автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Совершенствование технологии хлеба для школьного питания с применением автоматизированной системы контроля цвета изделия

На правах рукописи

ШТОРХ Лариса Валерьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА ДЛЯ ШКОЛЬНОГО ПИТАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЦВЕТА ИЗДЕЛИЯ

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (пищевая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 АПР2013

Воронеж-2013

005051728

005051728

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» Научные руководители: доктор технических наук, доцент

Пономарева Елена Ивановна (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»), доктор технических наук, профессор Чертов Евгений Дмитриевич (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий») Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Манжесов Владимир Иванович (ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I»), доктор технических наук, профессор Дворецкий Станислав Иванович (ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет»)

Ведущая организация: ЗАО «Воронежская хлебная компания»,

г. Воронеж

Защита состоится «24» апреля 2013 года в 11 часов 30 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, ауд. 035.

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: vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ www.vsuet.ru «21» марта 2013 года

Автореферат разослан «21» марта 2013 года

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

ученой степени доктора наук (І'^їР ^Слободяник

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

В современных условиях возрастают требования к пищевым продуктам — они должны не только соответствовать сформировавшимся традиционным вкусам потребителей, но и относиться к категории продуктов здорового питания, т.е. не вредить человеческому организму, а укреплять и оздоравливать его.

В соответствии с распоряжением Правительства РФ от 25.10.2010 г. «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания на период до 2020 г.» перед хлебопекарной отраслью поставлена задача расширения ассортимента хлебобулочных изделий для различных категорий населения, обеспечивающего рациональное питание.

В сложившихся экологических условиях сохранение и улучшение здоровья детей является важнейшей государственной задачей, при этом обеспечение их санитарно-эпидемиологического благополучия, организация питания учащихся — одна из основных составляющих в ее решении. Именно изменения здоровья школьников, в последнее время часто носящие негативный характер, вызывают наибольшие опасения. Напряженная умственная деятельность связана со значительными затратами энергии, поэтому рациональное питание должно обеспечить потребность организма школьника в энергетических материалах.

Применение в производстве хлебобулочных изделий муки из цельносмолотого зерна различных видов культур и молочно-кислых продуктов обеспечивает заданный уровень содержания пищевых волокон, витаминов, аминокислот, минеральных веществ, антиоксидантов, необходимых для нормального функционирования организма ребенка, и базируется на рациональном использовании зерна.

Значительный теоретический и практический вклад в разработку и совершенствование технологии хлеба функционального назначения внесли С.Я. Корячкина, Г.О. Магомедов, Л.П. Пащенко, Р.Д. Поландова, Е.И. Пономарева, Л.И. Пучкова, Т.В. Санина, Т.Б. Цыганова, В.Я. Черных и другие.

Немаловажное значение для обеспечения полноценного питания имеет формирование органолептических показателей, так как именно они возбуждают аппетит и ответственны за полноту переваривания продукта.

Разработка и внедрение автоматизированной экспертной системы контроля цвета корки хлебобулочных изделий с помощью цветового спектра позволит по параметрам цифрового изображения изделия оценить цвет, равномерность окраски его корки и разработать процедуру

формализации цвета корки хлеба, направленную на регулирование технологических режимов процесса выпечки.

Основные теоретические и практические положения по данному вопросу отражены в работах Р. Гонсалеса, М. Гуревича, Д. Джада, М. Кривошеева, А. Луизова и других.

Расширение ассортимента хлебобулочных изделий для школьного питания с добавлением муки из цельносмолотого зерна различных культур и закваски «Эвиталия», а также разработка экспертной системы поддержки принятия решения по управлению процессом выпечки являются инновационными в этом направлении, представляют большой не только научный, но и практический интерес. Поэтому совершенствование технологии хлеба из муки пшеничной первого сорта с использованием нетрадиционных видов сырья, позволяющее улучшить качество продукции, увеличить пищевую ценность хлебобулочных изделий, обеспечить организм школьника необходимыми для его нормального роста и развития питательными веществами, а также создание высокого уровня автоматизации являются актуальной задачей для хлебопекарной отрасли нашей страны.

Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР кафедры «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» Воронежского государственного университета инженерных технологий «Разработка энерго- и ресурсосберегающих чистых технологий переработки сельхозсырья в конкурентоспособные хлебобулочные, кондитерские и макаронные функциональные продукты на основе медико-биологических воззрений» (№ г. р. 01970008815, на 2011-2015 гг.).

Цель исследований: разработка практических рекомендаций по совершенствованию технологии и расширению ассортимента хлеба для школьного питания путем исследования закономерностей изменения физико-химических и биохимических свойств полуфабрикатов и изделий с применением автоматизированной экспертной системы контроля цвета хлеба.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- научное и практическое обоснование применения муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречки, овса, риса, пшена, закваски «Эвиталия» для производства хлебобулочных изделий с учетом требований к школьному рациону питания;

- моделирование и оптимизация рецептуры хлебобулочных изделий для школьного питания, выбор рационального способа приготовления теста, прогнозирование эффективной вязкости полуфабриката из муки пшеничной первого сорта с внесением обогатителей;

- исследование влияния обогатителей на показатели качества хлебобулочных изделий, антиоксидантную активность и стойкость при

хранении, определение переваримости, усвояемости, токсичности и гликемического индекса хлебобулочных изделий;

- определение химического, витаминно-минерального и аминокислотного состава хлеба, расчет степени удовлетворения суточной потребности в нутриентах;

- разработка автоматизированной системы, позволяющей в режиме реального времени представить технологу-оператору оценку цвета корки хлебобулочных изделий, его отклонения от нормы и осуществить поддержку принятия решений по управлению процессом выпечки;

- разработка и утверждение технической документации на новые виды хлебобулочных изделий, расчет экономической эффективности, промышленная апробация основных результатов исследований.

Объектом исследования является технология и ассортимент хлебобулочных изделий, предназначенных для школьного питания.

Предметом исследования являются технологические параметры получения хлебобулочных изделий для школьного питания и системы контроля процесса.

Научная концепция работы заключается в создании практических рекомендаций по реализации технологии хлебобулочных изделий для школьного питания с заданными качественными характеристиками.

Научные положения, выносимые на защиту:

- рекомендации по совершенствованию технологии и расширению ассортимента хлебобулочных изделий для школьного питания за счет применения муки из цельносмолотого зерна различных видов культур и закваски «Эвиталия»;

- результаты определения реологических свойств теста, анализ зависимости эффективной вязкости полуфабриката от вносимых обогатителей и продолжительности брожения;

- данные анализа аромата, цвета, температуры корки и мякиша хлебобулочных изделий, их переваримости, токсичности, химического состава;

- результаты метода контроля цифрового изображения корки хлеба с помощью цветового спектра.

Научная новизна работы:

- обоснована и поставлена новая научная задача и предложен подход к её решению, позволяющий выявить возможность применения практических рекомендаций по совершенствованию технологии хлебобулочных изделий для школьного питания с использованием муки из цельносмолотого зерна различных видов культур и закваски «Эвиталия»;

- выполнено теоретическое и экспериментальное обоснование зависимости эффективной вязкости теста от дозировок обогатителей и

времени брожения полуфабриката, позволяющее прогнозировать и регулировать реологические свойства теста;

- научно и экспериментально доказана целесообразность использования обогатителей в производстве хлебобулочных изделий для школьного питания, позволяющих улучшить структурно-механические свойства, аромат, антиоксидантную активность, микробиологическую чистоту, перевариваемость, гликемический индекс, увеличить срок сохранения свежести изделий, повысить их функциональность;

- предложена автоматизированная экспертная система, позволяющая осуществить поддержку принятия решения по управлению технологическим процессом выпечки с учетом цветности хлебобулочных изделий.

