата натрия в электрохимическом реакторе.

В образцах целлюлозы, полученной по первому и второму варианту, методом рентгеновской дифрактометрии определяли степень кристалличности. Из параметров дифрактограмм рассчитывали индекс кристалличности, который для целлюлозы, полученной по первому варианту, составил 86%, по второму -85%. Из этого следует, что полученные образцы целлюлозы являются микрокристаллическими.

2.2.2.3. Влияние основных технологических параметров обработки пшеничной соломы на его эффективность

При исследовании влияния основных технологических параметров процесса обработки пшеничной соломы (продолжительности процесса, гидромодуля и рН католита) на его эффективность применяли метод математического планирования эксперимента по плану ПФЭ43. По результатам реализации плана были построены точечные графики, характеризующие влияние каждого фактора на степень освобождения целлюлозы от сопутствующего лигнина (рис. 5). Оптимизацию процесса выделения целлюлозы проводили, используя обобщенное уравнение Протодъяконова. Оптимальными выбраны продолжительность процесса 1 час, рН синтезированного католита 12,2, гидромодуль 20.

По результатам проведенных исследований предложена технологическая схема выделения целлюлозы (рис.6), предусматривающая на стадии делигнификации использование в качестве щелочного реагента католита, полученного электрохимическим синтезом из раствора смеси натриевых солей хлорида и тиосульфата натрия. Такая замена традиционного химического реагента на альтернативный обеспечивает ряд технологических преимуществ, связанных с повышением экологической безопасности процесса (рис.4).

2.2.3. Исследование влияния добавок пектинов и микрокристаллической целлюлозы на качество затяжного печенья

При обогащении затяжного печенья пищевыми волокнами обоснованным является выбор стадии технологического процесса, на которой возможно введение этих добавок. Так как микрокристаллическая целлюлоза относится к нерастворимым пищевым волокнам, то ее введение осуществляется

непосредственно в смесь муки и крахмала без предварительного растворения. Внесение гидрофильного пектина в смесь сухих компонентов при возможном неравномерном перемешивании ингредиентов может привести в последующем к его распределению в тесте в виде инактивированных набухших комков. Поэтому технологичным является предварительное растворение смеси пектина с сахаром в водной фазе эмульсии.

При первичном выборе и обосновании дозировок пектинов ориентировались на данные эффективной вязкости эмульсии как один из факторов формирования структурно-механических свойств теста и качества готовых изделий.

Анализ кривых течения эмульсий, содержащих различные концентрации высоко- и низкоэтерифицированных пектинов (степень этерификации 72 и 36% соответственно), показал, что наиболее близкими к контрольным (условие минимизации изменений свойств теста) являются слабоструктурированные эмульсии, содержащие пектины в концентрации 1%.

Окончательное обоснование дозировок пектинов в составе комплекса пищевых волокон проводилось с учетом полученных данных.

2.2.3.1. Влияние пищевых волокон на реологические свойства теста

Основными критериями оценки качества теста являются его структурно-механические характеристики (в частности, упругая и пластическая деформация), величина которых зависит от рецептурного состава, а также от технологических параметров его приготовления.

С другой стороны, особенности структурно-механических характеристик теста являются фактором непосредственного формирования потребительских свойств готового изделия, а также повышения технологичности процесса. Тенденции позитивного изменения структурно-механических свойств теста затяжного печенья связаны со снижением его упругости и повышением пластичности.

Результаты по исследованию влияния высоко- и низкоэтерифицированных пектинов на изменение упругой и пластической деформации, представленные на рис. 7, свидетельствуют о том, что при внесении как высоко-, так и низкоэтерифицированных пектинов в рецептуру изделий в количестве до 1% к массе муки увеличивает его пластичность и уменьшает упругость. Максимальное изменение этих показателей достигается при 1% пектина. Причем, низкоэтерифицированный пектин оказывает более заметное влияние на изменение упругих свойств теста. В присутствии 1% этой добавки упругая деформация теста уменьшается на 26% по сравнению с контролем (тесто без добавки пектина) и на 6% превосходит этот показатель для теста с низкоэтерифицированным пектином. Пластическая деформация в этом случае увеличивается на 50% в сравнении с контрольным образцом теста, в то время как при той же дозировке высокоэтерифицированного пектина ее изменение составляет только 5%. Дальнейшее увеличение дозировок пектинов не приводит к улучшению качественных показателей теста.

