автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии применения белковых ингредиентов из остаточных пивных дрожжей при производстве и замораживании хлебобулочных изделий

9 15-5/980

На правах рукописи

Ефимова Светлана Васильевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ БЕЛКОВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ ИЗ ОСТАТОЧНЫХ ПИВНЫХ ДРОЖЖЕЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И ЗАМОРАЖИВАНИИ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ

ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2015

Работа выполнена в ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор

Куцакова Валентина Еремеевна

Официальные оппоненты: Румянцева Валентина Владимировна

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры технологии хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства ФГБОУ ВПО «Государственный университет учебно-научно-производственный комплекс»

Цуранов Олег Алексеевич

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технического обеспечения торговых и технологических процессов ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет»

Ведущая организация: Санкт-Петербургский филиал ФГБНУНИИХП

Защита состоится « 25 » ноября 2015 г. в 16:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9, ауд.2219, тел./факс: (812) 315-30-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики по адресу: 191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9 и на сайте fppo.ifmo.ru.

Автореферат разослан « 19 » октября 2015 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Колодязная Валентина Степановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важной проблемой хлебопекарного производства является улучшение качества выпускаемой продукции при снижении удельных затрат ресурсов всех видов. Для решения проблемы повышения пищевой ценности хлебобулочных изделий особый интерес представляет применение побочных продуктов пивоварения для обогащения витаминного и минерального состава готовых изделий. Ценным отходом пивоварения являются остаточные пивные дрожжи (ОПД). Дрожжи содержат сбалансированный по своему аминокислотному составу белок, витамины группы В, витамины D, Е, F, К и важные микроэлементы в биоусвояемой форме. Плотная полисахаридная оболочка дрожжей, при освобождении ее с поверхности клетки, является сорбентом микотоксинов. Основными продуктами подверженными загрязнению микотоксинами являются зерна злаковых, и продукты их переработки. Известно, что микотоксины устойчивы к химической и термической обработке. Снижение содержания микотоксинов в хлебе и хлебобулочных изделиях возможно за счет применения сорбентов микотоксинов. Разнообразный химический состав биомассы пивных дрожжей делает их перспективным сырьем для производства ценного белково-витаминного ингредиента, в том числе со свойствами сорбента микотоксинов для использования в хлебопекарной промышленности. Анализ исследовательских работ (Ройтера И.М., Витавской A.B., Юдиной С.А., Пучковой Л.И., Киреевой Т.В и др.) показал, что применение ферментных препаратов, а также гидролизатов и автолизатов на основе ОПД позволяет повысить пищевую и биологическую ценность хлебобулочных изделий, а также сократить продолжительность брожения теста и расстойки тестовых полуфабрикатов, что ведет к снижению временных затрат на производство хлебобулочных изделий, а, следовательно, и снижению себестоимости данного ввда изделий. В тоже время необходимо отметить, что представленные в отечественной и зарубежной литературе способы переработки ОПД на пищевые нужды являются длительными, энергоемкими и сложными для практического применения. При этом готовый продукт имеет недостаточно высокое качество, вследствие низкой степени перевариваемое™ полученных добавок, связанной с высокой прочностью стенки дрожжевой клетки и наличия нуклеиновых кислот в конечном продукте. Кроме того, полученные по данным технологиям продукты, не обладают свойствами сорбента микотоксинов, из-за сохранения целостности клеток дрожжей. На кафедре ТМРПиКХ Университета ИТМО разработаны способы переработки ОПД, позволяющие получить белковый ингредиент с повышенной пищевой ценностью и высокими органолептическими показателями, а также сорбент микотоксинов с повышенными сорбционными свойствами с минимальными энергетическими и временными затратами на их производство. Таким образом, актуальной и практически значимой является задача разработки технологии применения данных белковых ингредиентов из ОПД (в том числе со свойствами сорбента микотоксинов) при производстве хлебобулочных изделий с целью получения изделий повышенного качества, при снижении затрат на производство данных изделий.

Наряду с рациональным выбором и применением пищевых микро-ишредиентов при решении вопросов, связанных с повышением качества хлебобулочных изделий и снижением энергозатрат на их производство, важное значение имеет исследование процесса выпечки и замораживания данного вида изделий. На сегодняшний день отсутствуют методы расчета времени выпекания хлеба, а также таких сложных многослойных объектов, как хлебобулочные изделия с начинкой. Момент готовности изделий на хлебопекарных предприятиях до настоящего времени определяется экспериментально. Наличие же теоретических зависимостей продолжительности выпечки от режимных параметров позволит оптимизировать как процесс выпечки, так и качество готового изделия. В настоящее время динамично развивающимся направлением является производство замороженных хлебобулочных изделий. Следует

отметить, что, в состав начинок хлебобулочных изделий вносятся разнообразные влагосвязывающие добавки, вследствие чего увеличивается доля связанной влаги в начинке, что в свою очередь приводит к снижению (в некоторых случаях значительному) криоскопической температуры продукта и соответственно уменьшению времени замораживания изделия. Существующие на данный момент расчетные соотношения для расчета продолжительности замораживания, не учитывают данный факт, что ведет к нерациональному увеличению продолжительности замораживания, а, следовательно, и увеличению энергозатрат на производство данного вида продукции. Таким образом, актуальной является также задача разработки аналитических методов расчета продолжительности выпекания и замораживания хлебобулочных изделий.