Новизна технических решений подтверждена положительным решением о выдаче патента РФ по заявке № 2011154703.

Практическая значимость исследования:

- разработаны практические рекомендации по совершенствованию технологии хлебобулочных изделий из муки пшеничной первого сорта для школьного питания, реализация которой позволит повысить эффективность технологического процесса, обеспечить рациональное питание школьников и продовольственную безопасность страны;

- разработана и утверждена техническая документация на хлебобулочные изделия: «Вита» ТУ 9110 - 149 - 02068108 - 2012, «Ароматный» ТУ 9110 - 148 - 02068108 - 2012, «Ясное утро» ТУ 9110 - 150 - 02068108 -2012, «Восток» ТУ 9110 - 151 - 02068108 - 2012, «Солнышко» ТУ 9110 -152 - 02068108 - 2012. Проведена промышленная апробация способа производства хлебобулочных изделий на ОАО «Хлебозавод № 7» г. Воронеж, ПО «Новое» (г. Жердевка) (акты производственных испытаний), подтвердившая положительные результаты исследований.

Соответствие диссертации паспортам научных специальностей.

Диссертационное исследование соответствует п. 3, 4 и 6 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства» и п. 2,16 паспорта специальности 05.13.06 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (пищевая промышленность).

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на международных научно-практических, научно-технических конференциях, симпозиумах и форумах: «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2011); «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Москва, 2011); «Энергосберегающие процес-

сы и аппараты в пищевых и химических производствах» (Воронеж, 2011); «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, 2011); «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» (Воронеж, 2011); «Современное хлебопечение - 2012» (Москва, 2012), «Интродукция нетрадиционных и редких растений» (Ульяновск, 2012), «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (Краснодар, 2012);

- всероссийских научно-практических конференциях: «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011); «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» (Кемерово, 2011)

- отчетных научных конференциях ВГУИТ за 2009 - 2011 гг.

Разработки экспонировались на воронежских агропромышленных

форумах (2010 — 2012 гг.), выставке-дегустации «Качество и безопасность хлебобулочных изделий на потребительском рынке» (2011 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 19 научных работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах, 6 статей в сборниках трудов, 9 тезисов, положительное решение на патент РФ, утверждена техническая документация на 5 видов хлебобулочных изделий для школьного питания из муки пшеничной первого сорта.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, которые посвящены экспериментальным исследованиям, выводов, списка использованных источников, приложений и представлена на 242 страницах машинописного текста, в 46 таблицах н 86 рисунках. Библиография включает 153 наименования, в том числе 12 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, охарактеризована научная и практическая ценность диссертации. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Глава I. Анализ современного состояния проблемы

Проведен патентно-информационный поиск и обобщены сведения о современном состоянии и развитии способов производства функциональных хлебобулочных изделий для различных категории населения. Проанализированы проблемы и перспективы развития технологии хлебобулочных изделий из пшеничной муки первого сорта. Рассмотрены методы и технические средства контроля цветовых характеристик технологических поверхностей и способы разработки экспертных систем.

Глава 2. Организация работы. Объекты н методы исследований

Исследования проводили согласно структурной схеме (рис. 1). В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований были: мука пшеничная хлебопекарная первого сорта (ГОСТ Р 52189-2003), мука из цельносмолотого зерна пшеницы, гречки, овса, пшена и риса (ТУ-9214-126-02068108-2010 «Мука из цельносмолотого зерна различных видов культур «Viva Farina»); комплекс сухих микроорганиз-мов-пробиотиков - закваска «Эвитапия» (ТУ 9229-001-7727003394202007), соль поваренная пищевая высшего сорта (ГОСТ Р 51574-2000); дрожжи хлебопекарные прессованные (ГОСТ 171-81); вода питьевая (ГОСТ Р 51232-2003; СанПин 2.1.4.1074-01).

Экспериментальные исследования проводились на кафедрах «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» (ТХМКП), «Физическая и аналитическая химия», «Органическая химия» ФГБОУ ВПО «Воронежского государственного университета инженерных технологий» (ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»), в научно-исследовательских лабораториях Всероссийского научно-исследовательского института комбикормовой промышленности (г. Воронеж), ООО «Сенсорика-Новые Технологии» и филиала кафедры ТХМКП на ОАО «Хлебозавод № 7» (г. Воронеж).

В работе использовали органолептические, химические, микробиологические, биохимические методы анализа сырья, полуфабрикатов и изделий. Гранулометрический состав муки из цельносмолотого зерна пшеницы определяли на приборе «Гранулометр ГИУ-1», состояние углеводно-амилазного комплекса - на приборе «ПЧП-3», эффективную вязкость теста - на приборе «Реотест-2». «Визуальные образы» ароматобразующих веществ в изделиях получали на анализаторе запахов «МАГ-8» с методологией «Электронный нос». Структурно-механические свойства мякиша хлеба определяли на автоматизированном пенетрометре АП — 4/2. Микробиологические показатели — прямым подсчетом колоний с применением дифференциально-диагностических сред. Численные характеристики окраски исследуемых образцов определяли сканерометрическим методом с использованием планшетного сканера HPScanJet 3570С с применением компьютерной обработки изображений. Температурное распределение по поверхности и мякишу изделий определяли с помощью тепловизора TESTO 880-3/Profi. Гликемический индекс изделий - с помощью прибора «Акку-Чек Гоу», аминокислотный состав определяли на приборе «Капель 105» методом капиллярного электрофореза, белок - по ГОСТ 13496.4-93, пищевые волокна исследовали по ГОСТ 13496.2-91, витаминный состав в хлебе анализировали по ГОСТ 29138-91, 29139-91, минеральный состав - по ГОСТ 30502-97, 26657-97, 26929-94, 26570-85. Суммарную антаоксидантную активность хлебобулочных изделий определяли на приборе «ЦветЯуза-01-AA».

Рис. 1. Структурная схема экспериментальных исследований

Переваримость белков хлеба определяли методом in vivo на половозрелых крысах.

Статистическую обработку и оценку достоверности результатов исследований проводили методами регрессионного анализа, с помощью программ Maple, MS Excel. Технико-экономические показатели рассчитывали по методикам определения экономической эффективности в хлебопекарной отрасли.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. Разработка практических рекомендаций по совершенствованию технологии хлебобулочных изделий для школьного питания

В последние годы значительно расширился ассортимент хлебобулочных изделий и постоянно растет спрос на новые виды хлеба для школьного питания, обогащенные основными питательными веществами, необходимыми для нормального развития детского организма. С этой целью предложено использование муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречки, овса, риса, пшена и закваски «Эвиталия».