1,4 т

0,4 £ 0,2 -

0 ^-,-,---—-_-;-

0 С,5 I 1,5 2 2,5

Массовая доля пектина, % к массе мухи

X о

0 0,5 1 1,3 2 2,5

Массовая доля пектина, % к массе муки Рис. 7. Влияние растворимых лицевых волокон на упругую и пластическую деформацию теста

й 3,9 -

>• 3,88 -

0,86 ---1-—н-1-1-

О 2 4 6 8 :э

Массовая доля МКЦ, % к кассе муки

0 2 4 6 8 10

Массовая доля МКЦ, % к массе муки

Рис. 8. Влияние нерастворимых пищевых золокон па упругую и пластичесхузо деформацию теста

Таким образом, внесение добавок растворимых пищевых волокон в дозировках до 1% приводит к эффекту позитивного изменения упругих и пластичных свойств, который более существенно проявляется в случае низкоэтерифицированного пектина.

Влияние на изменение структурно-механических свойств теста микрокристаллической целлюлозы, вносившейся в дозировках от 2 до 10% проявляется не так значительно, как действие растворимых пищевых волокон. Данные рис. 8, иллюстрирующие влияние этой пищевой добавки, показывают, что эффект позитивного изменения упругой деформации составил по сравнению с контролем около 9% при максимальной концентрации добавки и практически не проявился при концентрациях до 2%.

Очевидно, неодинаковая эффективность влияния растворимых и нерастворимых пищевых волокон на формирование структурно-механических свойств теста затяжного печенья (в присутствии набухающих и ненабухающих гидроколлоидов - пектина и микрокристаллической целлюлозы), связано с изменениями в характере взаимодействия основных ингредиентов теста между собой, в частности, белковых ингредиентов и воды.

Выявление этих изменений связано с изучением свойств клейковины.

2.2.3.2. Исследование влияния пищевых волокон на свойства клейковины

В данном разделе представлены результаты по влиянию растворимых и нерастворимых пищевых волокон на клейковину пшеничной муки и теста. Для исследований использовали пшеничную муку с содержанием клейковины 40%, которую отмывали по стандартной методике и характеризовали по содержанию сырой и сухой клейковины, влагоемкости и упругой деформации.

Данные по влиянию растворимых пищевых волокон на качество клейковины (рис.9) показывают, что увеличение дозировок пектина приводит к снижению содержания сырой и сухой клейковины. Такой эффект объясняется, очевидно, тем, что пектин, являясь набухающим гидроколлоидом, связывает рецептурную воду, препятствуя набуханию белков, что приводит к образованию упругой, легкорвущейся клейковины и ее вымыванию из образца муки с крахмалом и другими компонентами. Данные рисунка 9в подтверждают, что уменьшение влагоемкости клейковины сопровождается увеличением ее упругих свойств. Упругость клейковины, отмытой из муки, содержащей 2°Л пектина, более чем в два раза превосходит упругость контрольного образца.

Результаты исследований по влиянию нерастворимых пищевыя волокон на качество клейковины (рис.10) свидетельствуют о том, что аналогично пектину, увеличение дозировок целлюлозы ведет к снижении: содержания сырой и сухой клейковины, уменьшению ее влагоемкости г увеличению упругости. При этом экспериментальные данные свидетельствуют о менее значительной динамике изменений, обусловленных, очевидно, двум) причинами:

- пониженной водопоглотительной способностью целлюлозы;

Содержание пектина, % к массе муки сI

40 35 30 25 20 •5 10 5 0

Содержанке МКЦ, % к массе мука <1 '

Содержание пектина, % х массе муки 6

Содержанке пектина, % к массе муки В

Рис. 9. Влияние растворимых пищевых волокон на качество клейковины

198 £ 197

¡2 196 § 195 з ¡94

ад

£ 193 | 192 191 190

Содержанке МКЦ, % к массе муки в

Содержание МКЦ, % к массе муки

Рис. 10. Влияние нерастворимых пищевых волокон на качество клейкозиеы

- достоверным уменьшением содержания клейковины при замене части муки на существенные (до 10%) дозировки целлюлозы.