Цель исследования - разработать технологию применения белковых ингредиентов из ОПД (в том числе со свойствами сорбента микотоксинов) при производстве хлебобулочных изделий с целью интенсификации процессов производства и получения хлебобулочных изделий повышенного качества, а также разработать аналитические методы расчета продолжительности выпекания и замораживания хлебобулочных изделий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Исследовать влияние количества внесенных белковых ингредиентов из ОПД на подъемную силу хлебопекарных дрожжей.

•Определить оптимальные температурные условия холодильного хранения белковых ингредиентов из ОПД, обеспечивающие сохранность свойств полученного продукта.

•Исследовать влияние количества внесенных белковых ингредиентов из ОПД на интенсивность протекания основных технологических процессов при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, а также слоеных хлебобулочных изделий, и оценить влияние дозировки вносимых белковых Ингредиентов из ОПД на основные показатели качества теста и готовых хлебобулочных изделий.

• Обосновать дозу внесения белковых ингредиентов из ОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлебов, слоеных хлебобулочных изделий, а также плодовых, растительных и мясных начинок.

• Оценить влияние внесения белковых ингредиентов из ОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, а также начинок различных наименований на пищевую и биологическую ценность данного вида изделий, в частности определить: содержание витаминов, макро - и микроэлементов, белка, а также оценить сбалансированность аминокислотного состава белков в полученных изделиях.

•Изучить кинетику процесса термообработки (выпекания) хлебобулочных изделий с учетом образования корки и хлебобулочных изделий с начинками, дать расчетные соотношения.

•Изучить кинетику процесса замораживания хлебобулочных изделий с начинками, как симметричных многослойных объектов, с учетом снижения криоскопической температуры начинок и теста, дать расчетные соотношения.

•Разработать техническую документацию по производству различных видов хлебобулочных изделий, а также начинок с применением белкового ингредиента и сорбента из ОПД.

Научная новизна исследования:

• Установлено, что применение в производстве хлебобулочных изделий и начинок белкового ингредиента из ОПД (БИОПД) позволяет интенсифицировать процесс производства и повысить пищевую и биологическую ценность данного вида изделий. Перевариваемость БИОПД составляет 90-92%.

• Показано, что применение в производстве хлебобулочных изделий сорбента микотоксинов из ОПД (СОПД) с высокими сорбционными свойствами позволяет

повысить качество готовых изделий за счет снижения содержания микотоксинов в них.

• Разработаны аналитические методы расчета и получены расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки, а также толщины образовавшейся за это время корки хлебобулочных изделий.

• Разработаны аналитические методы расчета и получены расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки и замораживания хлебобулочных изделий с начинкой, как симметричных многослойных объектов.

Практическая значимость работы. Разработаны рекомендации по применению белкового ингредиента из ОПД и сорбента микотоксинов из ОПД при производстве хлебобулочных изделий различных наименований, а также плодовых, растительных и мясных начинок для хлебобулочных изделий.

Результаты исследований внедрены в условиях производства на мини-пекарне ИП Олимпиева Н.П., ЗАО "Фирма" ЭСТ" и ООО «Русская еда». Результатом производственных испытаний использования белкового ингредиента ОПД являлось получение изделий с повышенными показателями качества и пищевой ценности, а также интенсификации технологического процесса, за счет сокращения процессов брожения и расстойки. Разработана техническая документация на производство ржано-пшеничного хлеба с белковым ингредиентом из остаточных пивных дрожжей. Результаты исследований также внедрены в учебном процессе при подготовке студентов по магистерским программам: 19.04.02 - Продукты питания из растительного сырья и 19.04.03. - Продукты питания животного происхождения.

Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9168-040-706279012015 «Наполнители плодово-ягодные с добавлением белкового ингредиента из остаточных пивных дрожжей» и внедрена на ООО «Русская еда».

Основные положения, выносимые на защиту:

•Результаты исследования влияния внесения БИОПД и СОПД на показатели качества (подъемную силу) хлебопекарных дрожжей в зависимости от количества внесения, режимов и сроков хранения БИОПД и СОПД.

• Результаты исследования влияния внесения БИОПД и СОПД на интенсивность протекания процесса брожения при производстве различных видов хлебобулочных изделий, а также на пищевую и биологическую ценность готовых хлебобулочных изделий.

• Результаты исследования влияния внесения СОПД на содержание микотоксинов в готовых хлебобулочных изделиях.

•Технология применения БИОПД и СОПД при производстве ржано-пшеничного и пшеничного хлеба, слоеных хлебобулочных изделий, а также плодовых, растительных, и мясных начинок.

•Методика расчета продолжительности процесса выпечки хлеба, а также расчетные соотношения позволяющие оценить толщину, образовавшейся за это время корки.