Мука из цельносмолотого зерна пшеницы содержит необходимые организму ребенка белки, жиры, пищевые волокна в оптимальном виде и нужных количествах. В состав муки из цельносмолотого зерна гречки входят органические кислоты (лимонная, яблочная, малеиновая, щавелевая), способствующие лучшей усвояемости питательных веществ организмом. В муке из цельносмолотого зерна овса содержатся витамины А, Е для роста и развития ребенка Витаминами группы В обогащена мука из цельносмолотого зерна риса. Мука из цельносмолотого зерна пшена содержит большое количество незаменимых аминокислот лейцина и гистлдина, особенно важных для растущего организма. Закваска «Эвиталия» представляет собой комплекс микроорганизмов, продуцирующих витамины группы В: В], В2, Bfo В9 - фолие-вую кислоту, В12, А, С, Е, имеет в своем составе специфические полисахариды, обладающие противовирусным и антионкогенным действием (Научно-производственная фирма «Пробиотика»).

Муку получали методом дезинтеграционно-волнового помола, позволяющим получить продукт с высокими качественными характеристиками. Под действием электромагнитного поля, образующегося в процессе помола, возникает явление механоволнового синтеза, при этом в камере возникают такие условия, при которых взаимодействие поля и продукта происходит на атомно-молекулярном уровне. Это вызывает существенные изменения физических свойств полученного продукта.

Изучали влияние внесения муки из цельносмолотых зерновых культур на реологические свойства теста из муки пшеничной первого сорта, определяли рациональную дозировку обогатителей. Установлено, что в тече-

ние процесса брожения полуфабриката эффективная вязкость во всех образцах теста уменьшалась, но с увеличением дозировки муки из цельносмолото-го зерна пшеницы (рис. 2), гречки и овса значение вязкости увеличивалось, а при добавлении муки из цельносмолотого зерна риса и пшена снижалось. Укрепление структуры полуфабриката связано со свойством пищевых волокон обогатителей удерживать влагу, а также с образованием сложных прочных комплексов между нерастворимыми компонентами пищевых волокон и белками клейковины теста. Снижение эффе!стивной вязкости теста объясняется тем, что в составе муки из цельносмолотого зерна риса и пшена отсутствуют белки, которые отвечают за образование структурно-клейковинного каркаса. Выявлено, что максимальной величиной эффективной вязкости после 120 мин брожения характеризовался образец с внесением муки из цельносмолотого зерна овса в количестве 30 % от общей массы муки (1639 Па-с), а минимальной при той же дозировке - образец с добавлением муки из цельносмолотого зерна пшена (850 Па-с).

Определено, что максимальное значение удельного объема хлеба наблюдалось в изделии из пшеничной муки первого сорта с внесением муки из цельносмолотого зерна пшеницы с дозировкой 30 %, гречки -10 %, овса - 20 %, риса - 10 %, пшена - 20 %.

При изучении влияния дозировки закваски «Эвиталия» на качество полуфабриката и готового изделия установлено, что газоудержи-вающая и газообразующая способность по сравнению с контролем (без обогатителя) выше на 3 - 17 % и 4 - 8 % у образца с дозировкой закваски «Эвиталия» 10 %. Кислотность теста на 2 - 2,6 град больше, чем в полуфабрикате без внесения обогатителя. Эффективная вязкость полуфабриката уменьшалась с увеличением дозировки закваски до 15 % по сравнению с контролем. Наименьшим значением этого показателя характеризовался образец с дозировкой обогатителя 15 % (1078 Па-с), а наибольшим - контроль (1447 Па-с).

Сравнительная оценка влияния закваски «Эвиталия» на показатели качества теста, приготовленного из муки пшеничной первого сорта, муки

Продолжительность брожения, ыин Рис. 2. Зависимость эффективной вязкости теста из пшеничной муки первого сорта с внесением муки из цельносмолотого зерна пшеницы от продолжительности брожения, %.: 1 - 0; 2 - 10; 3 - 20; 4 - 30

из цельносмолотого зерна различных видов культур, и изделий выявила, что наилучшими органолептическими и физико-химическими свойствами обладал образец с добавлением закваски 10 %.

Методом многофакторного регрессионного анализа, исходя из уравнения Оствальда-де-Виля, наиболее точно описывающего вязкое течение теста, получено уравнение зависимости эффективной вязкости теста от дозировки муки из цельносмолотого зерна пшеницы и продолжительности брожения полуфабриката, позволяющее регулировать параметры приготовления полуфабрикатов и прогнозировать значение эффективной вязкости для использования его в разработке АСУТП.

С целью выбора способа приготовления теста, обеспечивающего оптимальные структурно-механические свойства полуфабрикатов из муки пшеничной первого сорта с внесением муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречки, овса, риса, пшена, проводили сравнительный анализ качества хлеба, приготовленного одностадийными способами (безопарный, по интенсивной <осолодной» технологии) и двустадийными (на опаре: густой, большой густой, жидкой и жидкой с частичным внесением соли) по разработанным рецептурам.

Выяснили, что при безопарном способе удельный объем хлеба больше на 5 - 15 % (рис. 3), мякиш более эластичный, сжимаемый, пористость выше на 5 - 7 % по сравнению с изделиями, приготовленными другими способами.

Следовательно, рациональным способом приготовления разработанных видов хлеба для школьного питания является безопарный способ, позволяющий сократить потери сухих веществ при брожении, обеспечить стабильное качество продукции, существенно снизить трудозатраты.

В ходе экспериментальных исследований зависимости изменения цвета корки и температуры мякиша хлебобулочных изделий при выпечке от дозировки вносимых обогатителей установлено, что с увеличением дозировки обогатителей хлеб приобретал более темный цвет.

Рис. 3.

2 3 4 5 Способы приготовления Изменение удельного объема хлеба для способов: 1 — безопарный; 2 — густая опара; 3 -большая густая опара; 4 - жидкая опара; 5 - жидкая опара с частичным внесением соли; 6 — по интенсивной «холодной» технологии

30

О 2 4 6 8 10 12 14 16 Продолжительность выпечки, мин

Рис. 4. Зависимость изменения цвета корки хлеба от продолжительности выпечки и дозировки муки из цельносмолотого зерна пшеницы, %: 1 — 0. 2-10:3-20:4-30:5-40

55 i—i--------------ь—.....|..............—:.....—------f—...... ным цветом корки характеризовался контрольный образец (38 отн. ед.), а минимальным — образец с дозировкой муки из цельносмолотого зерна пшеницы -40 % (31 отн. ед.) (рис. 4). С помощью тепловизора TESTO 880-3/Profi при выпечке определяли температуру поверхности и мякиша изделий. Выявлено, что с увеличением времени температуры поверхности корки и мякиша хлеба из пшеничной муки первого сорта с внесением 30 % муки из цельносмолотого зерна пшеницы увеличивались, а по истечении 18 мин показатели практически не изменялись и были равны 148 и 124 °С соответственно (рис. 5). Данные о цвете и температуре поверхности изделия использовались для разработки методики определения цветовых характеристик хлебобулочных изделий.