Поскольку в новый вид затяжного печенья предусматривается введение комплекса обоих типов волокон, являлось обоснованным изучение совместного влияния пектинов и микрокристаллической целлюлозы на клейковину пшеничной муки. Для этой цели были приготовлены смеси из пектина и микрокристаллической целлюлозы трех различных соотношений: 1:2, 1:6, 1:10. Результаты исследований (рис.11) свидетельствуют о том, что действие пищевых волокон в составе комплекса аналогично их раздельному влиянию. При увеличении доли нерастворимых пищевых волокон в смеси эффект ее влияния на состав и качество клейковины пропорционально возрастает.

В результате исследований было установлено, что добавки пищевых волокон к муке высшего сорта, применяемой для изготовления затяжного печенья, с одной стороны, приводят к значительному снижению содержания клейковины, с другой - оказывают укрепляющий эффект, за счет их гидратирующего действия. Такое качество клейковины в тесте для затяжного печенья должно обуславливать изменение его структурно-механических характеристик: упругое тесто будет становиться более пластичным и лекгорвущимся.

Прогнозирование изменения структурно-механических свойств теста получило экспериментальное подтверждение в серии опытов по влиянию смеси пищевых волокон на качество клейковины в тесте. Однако, данные по влиянию добавок пищевых волокон на характер взаимодействия белковых ингредиентов теста и рецептурной воды, не являются достаточными для выбора оптимального состава их комплекса. Окончательные выбор и обоснование его состава связаны не только с технологическим эффектом их влияния на свойства теста, но должны осуществляться с учетом критериев качества готовых изделий.

2.2.3.3 Влияние растворимых и нерастворимых пищевых волокон на органолептические и физико-химические показатели качества затяжного

печенья

При исследовании влияния пищевых волокон на качество затяжногс печенья из муки высшего сорта пектин (высоко- или низкоэтерифицированныи вносили в количестве от 0,5 до 2,5% к массе муки, а микрокристаллическук целлюлозу - в количестве от 2 до 10%, готовили тесто и проводили пробные лабораторные выпечки. Анализ органолептической оценки качества готовы? изделий показал, что при введении не более 1,5% пектина и 6°/ микрокристаллической целлюлозы, основные характеристики, определяющш потребительские свойства печенья, сохраняются на уровне контрольных. Пр* этом, согласно табл.1, добавление растворимых волокон - пектинов i количестве до 1% приводит к увеличению намокаемости и уменьшении плотности готовых изделий.

1/2 1/6 1/10 Соотношение пехтина и целлюлозы в смеси

1/2 1/6 1/10 Соотношение пектина и целлюлозы в смеси

Рис. 11. Влияние состава смеси на качество клейковины

Таблица 2

Влияние добавок пектинов и микрокристаллической целлюлозы на физико-химические показатели качества затяжного печенья

Пробы Дозировка, Влаж- Щелоч- Общий Плот- Намока-

печенья % к массе муки ность, % ность, град сахар,% ность, г/см3 емость, 1

Контроль 8,9 0,8 18,6 0,61 135,0

0,5 8,5 0,78 18,1 0,57 136,8

Добавка 1,0 6,8 0,75 17,8 0,56 140,0

ВЭП1 1,5 6,5 0,76 17,4 0,57 140,3

2,0 5,0 0,75 17,7 0,59 141,5

2,5 4,9 0,74 17,5 0,58 142,1

0,5 8,4 0,72 17,8 0,60 135,5

Добавка 1,0 6,0 0,71 17,6 0,58 136,2

НЭП2 1,5 5,6 0,69 17,6 0,60 136,7

2,0 4,8 0,71 17,2 0,61 137,5

2,5 4,6 0,70 17,4 0,61 138,0

2,0 7,2 0,76 18,4 0,60 134,7

Добавка 4,0 6,5 0,77 18,5 0,60 133,9

МКЦ3 6,0 5,0 0,76 18,2 0,61 121,7

8,0 4,8 0,78 18,6 0,62 121,1

10,0 4,5 0,76 18,3 0,62 119,3

1 - высокоэтерифицированный пектин;

2 - низкоэтерифицированный пектин;

3 - микрокристаллическая целлюлоза.