• Методика расчета продолжительности процесса термообработки хлебобулочных изделий с начинкой как симметричных многослойных объектов

•Методика расчета продолжительности процесса замораживания многослойных симметричных объектов на примере хлебобулочных изделий с начинками, с учетом снижения криоскопической температуры начинок и тестовой оболочки данного вида изделий относительно контроля.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научных всероссийских и международных конференциях: VIII Международной научно-практической конференции "Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы" (Пенза, 2012 г.), международном научном форуме "Пищевые инновации и биотехнологии" (Кемерово, 2013 г.), конгрессе молодых ученых (СПб НИУ ИТМО, 2013, 2014 и 2015 гг.); VI Международной научно-

технической конференции «НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ И ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В XXI ВЕКЕ» (Санкт-Петербург, 2013 г.), Международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава "НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ АПК" в СПбГАУ (г. Пушкин, 2014 г.), X Международной научно-практической конференции «Прикладные научные разработки - 2014». (Прага(Чехия), 2014г.), ХНУ научно-методической конференции Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2015 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 работы в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста и содержит 62 таблицы, 33 рисунка и 5 приложений. Список литературы включает 135 наименований, из них 31 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении охарактеризовано современное состояние проблемы, обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований, цель и задачи исследования.

В обзоре литературы рассмотрена возможность применения препаратов на основе ОПД при производстве хлебобулочных изделий с целью повышения качества готовых изделий. Описаны существующие способы переработки ОПД, выбран наиболее перспективный способ переработки ОПД, позволяющий получить белковый ингредиент из ОПД с высокой пищевой ценностью, а также свойствами сорбента микотоксинов. Изложены и критически рассмотрены существующие экспериментальные и теоретические методики определения продолжительности термообработки и замораживания хлебобулочных изделий. На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Объекты исследований. Объектами исследования являлись: хлебобулочные изделия (хлеб из пшеничной муки высшего сорта, хлеб столичный, слоеные хлебобулочные изделия «Слойка детская»); различные плодовые, растительные и мясные начинки для хлебобулочных изделий, выработанные в соответствии с действующими стандартами с применением белковых ингредиентов из ОПД; дрожжи хлебопекарные прессованные, выработанные в соответствии с ГОСТ 547312011; белковый ингредиент из ОПД и сорбент из ОПД (произведенные по технологиям, разработанным на кафедре ТМРПиКХ Университета ИТМО) (ОПД предоставлены ЗАО «Тосненский комбикормовый завод»).

Методы исследований. При проведении эксперимента использовались стандартные методики определения показателей качества и механических параметров хлебобулочных изделий. Определялись физико-химические и органолептические показатели качества теста и готовых хлебобулочных изделий, а также различных видов начинок для хлебобулочных изделий, выработанных с применением БИОПД и СОПД. Оценивалась пищевая и биологическая ценность исследуемых изделий.

Экспериментальная часть. Представлены исследования применения БИОПД, а также СОПД при производстве хлебобулочных изделий, а также начинок различных наименований.

Схема проведения экспериментальных исследований приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема проведения экспериментальных исследований

Важнейшим и наиболее длительным технологическим этапом в производстве хлеба является брожение (созревание) теста. Интенсивность протекания процесса брожения теста определяется в значительной степени бродильной активностью хлебопекарных дрожжей. Показателем бродильной активности хлебопекарных дрожжей является подъемная сила. Влияние внесения БИОПД и СОПД на подъемную силу хлебопекарных дрожжей представлено на рисунке 2. БИОПД и СОПД вносили в виде порошка в смеси с мукой, в количестве 0,5-2% к массе муки.

Рисунок 2 - Зависимость подъемной силы хлебопекарных дрожжей(ПС, мин) от дозы внесения БИОПД и СОПД (С, %).

Из рисунка 2 видно, что наибольшее усиление подъемной силы хлебопекарных дрожжей, а, следовательно, и максимальное ускорение процесса брожения, достигается при внесении БИОПД. Подъемная сила хлебопекарных дрожжей возрастает на 23-44% (БИОПД), и на 4-12% (СОПД) в зависимости от дозы внесения. Применяемые добавки БИОПД и СОПД имеют сходные технологии производства. БИОПД обладает более высокой пищевой ценностью в сравнении с СОПД, в связи с отсутствием промывок после процесса гомогенизации (обеспечивающего разрушение оболочки дрожжевой клетки) в технологии получения БИОПД, что обеспечивает сохранение всех водорастворимых питательных внутриклеточных веществ ОПД в готовом ингредиенте. БИОПД содержит (46±1)%, а СОПД (20±1)% белка. Качество белка БИОПД и СОПД определяется содержанием в нем всех незаменимых

аминокислот: лизин, треонин, цистеин, валин, метионин, изолейцин, лейцин, тирозин, фенилаланин в количестве (%):3,31;1,54;0,52;1,88;0,56;1,47;2,88;1,46;1,88 от общей массы белка соответственно. БИОПД также содержит : витамины группы В (мг/кг): Вг 8,2;В2 -120,4;Вз-110,5;В4-4250,0;В5-370,7;В6-15,4;Н-0,75;Вс-14,2;В12-0,44, а также микроэлементы (мкг/кг): железо-1570,0;цинк-210,1; марганец -75,2; медь-8,4; инозин-1720,0.Содержание сухих веществ в БИОПД и СОПД (96±1)%.СОПД в свою очередь в отличие от БИОПД имеет высокую сорбционную емкость: афлатоксина В1 - 50%, охратоксина - 70% и токсина ДОН - 11,4%.