Для определения оптимальных соотношений рецептурных компонентов из муки пшеничной первого сорта применяли позиционное ро-тотабельное планирование. В результате статистической обработки экспериментальных данных получены математические и графические зависимости исследуемых характеристик от изучаемых факторов (Х\ - дозировка муки из цельносмолотого зерна пшеницы, %; Х2 - влажность полуфабриката, %). Критериями оценки влияния условий приняты эффективная вязкость полуфабриката (У, Па-с) и пористость хлеба (}'2 %). У, = 1730-- 22,2Х2 - ЗХ,Х2 - 2,6Х^ - 0,1 Х2г; Y, =66-0,96^ ~0,2Х2 -},5Х,Х2 -2,19Х? -6,5X¡;

6 8 10 12 14 Продолзопельность выпечки, гол

Рис. 5. Зависимость изменения температур поверхности (1) и мякиша (2) хлеба от продолжительности выпечки

Наиболее насыщен-

Аналогично получены зависимости для образцов с внесением муки из цельносмолотого зерна гречки, овса, риса и пшена. Воспроизводимость опытов, значимость регрессионных коэффициентов и адекватность уравнений подтверждена статистическими критериями Кохре-на, Стьюдента, Фишера.

В результате оптимизации рецептурных компонентов разработаны рецептуры и утверждена техническая документация на 5 видов хлеба из пшеничной муки первого сорта с внесением закваски «Эвиталия» и муки из цельносмолотого зерна: пшеницы («Вита»), гречки («Ароматный»), овса («Ясное утро»), риса («Восток»), пшена («Солнышко»).

Глава 4. Оценка качества хлебобулочных изделий функционального назначения

Разработанные хлебобулочные изделия анализировали через 3 ч по органолептическим и физико-химическим показателям качества.

Установлено, что все образцы имели правильную форму, равномерную пористость и гладкую поверхность. Цвет изделий изменялся в зависимости от вносимых обогатителей от светло-желтого до светло-серого. Максимальным удельным объемом, значением общей деформации характеризовался хлеб «Ароматный», наименьшим - контрольный образец. Величина пористости во всех изделиях изменялась незначительно - в интервале от 64 до 72 % (табл. 1). В качестве контроля был выбран хлеб белый из пшеничной муки первого сорта (ГОСТ Р 52189-2003).

Таблица 1

Физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий

Наименование показателен Значения показателен качества хлеба

контроль «Внта» «Ароматный» «Ясное утро» «Восток» «Солнышко»

Влажность. % 44 44 44 44 44 44

Кислотность, град 2,8 2,8 2,8 2,9 3,0 2,9

Пористость. % 64 67 72 68 67 65

Удельный объем, см3/100г 287 295 326 300 290 290

Деформация, ед. прибора

Д Ноял 59 58 60 53 55 57

Д НпКаГТ 43 43 42 34 33 40

16 15 18 19 22 17

73 74 70 64 60 70

¿н™ 27 26 30 36 40 30

Для изучения влияния обогатителей на микробиологические показатели качества хлеба из муки пшеничной первого сорта проводили его ана-

лиз после выпечки через 24 ч и в течение 3 сут хранения через каждые 24 ч. Установлено, что микробиологическая обсемененность на третьи сутки хранения образцов была ниже для хлеба: «Вита» - на 72 %, «Ароматный» - 8,3 %, «Ясное утро» - 67 %, «Восток» - 30,5 %, «Солнышко» - 69,5 % по сравнению с контролем.

При изучении пористой структуры мякиша изделий выявлено, что во всех образцах преобладала доля пор размером менее 0,5 мм (рис. 6). Изделия с внесением муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречихи, овса и пшена обладали более мелкопористой структурой по сравнению с контролем, что не ухудшает усвояемость разработанных видов хлеба, предлагаемых для школьного питания.

О близком качественном составе веществ, обусловливающих общий аромат хлебобулочных изделий, свидетельствовали близкие по форме «визуальные отпечатки», полученные на анализаторе запахов «МАГ-8». Однако, установлено, что их общая площадь в образцах хлеба с обогатителями в 1,5-2 раза больше, чем в контроле, что свидетельствует об усилении аромата в разработанных видах изделий.

Выявлено, что максимальным значением антиоксидантной активности обладал образец хлеба с внесением муки из цельносмолотого зерна гречки (31 мг/100 г хлеба) за счет входящих в состав анти-оксидантов - рутина и кверцетина, а минимальным - контрольный образец (11 мг/100 г хлеба) (рис. 7).

На основании исследований острой и хронической токсичности у половозрелых крыс после

Хпебсвтый "Ентї' "Ароашный" "Солвышео" "Вэскж" "Ясвоіуіро"

муки левого

Свр1а Хлейсвулочннзтдаавя

"мевмСОмм "0,5-1 мм «1-2яы ш2-3мм «34мм -ссп«5

Рис. 6. Величина пор мякиша хлебобулочных изделий

Хлебобулочные изделия

Рис. 7. Суммарная антиоксидантная активность изделий

S ч

I 5.5 Щ

/

/ ---s. .................

/ ^sñ 1 '

/

у/ J /________________[ ... ,

—4— XjtsS Фкшн -' Хлеб «Ясное утро* Чпман гтогоза

зо 60 ад п

Продолжшельнооь шмрсоп, шш

-Я— Xtls6 l(B«ia> "ift— Xntf: зАраЗНГИЫЁК

■ Xnfrt «Восток«

—»—Хлев Солнышко*

Рис. 8. Изменение уровня глюкозы в крови после употребления продукта

употребления хлеба из муки пшеничной первого сорта с обогатителями дана оценка его экологической безопасности и отсутствия токсичности методом in vivo.

Для определения гликемического индекса хлебобулочных изделий исследовали концентрацию глюкозы в крови человека натощак и через 30, 60, 90, 120 мин после принятия исследуемой порции хлеба (рис. 8). Под наблюдением находилось 10 волонтеров в возрасте 18-22 лет с состоянием здоровья

без явно выраженных патологий. Расчеты показали, что внесение муки из цельносмолотого зерна различных видов культур позволяет снизить значение гликемического индекса на 9 - 14 % по сравнению с контролем за счет высокого содержания пищевых волокон в обогащенных изделиях. Следовательно, предлагаемые хлебобулочные изделия являются наиболее перспективными, т. к. обеспечивают более длительное насыщение, поскольку глюкоза в кровь поступает медленнее.

Расчетами степени удовлетворения суточной нормы потребления пищевых веществ за счет употребления 100 г разработанных видов хлеба школьниками трех возрастных категорий (7 - 11 (табл. 2); 11 — 14; 14-18 лет) установлено обеспечение степени удовлетворения в белке на 10,3 - 11,3 %, жире - 2,6 - 5,3 %, углеводах - 71 - 73,3 %, пищевых волокнах - 22,5 - 32,5 %, витаминах - 13,5 - 18 %, минеральных веществах -4,3 -17 %, аминокислотах - 7 - 14 %, энергетической ценности - 7 -17 %.

Таким образом, предлагаемые виды хлеба имеют целевое функциональное назначение, обеспечивают выведение токсичных и чужеродных веществ из организма, восполняют дефицит микронутриентов, способствуют улучшению деятельности мозга и сердечно-сосудистой системы, укреплению стенок клеток, правильному формированию белкового и липидного слоя, обменных функций, а также способствуют решению проблемы продовольственной безопасности и рационального использования сырья.