С учетом совокупности экспериментальных данных по влияни пектинов на структурно-механические характеристики теста (раздел 2.2.3.1.) качество готовых изделий, оптимальной следует считать дозиров! растворимых пищевых волокон, равную 1%.

Увеличение доли нерастворимых пищевых волокон - целлюлозы, муке приводит к уменьшению влажности и намокаемости готовых издели При введении до 4% микрокристаллической целлюлозы к массе му! показатели качества не выходят за рамки нормативных, дальнейшее : повышение дозировок ведет к ухудшению качественных показателей, П] которых полученное печенье не соответствует требованиям ГОСТ ] влажности и намокаемости.

При исследовании физико-химических характеристик готовых издел1 была выявлена также зависимость качества печенья от степени этерификац пектинов. Установлено, что намокаемость печенья, содержащего 1 высокоэтерифицированного пектина, увеличивается на 12% по сравнению контрольным образцом (без добавок волокон), а при тех же дозировк

гизкоэтерифицированного пектина — только на 1%. Плотность изделий в [ервом случае уменьшается на 8,2%, а во втором - на 4,9%. Следовательно, [аиболее высокие показатели качества при одинаковых дозировках имеет [еченье с добавлением высокоэтерифицированного пектина.

Обобщая полученные данные исследований по влиянию пектинов на :ачество теста (раздел 2.2.3.1.) и готовых изделий можно заключить, что, на юне позитивного влияния обоих типов пектинов, технологический эффект ведения низкоэтерифицированного пектина особенно проявляется на войствах теста (повышение пластичности), а высокоэтерифицированного - на ачестве готовых изделий. С учетом первичности потребительских свойств отового изделия для обогащения затяжного печенья пищевыми волокнами |екомендован высокоэтерифицированный пектин в концентрации 1% к массе 1уки.

С целью создания затяжного печенья функционального назначения, оторое характеризовалось бы оптимизированным составом по содержанию астворимых и нерастворимых пищевых волокон, исследовали влияние на ачество продукта комплекса из двух типов волокон, в которых, при дозировке гектина 1%, содержанием микрокристаллической целлюлозы варьировали в ;иапазоне от 2 до 4%.

Анализ органолептических свойств продукта показал, что печенье с омплексом пищевых волокон в соотношении 1:2 при его общем содержании % к массе муки, имеет стандартное качество. Исследование влияния омплекса волокон на физико-химические характеристики печенья позволило становить, что увеличение доли нерастворимых пищевых волокон приводит к ■меныпению влажности и намокаемости изделий. Печенье, содержащее более 2 гастей микрокристаллической целлюлозы (при общем содержании волокон 3% массе муки), имеет неудовлетворительное качество по показателю гамокаемости.

Обобщение экспериментальных данных по органолептическим и физико-омическим показателям качества готовых изделий с пищевыми волокнами юзволяет рекомендовать комплекс из растворимых и нерастворимых волокон в оотношении 1:2 при общей дозировке 3% к массе муки.

Итогом экспериментальных исследований явилась разработка рецептуры 1 технологии затяжного печенья с функциональными пищевыми волокнами рис. 12). Отличительной особенностью последней является повышение ехнологичности процесса за счет снижения энергозатрат на всех стадиях ехнологического потока «замес - выпечка», а также сокращения [родолжительности отлеживания и прокатки.