В процессе хранения белковых ингредиентов из ОПД снижается их влияние на подъемную силу хлебопекарных дрожжей. На рисунке 3 показано изменение подъемной силы хлебопекарных дрожжей с внесением 1 % БИОПД к массе муки в зависимости от продолжительности хранения БИОПД при различных температурных режимах хранения._

14 21 28 35 42 49 56 63 70

т, сут._

1 = 20 °С I = 4 °С

Контроль хлебопекарныхдрожжей (без внесения ОПД)_

Рисунок 3 - Зависимость подъемной силы хлебопекарных дрожжей (ПС, мин), с внесением 1 % БИОПД к массе муки от продолжительности хранения (т, сут) и температурного режима хранения (1, °С) ингредиента.

Из рисунка 3 видно, что лучшими условиями хранения БИОПД, с точки зрения сохранения эффективности воздействия на бродильную активность дрожжей (усиление подъемной силы) является хранение при температуре -18 °С (до 60 сут.).

В работе представлены результаты исследования применения БИОПД, а также СОПД при производстве хлеба столичного и хлеба из пшеничной муки высшего сорта.

Технологические схемы производства хлеба столичного и хлеба из пшеничной муки высшего сорта с применением БИОПД и СОПД представлены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Технологическая схема производства хлеба столичный и хлеба из пшеничной муки высшего сорта с внесением белкового ингредиента из ОПД

Изменение кислотности и газообразующей способности (ГОС) теста в процессе брожения при производстве хлеба столичного с внесением БИОПД и СОПД показано на рисунке 5 и рисунке 6 соответственно.

Рисунок 5- Влияние дозы внесения БИОПД на кислотонакопление(а) и газообразующую способность(б) теста для хлеба столичного в процессе брожения

Рисунок б - Влияние дозы внесения СОПД на кислотонакопление(а) и газообразующую способность(б) теста для хлеба столичного в процессе брожения

Влияние БИОПД и СОПД на качество готовых изделий представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели качества хлеба столичного в зависимости ___от доли внесения БИОПД и СОПД к массе муки_

Количество внесения ингредиента к массе муки,%

Наименование показателя БИОПД СОПД

0 1 2 3 0 1 2 3

Удельный объем хлеба, мл/100 г 175 190 220 230 163 170 185 190

Формоустойчивость подового хлеба (Н:0) 0,49 0,52 0,57 0,57 0,45 0,45 0,46 0,47

Упек,% 7,32 6,98 6,65 6,13 6,15 6,0,3 5,75 5,58

Пористость мякиша,% 65 67 72 74 68 69 70 70

Влажность,% 45,9 46,4 46,0 46,3 46,8 46,9 46,8 46,9

Кислотность, град. 7,6 7,7 7,9 8,0 7,8 7,8 7,9 8,0

Полученные данные показывают, что при производстве хлеба столичного наилучшим является внесение БИОПД или СОПД в количестве 2% к массе муки. При этом наблюдается интенсификация процесса кислотонакопления и газообразования в процессе брожения. Необходимое значение титруемой кислотности (7-8 град) в образцах теста с внесением 2% БИОПД(СОПД) было достигнуто за 40(60) мин. брожения, продолжительность брожения контрольного образца 80 мин (рисунок 5, рисунок 6).Также при внесении БИОПД и СОПД улучшаются физико-химические показатели качества хлеба по сравнению с контрольным образцом (таблица 1).

Аналогично были проведены исследования влияния внесения БИОПД и СОПД на показатели качества и ход технологического процесса при производстве хлеба из

пшеничной муки высшего сорта. Установлено, что при производстве хлеба из пшеничной муки высшего сорта наилучшим является внесение БИОПД (СОПД) в количестве 1% к массе муки. При этом при внесении БИОПД: сокращается продолжительность брожения и расстойки на 25% и 23,2% соответственно по сравнению с контрольным образцом. Увеличивается удельный объема хлеба на 27%, пористость на 6,7%, а упек уменьшается на 2,64% по сравнению с контрольным образцом хлеба. При внесении СОПД продолжительность брожения и расстойки снижается на 16 % и 13% соответственно по сравнению с контрольным образцом, при этом удельный объем и пористость увеличивается на 9,2% и 3,9 % соответственно, а упек уменьшается на 15,2 % по сравнению с контрольным образцом.

При увеличении дозы внесения БИОПД (СОПД) более 1%(для хлеба из пшеничной муки высшего сорта) и 2% (для хлеба столичного) к массе муки у готовых изделий появляется выраженный посторонний данному виду изделий запах хмеля, также несколько темнеет цвет готовых изделий относительно контрольного образца, что отрицательно сказывается на органолептической оценке изделий.

Пищевая и биологическая ценность исследуемых хлебобулочных изделий с внесением БИОПД и СОПД представлена в таблице 2 и таблице 3 соответственно.