Таблица 2

Степень удовлетворения суточной потребности организма

школьников в иутрнеитах в возрасте от 7 до 11 лет

Нагаеноваяпе ко?тонента Стточная потребность СтеЕкяьудослетсоршгасуточгойпотребносгаорганя^ашкшытьавао^растеот7 до НлезБ нгоТ)оттрягптах за счеттяотреблеши хлеба

контроль «Вша» ■'Ароматный» *(Ясвое утро* «Восто*» «Солнышко*

Белок,г 63 10.5 11.27 10 95 1095 10,32 10.79

Жиры,г 30 2,6 4,00 3.67 533 3,33 4,00

Пюцешеилогна.г 12-16 17-23 24-33 19-26 19-2« 16-22 16-22

Углеголк-г 73.00 70,56 72,24 70,69 73,28 7138

Энергетичесгая ценность стал 2100 9,64 9,68 9,75 9,80 9.75 9,68

Минерал даиевещес1Еа,1чт:

Калытй 1200 1.71 2.73 2.23 2.64 2,15 2,24

Фосфор 1200 6.30 10.70 7,67 9,02 683 7,76

Магний 300 9,43 13,67 12^87 12,4; 9,70 11,03

КалнЗ 1500 7,72 10,36 9,17 9/5 794 3.43

Натрпй 1100 0,61 0.91 0,83 1 17 0,87 0.88

Железо 12 10.80 16.67 13,33 13,33 10,83 11,67

Витамины, мт:

В] 1,1 14.50 17.91 1564 17,09 13,55 16,18

В;. и 8.33 8.33 8,33 8,33 8.33 833

А'ВЧЮНГСЛСШ мг.

фенил алант 4400 8.20 5.14 7,64 6.74 13.28 6.85

Тргепофан 800 639 4.84 6,65 11,55 601 6.61

Треонгш 2400 7,73 4.99 7.44 6,78 698 12.92

Метпонпн 1800 11,10 7.11 12,82 10,35 12,18 11,13

Лняи 4100 4,14 3,58 4,47 4,44 4 31 4,07

Лейцан 4600 10.61 8,25 13,17 11.48 12,87 13,21

Нголейтга 2000 1303 803 12-23 1092 11,73 1096

Валин 2500 1038 6,75 10.06 9.02 9,57 8.91

Следовательно, результаты исследований позволяют сделать вывод о целесообразности включения различных видов хлеба в рационы питания школьников трех возрастных категорий для профилактики различных заболеваний и обеспечения качественной жизни организма в современных условиях.

Глава 5. Разработка автоматизированной экспертной системы поддержки принятия решения контроля цвета изделия с использованием цветового спектра поверхности хлебобулочных изделий

Интенсивность окраски корки пшеничного хлеба в основном обусловлена образованием в ней темноокрашенных продуктов окислительно-восстановительного взаимодействия остаточных, несброженных восстанавливающих Сахаров теста и аминокислот, особенно лизина. Окраска корки зависит от продолжительности выпечки, температуры в пекарной камере и рецептурного состава изделий.

Изучено изменение цвета корки хлебобулочных изделий в зависимости от дозировки обогатителя с целью разработки экспертной системы управления процессом выпечки с помощью цветового спектра.

Тесто из пшеничной муки первого сорта, муки из цельносмолотого зерна пшеницы, дрожжей хлебопекарных прессованных, соли поваренной пищевой и закваски «Эвиталия» готовили безопарным способом. Муку из цельносмолотого зерна пшеницы вносили в дозировке 10 - 40 %

(интервал варьирования 10 %) к муке пшеничной первого сорта. В качестве контроля приняли образец без внесения обогатителя. Сформированные тестовые заготовки помещали в печь при температуре 220 - 240 °С, в процессе выпечки через каждые 2 мин фотографировали поверхность выпекаемой тестовой заготовки с постоянными условиями освещения. После этого изучали цветовой спектр поверхности изделий.

В основу положена методика оценки цвета с использованием цифрового изображения, разработанная на кафедре информационных и управляющих систем ФГБОУ ВПО «ВГУИТ».

В современных цифровых системах оптической регистрации изображения используется цветовая модель RGB, но с ее помощью затруднительно получить цветовой спектр технологической поверхности по цифровому изображению. Поэтому для решения поставленной нами задачи предложено использовать представление изображения технологической поверхности в координатах Hue (цветовой тон) -Lightness (светлота) цветовой модели HSL как наиболее информативных и удобных для анализа признаков.

На основании концептуального рассмотрения цветовых моделей RGB и HSL показано, что необходимые для построения пространства HSL значения цветового тона, насыщенности и светлоты могут быть получены из цветовых координат модели RGB. Цветовой тон Н, насыщенность S, светлота L для каждого пикселя, заданного в RGB формате изображения, определяются по формулам (1) - (3):

Выполнив все преобразования, получили представление пикселя Рц технологической поверхности в координатах Hue (цветовой тон) -Lightness (светлота) цветовой модели HSL для исследуемых образцов.

В качестве параметров, характеризующих цветовой спектр, были выбраны его моменты: первый начальный — ць второй центральный — ¡л2, третий центральный — //3, четвертый центральный - //4. Введены лингвистические переменные цх, 0i, Ми Дии Д/, С, R для обозначения параметров первого момента, параметра центровки, значения моды, разности первых моментов, разности значений светлоты, значения цветового показателя и показателя равномерности.

Выявление соответствия между показателями качества и представлением окраски корки и равномерности на интервальной шкале предлагается выполнить с использованием экспертного опроса по методу непосредственной оценки. Реализация данного метода предусматривает: подготовку опросных листов, подбор состава группы экспертов, проведение опроса специалистов, обработку результатов опроса, анализ зависимостей

полученных оценок от параметров, полученных при аппроксимации. Для этого выбрана соответствующая шкала оценки окраски корки и равномерности, каждому интервалу которой присваивается балл (от 1 до 5). При этом величины интервалов должны быть, с точки зрения экспертов, равными. Задача экспертов состояла в помещении всех рассматриваемых образцов в определенный оценочный интервал в соответствии со степенью обладания тем или иным свойством, характеризующим качественный уровень образца.

После получения заполненных анкет была проведена первичная обработка экспертных оценок с целью учета общей степени согласованности экспертов. Важным фактором является само допущение того, что при согласованности мнений экспертов достоверность оценок гарантируется. Применялся коэффициент конкордации, отражающий степень согласованности экспертов.

На основании опроса экспертов определили терм-множества для переменных Ди, Д/, характеризующие интервал значений светлоты и разность светлоты.

На следующем этапе составляли набор логических правил, описывающих действия эксперта по принятию решения. Был спланирован экспертный опрос, для того чтобы идентифицировать логическую структуру правил, которыми пользуется эксперт. Правила имеют вид: ЕСЛИ М = А И

В И в = В ТО С = £, ЕСЛИ

Дм, = и д/= в то /г = к (Я

В, А Е, Г, С, К- термы соответствующих лингвистических переменных).

Заполненные тесты объединяли вместе для составления единых таблиц лингвистических правил по определению значений показателей качества С - окраски корки и Я — равномерности окраски корки.

Для реализации контроля показателей качества хлебобулочных изделий была разработана методика определения их цветовых характеристик (рис. 9). При этом входные данные - цифровое изображение корки хлебобулочного из-

Рис. 9. Методика определения цветовых характеристик хлебобулочных изделий

делия. Для обработки цифровых изображений технологических поверхностей применялась программа «Мос1Со1», позволяющая представить технологическую поверхность в координатах цветовой модели НБЬ. Для дальнейшей обработки полученных данных использовались программы, разработанные в среде «МаЛСАЭ».