Новый вид затяжного печенья имеет энергетическую ценность 364 ккал 1523 кДж) и содержит в 100 г продукта: белков - 8,2 г, жиров - 7,6 г, тлеводов - 69,8 г, пищевых волокон - 5,1 г. В 100 г продукта содержится 20% уточной нормы функционального ингредиента, что соответствует уровню его удержания в аналогах - зарубежных мучных продуктов функционального штания.

Рис. 12. Технологическая схема выработки затяжного печенья с функциональными пищевыми волокнами

2.2.4. Разработка системы оценки качества мучных кондитерских изделий

Качество печенья на российском рынке регламентируется несколькими >сударственными нормативно-техническими документами. При этом оценка 1чества по физико-химическим и органолептическим показателям не отражает :ей совокупности потребительских свойств современного ассортимента !делий этой группы, в частности, наличия функциональных ингредиентов в эодукте. Это обусловливает актуальность совершенствования методов оценки шества мучных кондитерских изделий до уровня, позволяющего при ттимальных затратах времени и материалов проводить полноценный анализ »чества изделий. В рамках настоящего исследования разработана система слючающая несколько уровней: на первом уровне проводится общая фактеристика продукта, позволяющая определить его принадлежность к тределенной группе мучных кондитерских изделий, на втором -1ределяются показатели безопасности пищевого продукта. Третий уровень слючает оценку показателей, характеризующих традиционные этребительские свойства. На четвертом уровне проводится оценка пищевой гнности, которая включает, в частности, определение содержания общих ящевых волокон в мучных кондитерских изделиях. Это потребовало 1зработки соответствующего метода.

2.2.5. Ферментативный анализ общих пищевых волокон в мучных

изделиях

Цель работы состояла в создании гармонизированного с еждународными современного метода определения общих пищевых волокон, основу разработки был положен прием прямого введения международного гандарта, предусматривающий аутентичный перевод, его гармонизацию с гечественными стандартами, регламентирующими оформление нормативной экументации, а также широкую апробацию, подтверждающую достоверность етода.

Для анализа общего содержания пищевых волокон в мучных эндитерских изделиях использовали ферментативно-гравиметрический метод ОАС, применяемый сегодня в ряде Европейских стран и США.

Метод основан на последовательной обработке проб различными гандартизованными ферментами для деструкции основных пищевых нгредиентов с последующим определением содержания волокон с учетом елка и золы. К преимуществам данного метода следует отнести также ростоту подготовки, быстрое проведение определений, высокую точность езультатов анализа.

Экспериментальная часть работы включала апробацию метода на азличных видах мучных изделий с пищевыми волокнами. Результаты кспериментов, представленные в табл.3 подтвердили высокую достоверность етода.

Таблица 3

Содержание общих пищевых волокон в образцах мучных изделий

Образец Содержание основного компонента, % Содержание внесенных пищевых волокон, % Экспериментальное значение пищевых волокон,%

Порошок из сухарей 100 - 8,27+0,01

Порошок из сухарей с добавками пектина 92,53 7,47 15,79±0,01 (расчетное 15,74)

Порошок затяжного печенья без добавок 100 - 2,62±0,01

С добавками микрокристаллической целлюлозы 10% 93,45 6,55 9,1710,01 (расчетное 9,15)

С добавками микрокристаллической целлюлозы 6% 96,07 3,93 6,63+0,01 (расчетное 6,53)

Порошок из овсяных хлопьев Bishops с кленовым сиропом 100 7,34+0,02 (по данным производителя 7Д)

V

к массе муки

По результатам отработки ферментативно-гравиметрического метод; АОАС разработан проект гармонизированного с международными ГОСТ I «Мучные кондитерские изделия. Метод определения общих пищевы волокон».

Выводы

С ориентацией на основные положения Концепции Государственной политики в области здорового питания теоретически обосновано создание технологии и рецептуры нового вида мучного кондитерского изделия -затяжного печенья с функциональными свойствами.

Аналитически обосновано, что наиболее эффективными функциональными ингредиентами для обогащения группы продуктов, относящихся к мучным кондитерским изделиям, являются пищевые волокна.