Таблица 2 - Пищевая ценность хлеба из муки высшего сорта и хлеба столичного с _внесением БИОПД и СОПД_

Наименование показателя Значение показателей у хлеба

из пшеничной муки высшего сорта СТОЛИЧНЫЙ

Кот-роль С внесением 1% Контроль С внесением 2%

БИОПД СОПД БИОПД |СОПД

Вода,% 40,1 40,1 40,1 47,8 47,8 47,8

Белок,% 7,6 8,02 7,75 7,08 7,88 7,42

Жир,% 0,8 0,81 0,8 1,17 1,20 1Д8

Углеводы,% 51,8 52,0 51,8 50,1 50,5 50,1

Энергетическая ценность, ккал 235 238 236 201 207 202

Минеральные вещества

Ре,мг 1,11 2,67 2,67 3,37 6,51 6,51

2п,мг 0,74 0,95 0,95 1,07 1,49 1,49

Витамины

В1(тиамин),мг 0,11 0,118 0,11 0,19 0,226 0,019

В2(рибофлавин),мг 0,03 0,15 0,03 0,09 0,33 0,09

РР(никотиновая кислота),мг 0,9 0,20 0,9 1,0 1,22 1,0

Таблица 3 - Аминокислотная сбалансированность белков хлеба из пшеничной муки _ высшего сорта и хлеба столичного с внесением БИОПД, мг/г белка_

Наименование незаменимой аминокислоты Эталон ФАО/ ВОЗ Значение показателей у хлеба

из пшеничной муки высшего сорта столичный

Контр оль С внесением 1% Контроль С внесением 2%

БИОПД СОПД БИОПД СОПД

Валин 50 45,7 47,9 46,8 50,3 54,7 52,5

Изолейцин 40 41,8 43,3 42,5 45,8 48,8 47,3

Лейцин 70 78,2 81,1 79,65 69,1 74,9 72,0

Продолжение таблицы 3

Наименование незаменимой аминокислоты Эталон ФАО/ ВОЗ Значение показателей у хлеба

из пшеничной муки высшего сорта столичный

Контр оль С внесением 1% Контроль С внесением 2%

БИОПД СОПД БИОПД СОПД

Лизин 55 24,3 27,6 25,95 30,8 37,4 34,1

Метионин+цистеин 35 34,3 35,4 34,9 33,8 36,0 34,9

Треонин 40 30,2 30,2 30,2 29,7 29,7 29,7

Триптофан 10 9,7 9,7 9,7 11,7 11,7 11,7

Фенилаланин+тирозин 60 72,8 76,1 74,5 71,8 79,0 75,4

Коэффициент рациональности аминокислотного состава,Яс, ед 1,0 0,44 0,50 0,47 0,54 0,68 0,62

Из таблицы 2 видно, что введение в рецептуру хлеба из пшеничной муки высшего сорта и хлеба столичный БИОПД позволяет повысить общее содержание белка на 5,6 и 11,3 % соответственно, при этом значительно улучшив качество белка (коэффициент рациональности аминокислотного состава возрастает на 13,6 % и 25,9% соответственно (таблица 3)). При введении 1 % БИОПД в рецептуру хлеба из пшеничной муки высшего сорта содержание тиамина увеличивается на 7,2%, содержание рибофлавина и никотиновой кислоты увеличивается в 5 и 2,2 раза соответственно по сравнению с контрольным образцом пшеничного хлеба. При введении 2% БИОПД в рецептуру хлеба столичный также наблюдается увеличение содержание витаминов группы В: по сравнению с контрольным образцом количество тиамина увеличивается на 18,9%, а содержание рибофлавина и никотиновой кислоты возрастает в 3,7 и 1,2 раза соответственно (таблица 2). При использовании СОПД возрастает содержание белка (на 1,9 % и 4,8 % соответственно в хлебе из пшеничной муки высшего сорта и хлебе столичном) по сравнению с контрольными образцами хлеба, остальные показатели пищевой ценности аналогичны значениям показателей пищевой ценности контрольных образцов.

В результате проведения модельных опытов установлено, что при использовании в производстве рассматриваемых видов хлеба муки с содержанием микотоксинов в максимально разрешенных СаНПиН(Ы 36, 2001) и ТР ТС 021/2011 количествах, применение СОПД в количестве 2% к массе муки при производстве хлеба столичный позволяет полностью удалить афлатоксин В1 и зеараленон, а также снизить на 22,8% содержание дезоксиваленола в хлебе столичном относительно контрольного образца. Применение СОПД в количестве 1% к массе муки при производстве хлеба из пшеничной муки высшего сорта позволяет снизить содержание афлатоксина В1 на 50%; зеараленона на 70%;дезоксиваленола на 11,4% в хлебе Из пшеничной муки высшего сорта относительно контрольного образца.

В теоретической части представлен метод решения и расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки хлеба, и толщины, образовавшейся за это время корки, а также расчетные соотношения для определения продолжительности выпечки и замораживания многослойных симметричных пищевых продуктов, на примере хлебобулочных изделий с начинками. Полученные расчетные соотношения обладают свойством общности и могут быть использованы для всех видов подобной продукции.