Разработанная автоматизированная экспертная система может быть интегрирована в контур АСУТП производства хлебобулочных изделий и позволит технологу-оператору в реальном времени обеспечить принятие оперативных решений по управлению процессом выпечки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Научно обоснованы и даны практические рекомендации по получению и применению муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречки, овса, риса, пшена и закваски «Эвиталия» для производства хлеба в соответствии с нормами физиологических потребностей школьников трех возрастных категорий.

2. Определены методом математического моделирования оптимальные дозировки обогатителей, выбран рациональный способ приготовления теста - безопарный, получено уравнение зависимости эффективной вязкости от дозировок обогатителей и времени брожения полуфабриката, позволяющее прогнозировать и регулировать реологические свойства теста.

3. Доказано положительное влияние обогатителей на показатели качества хлебобулочных изделий: доля ароматобразующих веществ повышается в 1,5-2 раза, увеличивается антиоксидантная активность в 3 раза и срок сохранения свежести до 72 ч, повышается микробиологическая безопасность хлеба по показателю КМАФАнМ в 5 раз, значение гликемического индекса снижается на 9 — 14 %. Установлена экологическая безопасность и отсутствие токсичности хлебобулочных изделий, доказана их функциональность.

4. Установлено, что потребление 100 г разработанных изделий обеспечит степень удовлетворения суточной нормы потребления в белке на 10,3-11,3 %, жире - 2,6-5,3 %, углеводах - 71 - 73,3 %, пищевых волокнах - 22,5 - 32,5 %, витаминах - 13,5 - 18 %, минеральных веществах - 4,3 -17 %, аминокислотах — 7 -14 %, энергетической ценности - 7 -17 %.

5. Разработана экспертная система контроля цвета хлебобулочного изделия и предложен вариант ее интеграции в существующую автоматизированную систему управления технологическим процессом.

6. Разработан и утвержден пакет технической документации на хлебобулочные изделия (5 комплектов). Рассчитаны экономические показатели производства хлебобулочных изделий из муки пшеничной первого сорта, цена хлеба массой 0,4 кг составляет 10,6 — 11,5 р. в зависимости от вносимого обогатителя.

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

1. Носов, O.A. Устройства взвешивания и сортировки [Текст] / O.A. Носов, Е.А. Рыжкова, JI.B. Шторх // Финансы. Экономика. Стратегия. -2010. - № 5.-0,19 пл. (лично автором 0,06 пл.).

2. Чертов, Е.Д. Изменение свойств муки из цельносмолотого зерна пшеницы в зависимости от размера частиц [Текст] / Е.Д. Чертов, Е.И. Пономарева, JI.B. Шторх, В.Ю. Кустов // Хлебопродукты. - 2011. - № 11. - 0,13 пл. (лично автором 0,03 пл.).

3. Пономарева, Е.И. Влияние обогатителей на реологические свойства теста из муки цельносмолотого зерна пшеницы [Текст] / Е.И. Пономарева, JI.B. Шторх // Пищевая технология. - 2011. - № 5-6. - 0,19 пл. (лично автором 0,095 пл.).

4. Чертов, Е.Д. Математическая модель динамики цвета корки хлебобулочных изделий в процессе выпечки [Текст] / Е.Д. Чертов, A.A. Хвостов, Д.И. Ребриков, Л.В. Шторх//ВестникВГУИТ.-2012.-№ 1.-031 пл. (лично автором 0,08 пл.).

Статьи н материалы конференций

5. Чертов, ЕД. Физико-химические показатели муки из цельносмолотого зерна пшеницы, полученной разными способами измельчения [Текст] / ЕД. Чертов, Е.И. Пономарева, В.Ю. Кустов, И.А. Алейник, ЛБ. Шторх // Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» - Йошкар-Ола, 2011. - 0,19 пл. (лично автором 0,04 пл.).

6. Пономарева, Е.И. Моделирование реологических свойств полуфабриката из муки цельносмолотого зерна пшеницы [Текст] / Е.И. Пономарева, Ю.Н. Левин, Л.В. Шторх // Материалы IX Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» -Москва, Том III. - 2011. - 0,19 и л. (лично автором 0,06 пл.).

7. Пономарева, Е.И. Мука из цельносмолотого зерна пшеницы -функциональный обогатитель хлеба [Текст] / Е.И. Пономарева, Л.В. Шторх, В.Ю. Кустов // Материалы II Международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» -Краснодар, 2011. - 0,06 пл. (лично автором 0,02 пл.).

8. Пономарева, Е.И. Влияние способа измельчения зерна пшеницы на свойства муки [Текст] / Е.И. Пономарева, В.Ю. Кустов, Л.В. Шторх, И.А. Алейник // Материалы Международной научно-технической интернет-конференции «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах»-Воронеж, 2011.-0,19 пл. (лично автором 0,05 пл.).

9. Пономарева, Е.И. Мука из цельносмолотого зерна различных видов культур в производстве хлеба для профилактического питания [Текст] / Е.И. Пономарева, Л.В. Шторх, В.Ю. Кустов // Материалы Всероссийской молодежной конференции с международным участием «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» - Кемерово, 2011. - 0,06 пл. (лично автором 0,02 пл.).

10. Пономарева, Е.И. Влияние крупности помола муки из цельносмолотого зерна пшеницы на реологические свойства теста [Текст] / ЕЛ. Пономарева, Л.В. Шторх, Ю.Н. Левин // Материалы Международной научно-технической конференции «Биотехнологические системы в производстве пищевого сырья и продуктов: инновационный потенциал и перспективы развития» - Воронеж, 2011. - 0,06 пл. (лично автором 0,02 пл.).

11. Шторх, Л.В. Определение рационального размера частиц муки из цельносмолотого зерна пшеницы [Текст] / Л.В. Шторх, ЕД. Чертов, Е.И. Пономарева, В.Ю. Кустов // Хранение и переработка зерна. - 2012. - № 1. — 0,19 пл. (лично автором 0,05 пл.).

12. Верещагин, Д.П. Автоматизация производства хлеба для школьного питания [Текст] / Д.П. Верещагин, Л.В. Шторх, В.В. Рыжков //Материалы студенческой научной конференции — Воронеж, 2012. - 0,06 пл. (лично автором 0,02 пл.).

13. Шторх, Л.В. Разработка хлебобулочных изделий для школьного питания [Текст] / Л.В. Шторх, Е.И. Пономарева, Л.В. Внукова, Н.С. Колтако-ва // Материалы пятого международного форума в рамках деловой программы 18-й международной выставки «Современное хлебопечение - 2012» -Москва, 2012.-0,06 пл. (лично автором 0,016 пл.).

14. Шторх, Л.В. Выбор рациональной дозировки муки из цельносмолотого зерна различных видов культур в производстве хлеба для школьного питания [Текст] / Л.В. Шторх, Е.И. Пономарева, Н.С. Колта-кова, Л.В. Внукова // Материалы X Международной научно-технической конференции «Интродукция нетрадиционных и редких растений» - Ульяновск, 2012. - 0,19 пл. (лично автором 0,05 пл.).