Разработана технология получения препарата нерастворимых пищевых волокон стандартного качества (пищевая добавка Е460Г) из вторичного сырья с использованием экологически безопасных продуктов электрохимического синтеза. С помощью методов математического планирования эксперимента подобраны оптимальные условия ведения процесса. Разработана технологическая инструкция на получение препарата. С учетом особенностей физиологического воздействия различных видов волокон, а также влияния их добавок на качество полуфабрикатов и готового затяжного печенья, предложен комплекс из растворимых (пищевая добавка Е 440) и нерастворимых (пищевая добавка Е 4601) пищевых волокон, обеспечивающий функциональную напрявленность продукта при сохранении его традиционных потребительских свойств. Установлено, что такой эффект достигается при введении в рецептуру печенья 3% к массе муки комплекса растворимых и нерастворимых пищевых волокон в соотношении 1 :2.

При изучении свойств клейковины пшеничной муки и теста с добавками пищевых волокон получены научные данные, подтверждающие влияние природы пищевых волокон на формирование структурно-механических свойств теста.

Установлена зависимость технологического эффекта введения добавок пектинов от степени этерификации их молекул и обоснован выбор высокоэтерифицированного пектина для обогащения затяжного печенья. Разработаны рецептура и технология нового вида затяжного печенья, содержащего комплекс растворимых (пищевая добавка Е 440) и нерастворимых (пищевая добавка Е 4601) пищевых волокон для функционального питания.

Предложена система оценки качества мучных кондитерских изделий, позволяющая по содержанию пищевых волокон определить показатели, характеризующие функциональность продукта. Разработан проект гармонизированный с международными стандарта на определение общих пищевых волокон в продуктах питания.

Список работ по теме диссертации

1. Кочеткова A.A., Сашок Т.В., Велесевич (Филатова) И.А. Использован! электрохимически активированной воды для выделения целлюлозы j пшеничной соломы. // Тез. докл. Всесоюзной конф. «Химичесю превращения пищевых полимеров». -Калининград. - 1991.-е. 185.

2. Филатова И.А., Кочеткова A.A., Туманова А.Е., Хугаева М.Н. Обогащен! затяжного печенья функциональными пищевыми волокнами. // Тез. док Междунар. конф. «Молодые ученые - пищевым и перерабатывающи отраслям АПК». -М. - 1997.-е. 26.

3. Филатова И.А., Кочеткова A.A., Колеснов А.Ю. Использован! ферментативно-гравиметрического метода определения пищевых волоке для анализа мучных кондитерских изделий. // Тез. докл. Междунар. кон< «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств». - Санк Петербург. - 1998. - с.117.

4. Филатова И.А., Кочеткова A.A., Выделение нерастворимых пищевь волокон из вторичного сырья пищевой промышленности. // Тез. док Междунар. конф. «Ресурсосберегающие технологии пищевь производств». - Санкт-Петербург. - 1998. - с. 154.

5. Туманова А.Е., Филатова И.А., Кочеткова A.A., Ключникова Р. Использование микрокристаллической целлюлозы при производст] затяжного печенья. // Тез. докл. Междунар. конф. «Техника и технолог! пищевых производств». - Могилев. - 1998. - с.27.

6. Филатова И.А., Гудзенко Д.Г., Кочеткова A.A., Нестерова И.Н., Малчеш O.A. «Продукты электрохимического синтеза в технологии пищевь волокон». // Активированная вода. - 1998, №1. - с.6-10.

The dissertation is connected with recipe and technology creation of the nc type protracted cookies which contains the functional soluble and insoluble fib complex.

In this dissertation the technology is elaborated for obtaining insoluble fo fiber from wheat straw. Substitution alkali on stage of the delignification provid technology advantages connected with ecological safety.

The results of the investigation are presented for using functional food fiber 1 enrichment mealy pastries. The influence is shown for pectin and microcristalli cellulose on structure-mechanical properties of dough and quality cookies.

The system is elaborated for quality mealy pastries which includes fermentation gravimetric method AO AC.

SUMMARY

Заказ №52.Тираж 100 экз. Печать офсетная. Издательский комплекс МГУПП. 125080, Москва, Волоколамское шоссе, 11