Объективным показателем готовности хлеба и булочных изделий является температура в центре мякиша, изменяющаяся в зависимости от вида, формы хлеба, теплового режима выпечки и теплофизических параметров теплоносителя. В процессе выпечки при достижении поверхностью выпекаемой тестовой заготовки (ВТЗ) температуры испарения влаги = 100 °С, появляется и начинает двигаться вглубь ВТЗ фронт испарения влаги. Поэтому температура на границе корки и мякиша постоянна (/ис„ = 100 °С), причём время прогрева поверхности ВТЗ до этой температуры в начале процесса очень мало и им можно пренебречь. При этом, толщина корки невелика по сравнению с размерами всего изделия, поэтому мы можем решать задачу нагревания до необходимой экспериментально установленной температуры в центре при условии, что его поверхность имеет температуру (ис„ = + 100 °С. Это отвечает бесконечному коэффициенту теплоотдачи и бесконечному числу Био

Продолжительность выпечки хлебобулочных изделий может быть рассчитана посредством соотношения:

Т = т2^) (1)

Ха сисп-сц

где х = % Здесь к = ^ — 1 - коэффициент учитывающий форму тела. Ф

= - коэффициент формы; V- объём,м ; 5- площадь поверхности.м2 ; К- характерный

размер(расстояние от поверхности до наиболее удалённой от неё точки в глубине тела);а-средняя температуропроводность ВТЗ во время процесса выпечки, м2/с. Ац - константа, зависящая от коэффициента формы к и критерия Вь

Рассмотрим процесс образования корки. Теплота для испарения влаги подводится к фронту теплопроводностью через образовавшуюся корку. Распределение температуры в корке полагаем квазистационарным, т.к. теплота отводимая от уже образовавшейся корки мала по сравнению с теплотой испарения влаги и ей можно пренебречь. Корку считаем бесконечной пластиной т.к. толщина корки мала по сравнению с размерами ВТЗ. Решением стационарного уравнения теплопроводности для бесконечной пластины является линейная функция. Пусть х -координата, направленная вглубь ВТЗ, м (на поверхности х = 0), введём безразмерную координату = х/Д (А - толщина корки в момент окончания выпечки, м.). Пусть на момент времени т безразмерная толщина корки равна 5(т) (в начале процесса образования корки 5 = 0, в конце процесса выпечки 5 = 1). Коэффициенты линейного распределения температуры зависят от времени, при этом время можно выразить через толщину корки т(5), тогда коэффициенты будут зависеть от толщины корки 6. В этом случае распределение температуры в корке ОД = А(5)х + В(5) определяется двумя граничными условиями:

= Сисп; = ^ (2)

Здесь Ш - безразмерное число Био; а - коэффициент теплоотдачи с поверхности ВТЗ, Вт/(м2С); X - коэффициент теплопроводности корки,

Вт/(м°С); 'мм - температура воздуха в

камере, которая полагается постоянной.

Подставляя линейную функцию = А(8)х + 3(8) в условия (2), получим расчетное уравнение для определения поля температур и температуры поверхности: + _ * | А'(Д-0(<кям-ЕПов) - /• — — Еисп+В^Екам

- Сисп + , пов - - В16+1 ('

Далее, рассмотрев уравнение для скорости движения фронта, получим расчетное соотношение для определения времени образования корки толщиной 8:

т = чД2 + М

^■(^кам-^исп) ^ 2 В!/

Зная время выпечки (1), и используя уравнение (4), можно определить толщину корки хлеба.

Расчет продолжительности выпекания и замораживания хлебобулочных изделий с начинкой представлен на примере процесса выпекания и замораживания пирожков.

Для расчета времени выпекания представим пирожок как квазиодномерное тело, форма которого учитывается введением в расчетные соотношения коэффициента формы. В начальный момент времени т = 0 тело, имеющее температуру Т^,, помещается в духовой шкаф с температурой воздушной среды То. К поверхности продукта от окружающей среды посредством конвекции подводится теплота с коэффициентом теплоотдачи а. Физико-математическая модель процесса представлена ниже.

от ^ дг г дг J дг ,

= 0

ЗТ'

(5)

= а(Т2(Л,0-Т0)

(6)

rl(Rl,t)=T2 (Ä^Ot-Ä.,^-

дг

=

' дг

(7)

здесь г - координата поперёк тела, м (г = 0 отвечает центру тела, г = Ri - границе теста и начинки и г = R - внешней границе тела), к - безразмерный коэффициент, учитывающий форму тела и определяющийся как k = SR/V - 1, где V - объём тела, м3, а S - площадь его поверхности, м2. X] и - теплопроводность тестовой оболочки и начинки соответственно, Вт/(м°С); аь и -температуропроводность тестовой оболочки и начинки соответственно,м2/с.

Уравнения (5) и (6) - уравнение теплопроводности с начальным и граничным условием в центре и краевым условием на границе соответственно для начинки и тестовой оболочки. Уравнение (7) описывает граничные условия на границе начинки и тестовой оболочки - равенство температур и тепловых потоков.

Представленная задача допускает точное решение в терминах функций Бесселя и Неймана, что затруднительно и требует обширных численных расчётов. Воспользовавшись прямым вариационным методом получено расчетное соотношение (8) для определения продолжительности нагревания до температуры Т в необходимой нам точке. В случае выпекания пирожка такой точкой является, граница между тестовой оболочкой и начинкой. Примерно в этой области находится термический центр тела, то есть точка, температура в которой равна среднеобъёмной.

-In

здесь

Bib($+k-1) ' (Bi+b)v

(8)

b+k-i р, л2Ь+к-1 Рх Bt ßi

BibCb+k-Dll-pj^-1 Bt 1 -plb+k-

b+k-1 Bl+b 2b+k-i

(9)

_ мш_I?*"-1 -¡у-* _

0)1 - 2В1 р*!+к+1. ве р^+У-рГ1 2В1 1-рЧ+*+1. В? 1-р?+к+г

к+1 Шь" £+к+1 (В1+Ь)2" Ц+к+1 В'+Ь* Ь+Л+1 (В(+Ь)2 2Ь+к+1

Где Ы = ^ - коэффициент Био; коэффициенты £ = — и<р=-1- характеризуют соответственно отношение коэффициентов температуропроводности и коэффициентов теплопроводности тестовой оболочки и начинки; коэффициент р = - - описывает соотношение

толщины начинки к определяющему размеру пирожка (половине толщины); Ь -

Ш+ь-к+1 зависит только от константы к, то есть только от формы тела (и никак не связано с его 2

теплофизическими параметрами).

Расчетные и экспериментальные значения времени выпечки совпадают с погрешностью в пределах 5-7%.

Далее рассмотрим кинетические закономерности замораживания выпеченных симметричных многослойных изделий на примере пирожка.

Продолжительность замораживания двухслойного тела по Планку :

Т = Т! + Т2 = --

.....1(1+ (Ь)*)--

и -Ч-(10)

Здесь: Т! и т2 - время замораживания слоя теста и начинки соответственно; р1 и р2, кг/м , W[ и W2, дол.ед; X, и Х2, Вт/(м°С); ^ и °С - плотность, влажность, теплопроводность и криоскопическая температура теста и начинки характерный размер соответственно. , м.(в данном случае 1^1= Я - это характерный размер всего тела); и Я-Б, м. - характерный размер начинки (Р - толщина слоя теста, м.)я = 3.3 * 105 Дж/кг-теплота кристаллизации воды.

Однако данный способ расчета не совсем корректен в случае, если криоскопическая температура начинки (теста) значительно ниже криоскопической температуры чистой воды. При низкой криоскопической температуре начинки(теста) влага испаряется не полностью.

Существует поправка к формуле (10), учитывающая данный факт:

<?«ичр»Я2 пег,. г>- аЯ _скр ,,

т3 = ~ :<■, , ч * Р (.В1, а,кУ,В1= — ; а = —^ (11)

уЧскр~схл./ л2 *-кр ьхл

Функция а, к) может быть определенна лишь численно. В случае, когда криоскопическая температура начинки ниже криоскопической температуры теста, при

расчете коэффициента Био нужно использовать эффективный коэффициент

1

теплоотдачи ссЭ(ь =-1—, учитывающим тепловое сопротивление

2Д2 *аУяг>

замороженного слоя теста. Кроме того если криоскопическая температура начинки ниже криоскопической температуры теста то, при замораживании теста начинка будет замерзать не сразу. Начинка начнет замерзать лишь тогда, когда поверхность теста охладиться от температуры ^ до ^2.

Итоговая продолжительность замораживания равна:

т = хх + т2 + т3 + гохл (12)

Расчетные и экспериментальные значения продолжительности замораживания совпадают с погрешностью менее 8%.

Выводы

1. Показано, что использование белкового ингредиента и сорбента из остаточных пивных дрожжей при производстве рассматриваемых хлебобулочных изделий позволяет сократить продолжительность процессов брожения и расстойки, а также уменьшить упек изделий по сравнению с контрольными образцами, что в конечном итоге позволяет снизить себестоимость данного вида изделий. Кроме того, введение в рецептуру хлебобулочных изделий белкового ингредиента и сорбента из остаточных

пивных дрожжей позволяет улучшить физико-химические показатели качества готовых изделий, а также повысить биологическую и пищевую ценность хлебобулочных изделий.

2. Установлены температурные режимы холодильного хранения БИОПД и СОПД, обеспечивающие стабильное качество ингредиентов с целью их использования в хлебопекарной промышленности. Стойкое качество наблюдается у образцов БИОПД и СОПД, хранившихся при температуре -18 °С (до 60 сут.)

3. Предложена модель процесса термообработки хлеба и соответствующие расчетные соотношения позволяющие рассчитать время процесса выпечки, а также оценить толщину, образовавшейся за это время корки. Представленные расчетные соотношения обладают свойством общности и могут быть использованы для всех видов хлебобулочных изделий. Расчетные и экспериментальные значения времени выпечки совпадают с погрешностью в пределах 8%.

4. Разработаны методы расчета продолжительности выпечки хлебобулочных изделий с начинкой, на примере пирожка. Полученные расчетные соотношения обладают свойством общности и могут быть использованы для всех видов подобной продукции. Расчетные и экспериментальные значения времени выпечки совпадают с погрешностью в пределах 5-7%.

5. Получен метод решения и расчетные соотношения для определения продолжительности замораживания хлебобулочных изделий с начинками, с учетом влияния снижения криоскопической температуры тестовой оболочки и начинки. Представленные расчетные отношения обладают свойством общности и могут быть использованы для всех видов симметричных многослойных пищевых продуктов. Расчетные и экспериментальные значения времени выпечки совпадают с погрешностью менее 8%.

6. Результаты исследований внедрены в условиях производства на мини-пекарне ИП Олимпиева Н.П., ЗАО "Фирма" ЭСТ" и ООО «Русская еда». Результатом производственных испытаний использования белкового ингредиента ОПД являлось получение изделий с повышенными показателями качества и пищевой ценности, а также интенсификации технологического процесса, за счет сокращения процессов брожения и расстойки. Разработана технология и техническая документация на производство ржано-пшеничного хлеба с белковым ингредиентом из остаточных пивных дрожжей. Разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9168040-70627901-2015 «Наполнители плодово-ягодные с добавлением белкового ингредиента из остаточных пивных дрожжей» и внедрена на ООО «Русская еда».

Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Ефимова, C.B. Расчет времени выпечки хлебобулочных изделий/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Фролов., C.B. Ефимова // Вестник Воронежского Государственного Университета Инженерных Технологий. Процессы и аппараты пищевых производств - 2012 - Вып. 4,- С. 32-35,- 0,25 пл./ 0,063пл.

2. Ефимова, C.B. Расчет продолжительности термообработки и замораживания хлебобулочных изделий с начинкой/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Фролов, С.В.Ефимова// Вестник Воронежского Государственного Университета Инженерных Технологий. Процессы и аппараты пищевых производств. -2014,- Вып. 2 - С. 33-370,31 пл./0,078 пл.

3. Ефимова, C.B. Технология переработки остаточных пивных дрожжей для использования в хлебопекарном производстве/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова,

15 - 1 Q 6 9 Г

С.В.Ефимова, T.B. Чичина // Пиво и напитки: безалкогольньГС, алкогоЛьн6ге,То1си, вино, спирт. -2014. -№5.-С.29-31.-0,19 пл./0,048 пл.

4. Ефимова, C.B. Способ получения белкового ингредиента из остаточных пивных дрожжей со свойствами сорбента микотоксинов для хлебопекарного производства

B.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, С.В.Ефимова// Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2015 - №1- С. 105-110 - 0,31 пл./ 0,10 пл.

Публикации в других изданиях:

5. Ефимова, C.B. Белковая кормовая добавка из отработанных пивных дрожжей/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Ефимова, Т.В. Чичииа //Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: сборник статей VII Международно-практической конференции/МНИЦ ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012,- С. 96-99.- 0,25 пл./ 0,063 пл.

6. Ефимова, C.B. Кинетические закономерности термообработки хлебобулочных изделий/ C.B. Ефимова, Т.В. Шкотова, В.Е.Куцакова // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. - СПб.: НИУ ИТМО, 2013. - Вып. 4. -

C. 45-47.- 0,19 пл./0,063 пл.

7. Ефимова, C.B.. Способ получения белковой пищевой и кормовой добавки;

B.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Ефимова, Т.В. Чичина // Пищевые инновации и биотехнологии: материалы Международного научного форума/под общ. ред. А.Ю.Просекова. - Кемерово: ФГУ ВПО "Кемеровский технологический институт пищевой промышленности", 2013. - С. 181-186.-0,375 пл./0,094 пл.

8. Ефимова, C.B. Технология получения белковой пищевой и кормовой добавки/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Ефимова, Т.В. Чичина H Актуальная биотехнология.-2013.-№ 1 (4).- С.19-21.- 0,19 пл./ 0,048 пл.

9. Ефимова, C.B. Кинетические закономерности тепло - и массопереноса при выпечке хлебобулочных изделий/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Фролов, C.B. Ефимова// VI Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке»: Материалы конференции. - СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2013. - С. 440-443. - 0,25 пл./0,063 пл.

10. Ефимова, C.B. Теплофизические закономерности термообработки и замораживания симметричных многослойных объектов/ C.B. Ефимова, Т.В.Шкотова, A.B. Гайнетдинова, В.Е. Кулакова // Сборник тезисов докладов кожресса молодых ученых. - СПб.: НИУ ИТМО, 2014. - Вып. 4. -С. 69-71,- 0,19пл./ 0,048 пл.

11. Ефимова, C.B. Белковый ингредиент на основе остаточных пивных дрожжей для хлебопекарного производства/ В.Е. Куцакова, Т.В.Шкотова,

C.В.Ефимова // Materiály X mezinárodnf vêdecko - praktická conference «Aplikované vêdecké novinky - 2014». - Dil 16.Zemëdëlstvi.Zvërolékafstvi.: Praha. Publishing House «Education and Science» s.r.o -2014. - С. 40-44. - 0,31 пл./ 0,10 пл.

12. Ефимова, C.B. Технология получения белкового ингредиента со свойствами сорбента микотоксинов на пищевые и кормовые нужды/ В.Е.Куцакова, Т.В. Шкотова, C.B. Ефимова, Т.В. Чичина// Актуальная биотехнология. -2014.-№2-С.62-65-птт/пп«пп

I 2015672585

Подписано о печать 2,/ еу/б. . формат 60 * 84 1/16 Усл. печ. л. Печ. л. 1,0. Тираж 20 экз. Заказ № /35 , Университет ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 Изд.- инф. комплекс. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9

2015672585