Всего по теме диссертации опубликовано 19 научных трудах, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК к защите диссертаций, 6 статей в сборниках трудов, тезисы 9 докладов, сделанных на съездах, конференциях и симпозиумах России, странах ближнего и дальнего зарубежья (2010-2012 гг.).

Подписано в печать 18.03.2013. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № 62

ФГЪОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» Адрес университета и отдела полиграфии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий

Шторх Лариса Валерьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБА ДЛЯ ШКОЛЬНОГО ПИТАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЦВЕТА ИЗДЕЛИЯ

Специальности: 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

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

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (пищевая промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор технических наук, доцент Пономарева Е.И.

доктор технических наук, профессор Чертов Е.Д.

Воронеж-2013

На правах рукописи

04201357409

Содержание

Введение ................................................................... 6

Глава 1. Обзор литературы .......................................... 9

1.1 Анализ ассортимента хлебобулочных изделий для различных категорий населения ...................................................... 9

1.2 Факторы, учитывающиеся при разработке хлеба в рационе питания школьников. Нормы физиологических потребностей НИИ питания РАМН .................................................... 20

1.3 Роль и значение различных видов зерновых культур в повышении функциональных свойств хлебобулочных изделий ......... 26

1.4 Перспективы использования пробиотиков и пребиотиков в производстве хлеба ....................................................... 40

1.5 Методы и технические средства контроля цветовых характеристик технологических поверхностей ................................. 44

1.6 Знания и способы их представления ................................. 53

Заключение ................................................................. 61

Цели и задачи исследований............................................. 63

Глава 2. Организация работы. Объекты и методы исследований ......................................................................... 64

2.1 Организация эксперимента и проблемно - концептуальная схема исследования ............................................................ 64

2.2 Сырье, применяемое в работе, методы исследований показателей его качества, характеристика сырья ............................. 64

2.3 Методы приготовления теста и хлеба из пшеничной муки первого сорта .................................................................. 71

2.4 Методы исследования свойств полуфабрикатов и изделий ....... 74

2.5 Математические методы обработки экспериментальных данных ....................................................................... 79

3 Глава 3. Разработка практических рекомендаций по совершенствованию технологии хлебобулочных изделий для школьного питания ...................................................... 86

3.1 Научное обоснование выбора сырья в качестве обогатителей при производстве хлебобулочных изделий для школьного питания ....................................................................... 86

3.2 Влияние размера частиц на свойства муки из цельносмолотого зерна различных видов культур ........................................ 90

3.3 Изучение влияния дозировки муки из цельносмолотых видов зерновых культур на реологические свойства теста. Выбор рациональной дозировки .................................................. 95

3.4 Определение влияния дозировки закваски «Эвиталия» на свойства полуфабрикатов ...................................................... 104

3.5 Прогнозирование реологических свойств теста с внесением обогатителей ............................................................... 108

3.6 Моделирование и оптимизация рецептур для приготовления хлебобулочных изделий функционального назначения ......... 119

3.7 Выбор рационального способа приготовления теста с обогатителями ................................................................. 139

3.8 Исследование изменения цвета корки и температуры мякиша

хлеба во время выпечки ................................................ 143

Глава 4. Оценка качества хлебобулочных изделий функционального назначения ................................................... 147

4.1 Определение эффективности внесения обогатителей на органо-лептические профили, физико-химические свойства хлеба ...... 147

4.2 Исследование влияния продолжительности хранения хлебобулочных изделий на изменение структурно-механических свойств его мякиша и соотношение форм связи влаги ............. 150

4.3 Исследование микробиологической стойкости в процессе хранения .......................................................................... 153

4.4 Определение цветности и пористости хлебобулочных изделий . 155

4.5 Оценка количественного состава ароматобразующих веществ в изделиях ...................................................................... 159

4.6 Определение суммарной антиоксидантной активности хлебобулочных изделий ............................................................ 163

4.7 Определение переваримости, усвояемости, острой и хронической токсичности изделиям методом invivo ....................... 166

4.8 Определение гликемического индекса хлебобулочных изделий

и расчет гликемической нагрузки ....................................... 168

4.9 Исследование состава хлебобулочных изделий и расчет пищевой ценности ................................................................ 172

4.9.1 Определение массовой доли белка, жира, углеводов и пищевых волокон в хлебе ............................................................. 172

4.9.2 Исследование аминокислотного и витаминного составов изделий ...................................................................... 175

4.9.3 Исследование содержания минеральных веществ в хлебобулочных изделиях ............................................................... 178

4.9.4 Расчет биологической и энергетической ценности изделий,

обоснование включения хлеба в рацион школьников .............. 180

Глава 5. Разработка автоматизированной экспертной системы поддержки принятия решения контроля цвета изделия с использованием цветового спектра поверхности хлебобулочных изделий, АСУТП .............................................. 182

5.1 Описание системы контроля ........................................... 182

5.2 Синтез экспертной диалоговой системы поддержки принятия решения ..................................................................... 185

5.3 Разработка автоматизированной системы управления ........... 193

5.3.1 Общие характеристики и функции АСУТП ......................... 194

5.3.2 Анализ технологического процесса ................................... 195

5.3.3 Описание функциональной схемы автоматизации ................ 198

5.3.4 Описание технических и программных средств системы

управления .................................................................. 215

Выводы ...................................................................... 227

Список использованных источников .............................. 228

Приложения ............................................................... 242

Приложение 1 Расчет экономической эффективности производства хлебобулочных изделий

Приложение 2 Техническая документация на новые виды хлеба Приложение 3 Акты производственных испытаний Приложение 4 Документация интеллектуальной собственности Приложение 5 Дипломы выставок

Введение

В России хлеб - это один из основных продуктов питания, главный источник получения энергии и многих незаменимых компонентов научно обоснованного рациона. Во многих странах проблема здорового питания является приоритетным направлением пищевой промышленности. Ухудшение экологической обстановки современного общества и повышенная загрязненность окружающей среды привели к необходимости предъявлять более жесткие требования к пище. Она должна быть не только полноценной и вкусной, но и здоровой, что подразумевает наличие в ней диетических и лечебно -профилактических свойств.

В современных условиях возрастают требования к пищевым продуктам - они должны не только соответствовать сформировавшимся, традиционным вкусам потребителей, но и относится к категории продуктов здорового питания, т.е. не вредить человеческому организму, а укреплять и оздорав-ливать его. Перед хлебопекарной промышленностью поставлена задача расширения ассортимента хлеба повышенной пищевой и пониженной энергетической ценности, что соответствует современным требованиям науки в рациональном питании [18].

Особенно важно оптимальное питание для подрастающего поколения. Питание детей в школах - одна из важнейших проблем, определяющих их здоровье. Именно изменения здоровья школьников, в последнее время, часто носящее негативный характер, вызывают наибольшие опасения. Школьные нагрузки порой очень сильно истощают детей. Увеличение количества уроков и времени, которое ребенок проводит в школе, негативно сказывается на физическом и психическом здоровье современных школьников. Напряженная умственная деятельность, связана со значительными затратами энергии, поэтому рациональное питание должно обеспечить потребность организма школьника и энергетических материалах [87].

В сложившихся экологических условиях сохранение и улучшение здоровья детей является важнейшей государственной задачей, при этом обеспечение их санитарно-эпидемиологического благополучия, организация питания учащихся - одна из основных составляющих в ее решении [86].

В процессе развития науки о питании спектр необходимых для жизнедеятельности организма пищевых веществ был значительно расширен, разработана концепция функционального питания, в рамках которой создаются новые направления переработки зерна различных сельскохозяйственных культур [25, 110, 114, 122, 124].

Применение в производстве хлебобулочных изделий муки из цель-носмолотого зерна различных видов культур и молочно-кислых продуктов обеспечивает содержание пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ необходимых для нормального функционирования организма ребенка, а также рациональное использование зерна.

Значительный теоретический и практический вклад в разработку и совершенствование технологий хлеба функционального назначения внесли, С.Я. Корячкина, Г.О. Магомедов, Л.П. Пащенко, Р.Д. Поландова, Е.И. Пономарева, Л.И. Пучкова, Т.В. Санина, Т.Б. Цыганова и другие.

Диетологи придают особое значение хлебобулочным изделиям, так как они характеризуются высокой энергетической ценностью, хорошей усвояемостью. Низкое содержание белка, пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ и аминокислот в хлебобулочных изделиях из муки пшеничной требует введение в рецептуру обогатителей, способных повышать пищевую ценность. Для повышения пищевой, биологической ценности хлебобулочных изделий необходимо применение муки из цельносмолотого зерна пшеницы, гречихи, овса, риса и пшена, в которой сохранены все анатомические части зерна и закваски «Эвиталия».

Немаловажное значение для обеспечения полноценного питания имеет формирование органолептических показателей, так как именно они побуждают аппетит и ответственны за полноту переваривания продукта.

Разработка и внедрение автоматизированной экспертной системы контроля цвета корки хлебобулочных изделий с помощью цветового спектра позволит по параметрам цифрового изображения изделия оценить цвет, равномерность окраски его корки и разработать процедуру формализации цвета корки хлеба, направленную на регулирование технологическими режимами процесса выпечки.

Основные теоретические и практические положения по данному вопросу отражены в работах Р. Гонсалеса, М. Гуревича, Д. Джада, М. Криво-шеева, А. Луизова и других.

Расширение ассортимента хлебобулочных изделий с добавлением муки из цельносмолотого зерна различных культур и закваски «Эвиталия», а также разработка автоматизированной экспертной системы контроля цвета изделия является инновационным в этом направлении, представляет большой не только научный, но и практический интерес, поэтому исследования в этой области являются весьма актуальными.

Таким образом, совершенствование технологии хлеба из муки пшеничной первого сорта, с использованием нетрадиционных видов сырья, позволяющее улучшить качество продукции, увеличить пищевую ценность хлебобулочных изделий, обеспечить организм школьника необходимыми для его нормального роста и развития питательными веществами, а также создание высокого уровня автоматизации, являются актуальной задачей для хлебопекарной отрасли нашей страны.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Анализ ассортимента хлебобулочных изделий для различных категорий населения

Хлебопродукты - один из основных источников, необходимых организму растительных белков, углеводов, витаминов, микро- и макроэлементов, пищевых волокон. По частоте потребления они находятся на первом месте у всех групп населения. В питании человека хлебобулочные изделия являются классическим, натуральным источником витаминов группы В.

В настоящее время, когда изменился рацион питания людей, хлеб как пищевой продукт приобретает особое значение. Его употребляют не один раз в день, и поэтому он должен не только иметь хорошее качество, пищевую ценность, но и обладать профилактическими свойствами, предотвращающими заболевания человека, которые вызваны неблагоприятной экологической обстановкой. В настоящее время развивается научное направление исследований по созданию функциональных хлебобулочных изделий для профилактического и лечебного питания [6, 142].

Создание большой и разнообразной группы хлебобулочных изделий для профилактического питания для снижения риска заболевания наиболее распространенными видами болезней (гипертония, атеросклероз, сердечнососудистые, ожирение и др.), повышения иммунитета, защиты организма от воздействия среды, включает разработку изделий по следующим приоритетным направлениям:

1. Хлебобулочные изделия для различных возрастных групп.

1.1 Изделия для детей и подростков - изделия с кальцием, кальцийсо-держащими продуктами, витаминами, витаминно-минеральными препаратами, белковыми обогатителями, пшеничными зародышевыми хлопьями.

В последние годы проблема здорового питания стала одной из важнейших и актуальных задач государственной политики, поскольку она связа-

на с социальной стабильностью и здоровьем населения. Особое внимание уделяется вопросам питания детей и подростков. Правильно организованное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, в том числе старшего возраста, способствует формированию защитных сил организма, укреплению здоровья, повышению работоспособности, профилактике многих заболеваний [81, 126].

Из-за ускоренного развития детей в подростковом возрасте и интенсивного обмена веществ их организм постоянно требует достаточного количества белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ и микроэлементов. Наиболее остро стоит проблема адекватной обеспеченности дефицитными макро- и микронутриентами.

Главным принципом при моделировании рецептурного состава хлебобулочных изделий для детского и школьного питания является обеспечение их безопасности и достижение заданных потребительских характеристик в условиях оптимальных технологических процессов. Следовательно, в рецептуру изделий важно включать натуральные продукты и не применять синтетические ингредиенты в виде ароматизаторов, консервантов, антиокислителей и заменителей естественных органических и минеральных комплексов. Это позволит снизить риск возникновения аллергических реакций у детей и повысить усвояемость пищевых веществ [81, 127].

Государственным научно - исследовательским институтом хлебопекарной промышленности (ГОСНИИХП) проведена работа по формированию нутриентно - сбалансированных рецептур хлебобулочных изделий для питания детей дошкольного (с 3 до 6 лет) и школьного (от 6 до 14 лет) возраста на основе натуральных обогатителей (изделия пшенично-ржаные «Добрыня», изделия хлебобулочные «Здравушка», «Школярик» изделия хлебобулочные сдобные «Вкусняшка» [122].

Для того, чтобы разнообразить и обогатить пищевыми веществами рацион ребенка, с 7 месяцев можно давать малышу сухарики и обогащенное витаминами детское печенье. Хлеб рекомендуется вводить в пищевой рацион

с 8-месячного возраста, начиная с 3 г, увеличивая его объем к году до 15 г (1/3 часть куска белого хлеба). До 3-летнего возраста детям не рекомендуется давать ржаной и свежевыпеченный белый хлеб, так как ферментная система ребенка в этом возрасте недостаточно сформирована и не способна расщеплять поступающие олигосахариды, клейковину, а их попадание в организм неизбежно приведет к проблемам со здоровьем, в первую очередь - к проблемам работы желудочно-кишечного тракта. Не рекомендуется также без врачебных рекомендаций широко использовать в детском питании хлеб с отрубями. Советы по его применению может дать только врач, учитывая возраст и патологию пациента. Так, хлеб с отрубями рекомендуют для улучшения перистальтики кишечника в случае запоров, а также детям старше 3-5 лет с избыточной массой тела, но каждый вариант должен рассматриваться индивидуально специалистами. Детям первого - второго года жизни рекомендуются специализированные продукты, сбалансированные по пищевым веществам, соответственно возрасту, а также обогащенные минералами и витаминами [124].

1.2 Изделия для людей среднего возраста - изделия с пищевыми волокнами, отрубями, из цельносмолотого зерна.

В последние годы установлено, что нарушение процессов обмена и развитие некоторых заболеваний (атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаме