автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Технология пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi

На правах рукописи

005058290

ГОЛОВИНСКАЯ ОКСАНА ВЛАДИМИРОВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ПШЕНИЧНОГО ХЛЕБА С ПРИМЕНЕНИЕМ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ ГРИБА МЕОивОМУСЕЭ ФБЕМ

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

16 МАЙ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2013

005058290

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

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Федорова P.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Арсеньева Т.П.

кандидат технических наук Машкин Д.В.

Ведущее предприятие: ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится « 22-» (МАлЯ. 2013 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики» по адресу: 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9., тел./факс 315-30-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «__{$_» CUA^JloUPu 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор технических наук, профессор

Колодязная B.C.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Традиционными технологиями приготовления пшеничного теста являются опарные и безопарные способы производства, которые предусматривают длительное брожение полуфабрикатов - от 3,5 до 7 часов. Такое брожение, хотя и обеспечивает хорошее качество хлеба, но имеет ряд недостатков - высокий, до 3-х процентов расход сухих веществ при брожении, использование для этих целей емкостного оборудовании больших объемов, необходимости круглосуточного режима производства. При этом данная технология не обеспечивает длительный срок хранения готовых изделий.

В настоящее время для увеличения сроков хранения хлеба применяют различные хлебопекарные улучшители и пищевые добавки, недостатком которых является их высокая стоимость.

Интенсификация процесса брожения теста, рациональное использование сырьевых ресурсов и увеличение сроков хранения хлеба позволит повысить рентабельность производства и на сегодняшний день является актуальной задачей.

Сокращение продолжительности брожения теста может быть достигнуто за счет повышения бродильной активности дрожжей, а увеличение сроков хранения готовых изделий - за счет микробиологической стабильности хлеба.

Одним из факторов, повышающим бродильную активность дрожжей, является дополнительное внесение углеводного и азотистого питания, которые зависят от гидролиза крахмала и белков муки, который в свою очередь обусловлен кислотностью питательной среды.

Фактором, обеспечивающим микробиологическую стойкость хлеба при хранении, является кислотность среды, повысить которую можно за счет дополнительного внесения органических кислот, на стадии приготовления теста.

Одним из продуцентов органических кислот является чайный гриб Мес1и-Ботусеэ gisevi, который широко используется в медицине и косметологии. Гриб представляет собой толстую слоистую плёнку, плавающую на поверхности жидкой питательной среды - культуральной жидкости чайного гриба. Мицели-альная пленка гриба состоит из культуры двух находящихся в симбиотических отношениях микроорганизмов: дрожжей и уксуснокислых бактерий.

Эффективность применения культуральной жидкости чайного гриба как напитка против многих болезней упоминается в работах виепШег Р, антибактериальные и антибиотические свойства гриба установили Г.А. Шакарян и Л.Т. Даниелова, сведения об использовании культуральной жидкости в качестве закваски при производстве кисломолочных напитков и молочнобелковых продуктов можно найти в работах Арсеньевой Т.П.

Использование культуральной жидкости как источника органических кислот с целью интенсификации процесса созревания теста и повышения микробиологической стойкости готового изделия может быть эффективно в технологии приготовления пшеничного хлеба.

При использовании гриба Мескшотусез в технологии приготовления пшеничного хлеба потребуется примерно 50 литров продуктов его

-АМ

метаболизма на 1 т хлеба. Поэтому могут возникнуть трудности с получением необходимого количества культуральной жидкости. Для решения этой проблемы необходимо налаживание промышленного производства продукта. Однако для этого потребуется знание кинетики протекания метаболических процессов в период развития гриба. Такие исследования, также как и влияние чайного гриба на процесс приготовления хлеба, ранее не проводились.

В связи с указанными обстоятельствами цель и задачи исследований можно сформулировать следующим образом.

Цель и задачи исследований. Цель работы - исследовать влияние культуральной жидкости гриба Ме^отусеБ gisevi на процесс приготовления, качество, микробиологическую стабильность и черствение пшеничного хлеба; разработать технологию пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости данного гриба.

Для достижения цели решались следующие задачи:

- изучить кинетику биологических процессов при культивировании гриба Меёизотусеэ

- определить физико-химические и микробиологические показатели культуральной жидкости гриба Мес1изотусез §1зеу1;

- исследовать влияние культуральной жидкости гриба МеёиБотусез

на процесс приготовления пшеничного хлеба;

- исследовать влияние культуральной жидкости на черствение и микробиологическую стабильность пшеничного хлеба при хранении;

- разработать технологию и техническую документацию на производство пшеничного хлеба с применением культуральной жидкостью гриба Меёиэо-тусеБ

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены кинетические закономерности протекания биологических процессов при культивировании гриба МеёизошусеБ §1зеу1 и получены уравнения, описывающие их;

- показано, что в состав культуральной жидкости входят органические кислоты, амилолитические и протеолитические ферменты;

-установлена эффективность применения культуральной жидкости гриба Мес1и5отусез £1зеу1 в технологии приготовления хлеба из пшеничной муки;

-установлено, что культуральная жидкость улучшает физико-химические, органолептические показатели качества пшеничного хлеба, повышает сжимаемость мякиша;

- показано, что культуральная жидкость повышает бродильную активность дрожжей и сокращает продолжительность брожения теста;

- доказано, что культуральная жидкость повышает микробиологическую стабильность, в том числе ингибирует развитие картофельной болезни, и увеличивает срок годности пшеничного хлеба.

Практическая значимость.

Обоснованы технологические параметры культивирования гриба и предложена схема производства культуральной жидкости гриба Меёизотусез

Применение культуральной жидкости гриба Меёизошусез £1зеу1 при производстве хлеба из пшеничной муки позволяет продлить срок годности на 3-5 сут, а также улучшить потребительские свойства готовых изделий.

На основании результатов исследований разработана техническая документация по производству пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости. Проведена промышленная апробация разработанной технологии пшеничного хлеба на «Сосновском хлебозаводе» Приозерский р-н, Ленинградская область. Результаты подтверждены актами и справками о внедрении.

Экономический эффект от уменьшения дозировки дрожжей и в отсутствии необходимости внесения улучшителей для сохранения свежести и микробиологической стойкости изделий при хранении в рецептуре пшеничного хлеба с культуральной жидкостью гриба Мес1шотусез составил на 1 тонну изделий 310 рублей. На технологию пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости получен патент №2430526 от 19.04.2010 г «Способ производства пшеничного хлеба».

Апробация работы. Результаты работы были представлены на международном агропромышленном конгрессе, Санкт-Петербург, 2009г; на XI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань, 20 Юг; на III Всероссийской конференции аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека», г. Кемерово, 20 Юг; на научно-технических конференциях СПбГУНиПТ, 2008-2009 гг.; конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ, 2010-2012 гг.; на II Всероссийском конгрессе молодых ученых «Биотехнологии и ресурсосберегающие инженерные системы», Санкт-Петербург, 2013г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, получен 1 патент РФ.

Научные положения, выносимые на защиту:

-результаты исследований кинетики протекания биологических процессов при культивировании гриба МейиБотусеБ gisevi

- компонентный состав культуральной жидкости;

- экспериментальные данные по влиянию культуральной жидкости гриба МесЬзотусеэ gisevi на качество, микробиологическую стабильность и технологические параметры производства хлеба из пшеничной муки;

-технология пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости гриба Мес1изотусе5

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающей 129 источников, из них 23 - иностранных и приложений. Диссертация содержит 82 страницы машинописного текста, 20 иллюстраций и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, изложена научная новизна и практическая значимость результатов диссертационной работы.

В аналитическом обзоре научно-технической литературы представлены сведения о способах интенсификации процесса созревания теста, сведения о

Сахар-песок

I

Чайный лист

составе культуральной жидкости и свойствах чайного гриба, методах диагностики и способах подавления картофельной болезни хлеба. Сформулированы цель и задачи исследований.

Объекты и методы исследования: постановка эксперимента. Объектами исследований выбраны мицелиальная пленка гриба, культуральная жидкость гриба Меёиэотусез §1зеу1, полуфабрикаты (тесто) и готовые изделия, выработанные в лабораторных условиях.

Гриб МесЪ^отусез gisevi представляет собой толстую слизистую расслаивающуюся пленку серовато-белого цвета, состоит из культуры двух находящихся в симбиотических отношениях микроорганизмов: дрожжей и уксуснокислых бактерий.

В питательную среду, содержащую 10-% сахарный раствор и 1% чая внесли мицелиальную пленку гриба и культивировали при температуре 20-25°С. Технологическая схема производства культуральной жидкости гриба Мес1шотусе5 представлена на рис. 1.

Для исследований использовали культуральную жидкость гриба, полученную на 8-10 день культивирования и имеющую показатели, представленные в табл. 1. Таблица 1- Физико-химические показатели культуральной жидкости

Просеивание

Вода1=1С0"С

И

Заваривание т= 10-15 сек

I _

Мицелиальная пленка

гриба Ме&иотусег

Фильтрование

Перемешивание + ~

Охлаждение

1 = 20-25 °С тв1= 8-10 сут Кг= 12 град

Культивирование

Фильтрование

На реализацию

Наименование показателя Значение

Редуцирующие сахара, % на СВ 1,7

Аминный азот, мг на 100 см'3 0,37

Кислотность, град 10-12

рН среды 3,5-4,0

Содержание СВ, % 7-10

Протеолитическая активность, ед/г 4,0

Декстриногенная активность, ед/ г 12,0

Рисунок 1 - Технологическая схема производства культуральной жидкости гриба МеёиБотусез gisevi

Установлено, что гриб МеёшотусеБ является проду-

центом следующих органических кислот: уксусной, муравьиной, пировиноградной, яблочной, глюконовой.

Все используемые в ходе исследований виды сырья соответствовали требованиям действующих нормативных документов. В работе применялись стандартные методики анализа полуфабрикатов и готовых изделий.

Микробиологическую стабильность хлеба анализировали по проявлению признаков картофельной болезни.

Состав микроорганизмов мицелиальной пленки гриба Мес^отусез и культуральной жидкости определяли чашечным методом, делая посев на питательные среды.

Содержание органических кислот в культуральной жидкости гриба определяли на хромато-масс-спектрометре НР-5989а в СПбГУ «Химический факультет».

Содержание токсичных элементов в культуральной жидкости определяли в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии».

При выполнении работы использовали математические методы планирования эксперимента. Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программ Сиг/еЕхреП и МаШсаё.

Схема проведения исследований представлена на рис. 2.

Рисунок 2. - Структурная схема исследований Исследование кинетики биологических процессов при культивировании гриба Меёиэотусез

Культивирование гриба МеёиБошусез проводили в течение 25 суток. Ежесуточно измеряли титруемую кислотность питательной среды и толщину мицелиальной пленки гриба. Результаты культивирования представлены на рис. 3 и 4. В результате математической обработки опытных данных было получено уравнение, описывающее изменения титруемой кислотности во времени:

к = а-Ь-е'("т)', (1)

где к - титруемая кислотность, град; т - время культивирования, сут; у. -удельная скорость изменения кислотности, 1/сут; ¿1 - показатель степени;

а - предельное значение кислотности, град; Ь =а-кн, где к„, соответствует начальной кислотности при т = 1 (рис.3.)- Численные значения параметров а, Ь, и с1 находятся экспериментально.

Приведем уравнение (1) к безразмерному виду, разделив обе части на к„.

7 а-Ъ-е^*

к= а-Ь ®

С практической точки зрения процесс накопления органических кислот при культивировании чайного гриба следует проводить до момента времени, при котором скорость увеличения кислотности достигнет максимальной величины и дальнейшее проведение процесса культивирования нецелесообразно.

Максимум скорости увеличения кислот в безразмерном виде можно определить, взяв производную функции к = Дт) и приравняв ее к нулю решить уравнение относительно времени, которое соответствует максимальной скорости.

Предположительно на кинетику изменения кислотности культуральной жидкости оказывает влияние масса гриба тг - /-к-р.Так как площадь (/) занимаемая грибом и его плотность (р) величины постоянные, то за изменением массы гриба в процессе культивирования можно следить по изменению его толщины (й).

Для примера изменение толщины мицелиальной пленки гриба в процессе культивирования, в безразмерном виде Л = А/йн, при начальной толщине И„ = 2 см, показано на рис.4. Для описания кинетики прироста биомассы гриба выбрано уравнение безразмерного вида

А(г)=1+(Гт)п, (4)

где А - текущее значение толщины мицелиальной пленки гриба; 1/у- время удвоения биомассы; п - показатель степени, характеризующий изменение скорости прироста биомассы гриба во времени.

Скорость прироста биомассы определяется взятием производной функции по времени

¿¿/¿г^итЧЧ (5)

Согласно рис. (4) и уравнению (5) при п<1 скорость прироста биомассы во времени понижается.

Опыты подтвердили зависимость скорости изменения кислотности куль-туральной жидкости от начальной толщины мицелиальной пленки гриба. Эта зависимость показана на рис. 5.

Из рис.5 видно, что зависимость скорости изменения кислотности от времени при различной толщине мицелиальной пленки гриба имеет ярко выраженный максимум.

Рисунок 5. - Зависимость скорости Рисунок 6. - ИзменениеІмслотности в

изменения кислотности от толщины процессе культивирования при различ-

мицелиальной пленки гриба ных

Максимум производной йк/йт увеличивается с увеличением начальной толщины мицелиальной пленки гриба, а время достижения этого максимума, уменьшается.

Обработка опытных данных показала, что параметры а, Ъ, и а' постоянны^ =24 град, Ъ =19 град, в. =2.75), удельная скорость изменения кислотности - ц зависит от начальной толщины мицелиальной пленки гриба. Значения ц при различных И„ приведены в табл. 2.

Таблица 2 - Значения удельной скорости изменения кислотности в зависимости от начальной толщины мицелиальной пленки гриба__

к, см 1 2 4

¡л, 1/сут 0,052 0,059 0,067

Изменение кислотности культуральной жидкости, вычисленной по уравнению (2) и по данным табл. 2, показано на рис.6.

Проведенные исследования позволяют перейти к расчетам и проектированию установки по получению культуральной жидкости и использованию ее в хлебопечении.

Влияние культуральной жидкости на процесс приготовления пшеничного хлеба

Культурапьную жидкость гриба Мес^отусеБ с выше перечислен-

ными показателями вносили в количестве 3, 5, и 7% к массе муки при замесе теста. Хлеб выпекали безопарным способом по ГОСТ 27842-88. Образцы выпекали формовые и подовые. Вода была частично заменена различным процентным содержанием культуральной жидкости Меск^отусеБ В качестве контрольного образца использовали хлеб, приготовленный из пшеничной муки высшего сорта. Рецептуры данных вариантов представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Рецептуры контрольного и опытных образцов

Общий расход сырья, кг на 100 кг муки

Сырье Контроль Опытные образцы с добавлением культуральной жидкости в количестве, %

3 5 7

Мука пшеничная в/с 100,0 100,0 100,0 100,0

Дрожжи прессованные хлебопекарные 2,5 2,5 2,5 2,5

Соль поваренная пищевая 1,5 1,5 1,5 1,5

Культуральная жидкость гриба Ме&иотусез ^БЄУІ - 3,0 5,0 7,0

Вода по расчету

Полученный хлеб обладал показателями, представленными в табл. 4.

Влажность, удельный объем и формоустойчивость готовых изделий не уступают контролю. Кислотность выше в образцах с добавлением любого процентного содержания культуральной жидкости гриба Мескшотусеэ gisevi.

Таблица 4 - Влияние культуральной жидкости на физико-химические показатели качества готовых изделий_

Наименование показателей Значения показателей качества хлеба

Контроль Опытные образцы с добавлением культуральной жидкости в количестве, %

3 5 7

Влажность, % 42,5±0,5 42,5±0,5 42,0±0,5 42,0±0,5

Кислотность, град 2,5±0,1 2,7±0,1 2,9±0Д 3,0±0,1

Пористость, % 81±2,0 80±2,0 81 ±2,0 80±2,0

Формоустойчивость, (Н:Э) 0,52 0,56 0,5 0,48

Удельный объем, см3/ г 3,5±0,1 3,7±0,1 3,8±0,1 3,5±0,1

Органолептические показатели качества контрольного образца уступали этим показателям в образцах с добавлением культуральной жидкости в различном процентном соотношении. В опытных образцах содержание ароматобра-зующих веществ превышает в 2 раза, по сравнению с контрольным.

Анализируя опытные данные, было установлено, что внесение культуральной жидкости гриба в количестве 5% к массе муки хлеб имел наилучшие органолептические и физико-химические показателями.

Влияние культуральной жидкости на бродильную активность дрожжей

Важным технологическим показателем приготовления пшеничного хлеба является время брожения теста. Сокращение продолжительности брожения теста может быть достигнуто за счет повышения бродильной активности дрожжей.

Одним из факторов, повышающими бродильную активность дрожжей, является: дополнительное внесение углеводного и азотистого питания.

При анализе культуральной жидкости было определено содержание в ней а-аминного азота и редуцирующих Сахаров, что служит дополнительным питанием для дрожжей и может привести к повышению их бродильной активности.

Для определения влияния культуральной жидкости на бродильную активность дрожжей, был приготовлен образец пшеничного теста, согласно рецептуре, представленной в табл. 3, с 5% культуральной жидкости чайного гриба кислотностью 12 град.

В качестве контрольного образца использовался образец пшеничного теста, без добавления культуральной жидкости. Изменение содержания редуцирующих Сахаров и а-аминного азота в процессе брожения теста показано на рис. 6 и 7. Изменение интенсивности газообразования в тесте представлено на рис. 8.

Бродильную активность дрожжей определяли по количеству, выделившейся С02 при брожении. Интенсивность газообразования в тесте определяли на приборе АГ-1М в течение 3 часов.

Рисунок 7. - Содержание редуци- Рисунок 8. - Содержание

рующих Сахаров в тесте а-аминного азота в тесте

Анализируя рисунки (7),(8) и (9), установили, что по содержанию редуцирующих Сахаров и а-аминного азота контрольный образец, значительно уступает опытному образцу. Кроме того, в опытном образце выделение С02

происходит значительно интенсивней. После 120 минут брожения объем выделившегося С02 в опытном образце в 1,5 раза больше контрольного образца. Накопление максимального количества С02 в контрольном тесте происходит через 180 минут брожения и составляет 38 см3. Такое же количество С02 в опытном достигается уже через 120 минут брожения. Более интенсивное образование С02 в опытном образце является предпосылкой для сокращения продолжительности брожения теста.

Влияние кулътуральной жидкости на кислотонакопление Одним из показателей готовности теста к разделке является его титруемая кислотность, которая на конец брожения теста из муки высшего сорта должна составить 3-3,5 градуса.

В опытном и контрольном образцах теста определяли титруемую кислотность. Общая продолжительность брожения теста составляла 150-170 мин, что соответствует стандартному времени брожения безопарного теста. Изменение

♦+♦ кмтголь 4.ДД контроль

Рисунок 9. - Интенсивность Ристнок 10. - Изменение кислотности

газообразования в тесте теста в процессе брожения

В опытном и контрольном образцах значение кислотности, равное 3 град, достигается в контрольном образце через 150 минут брожения, а в опытном через 100. Такое интенсивное нарастание кислотности в тесте, приготовленном с добавлением кулмуральной жидкости, позволит сократить продолжительность брожения теста на 25-30%.

Качество готовых изделий оценивали по физико-химическим показателям. Данные представлены в табл. 5.

Физико-химические показатели опытного образца не уступают контролю. Следует отметить, что в опытном образце удельный объем хлеба больше, по сравнению с контрольным образцом, несмотря на сокращение продолжительности брожения теста на 25%.

По вкусу и запаху контрольный образец уступал опытному с добавлением культуральной жидкости Меёшотусез gisevi.

Таблица 5 - Влияние продолжительности брожения теста на физико-химические показатели качества пшеничного хлеба

Наименование показателей Значения показателей качества хлеба при продолжительности брожения

Контроль -150 мин Опыт - 100 мин

Влажность, % 42,0±0,5 42,5±0,5

Кислотность, град 2,4±0,1 2,8±0,1

Пористость, % 79±2,0 80±2,0

Удельный объем, см3/г 3,4±0,1 3,7±0,1

Формоустойчивость (Н:Б) 0,52 0,50

Влияние культуральной жидкости на дозировку дрожжей при приготов-

лении пшеничного хлеба Повышение бродильной активности дрожжей в образцах с культуральной жидкостью создает предпосылки к сокращению дозировки дрожжей в рецептуру пшеничного хлеба.

Был приготовлен контрольный образец теста без культуральной жидкости и опытные образцы, с 5% культуральной жидкости кислотностью 10-12 град и снижено на 10, 20, 30 и 40% количество вносимых дрожжей от количества, необходимого по рецептуре.

Продолжительность брожения всех образцов теста составляла 180 мин. Эффективность снижения дозировки вносимых дрожжей оценивали по качественным показателям готовых изделий. Результаты эксперимента приведены в табл. 6.

Таблица 6 - Влияние культуральной жидкости на физико-химические показатели качества пшеничного хлеба

Наименование показателей Значения показателей качества хлеба

Контроль Опытные образцы с уменьшенной дозировкой дрожжей на, %

10 20 30 40

Удельный объем хлеба, см3/г 3,б±0,1 3,8±0,1 3,7±0,1 3,7±0,1 3,4±0,1

Н:0 0,51 0.56 0,50 0,54 0,60

Кислотность, град 2,6±0,1 2,7±0,1 2,7±0,1 2,6±0,1 2,6±0,1

Влажность, % 42,5±0,5 42,0±0,5 42,0±0,5 42,0±0,5 42,0±0,5

Пористость, % 67,0±2,0 77,0±2,0 72,0±2,0 65,0±2,0 64,0±2,0

Из табл. 6 видно, что с уменьшением дозировки дрожжей до 30%, удельный объем, кислотность и пористость соответствуют контролю, при уменьшении - свыше 30% дрожжей эти показатели снижаются.

Органолептические показатели качества контрольного образца уступали этим показателям в образцах с добавлением культуральной жидкости МеёшотусеБ §ізєуі.

В результате исследований было установлено внесение 5% культуральной жидкости чайного гриба кислотностью 10-12 град позволяет сокращать дозировку дрожжей до 30% от их рецептурного количества, с сохранением

времени брожения. Хлеб по физико-химическим и органолептическим показателям не уступал контролю. Дальнейшее снижение дозировки дрожжей приводит к уменьшению объема хлеба и ухудшению вкуса и запаха хлеба.

Влияние культуральной жидкости гриба на черствение пшеничного

хлеба

Были проведены исследования влияния культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi на процесс черствения хлеба, оценку которого проводили по состоянию мякиша.

Определение сжимаемости мякиша хлеба в процессе хранения проводили на пенетрометре Labor-1.

В результате проведенных исследований установлено, что через 72 часа в

опытных образца сжимаемость мякиша D„„,ra„„ ,, Q ,„„„

г Рисунок 11. - Влияние культуральной

уменьшилась на 45% , а у контрольного жидкости на черствение хлеба при хране-образца на 50%. При дальнейшем нии

хранении (после 7 суток) сжимаемость выше в образце с добавлением культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi. Данные исследований представлены на рис. 11.

Внесение культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi в рецептуру пшеничного хлеба позволяет замедлить процесс черствения, повысить сроки хранения изделий.

Исследование антибактериального действия культуральной жидкости на микробиологическую стабильность пшеничного хлеба

При хранении хлеба в нем могут происходить микробиологические процессы, ухудшающие качество хлеба и приводящие к его микробиологической порчи. Наиболее часто встречается картофельная болезнь хлеба. К возбудителям картофельной болезни относят спорообразующие бактерии - Bacillus subtilis и Bacillus licheniformis (картофельная палочка).

Повышение кислотности подавляет жизнедеятельность и размножение возбудителей болезни, поэтому картофельная болезнь в основном наблюдается у пшеничного хлеба с низкой кислотностью. При внесении культуральной жидкости гриба происходит увеличение кислотности хлеба.

Было установлено, что культуральная жидкость обладает высокой кислотность 12 град и имеет явно выраженную антагонистическую активность по отношению к споровой папочке Bacillus subtilis, это позволяет повысить кислотность хлеба и предотвратить развитие картофельной болезни хлеба.

Оценивали состояние мякиша после 24, 36 и 48 ч термостатирования, при температуре 37 °С. Результаты представлены в табл. 7.

120 г-----

24 48 72 144

Таблица 7 - Влияние культуральной жидкости гриба Мескюотусез §1зеу1 на развитие картофельной болезни хлеба__

Время, ч Контрольный образец Опытный образец

24 неприятный запах, липковатый мякиш Признаки болезни отсутствуют

36 усиление неприятного запаха и липкости мякиша Изменение цвета мякиша: образование темных пятен; Признаки болезни отсутствуют

48 Очень резкий неприятный запах, липкий заминающийся мякиш, большее потемнение мякиша, образование тянущихся слизистых нитей Появление слабого специфичного запаха, легкое изменение цвета мякиша

Введение в рецептуру хлеба пшеничного культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi в концентрации не менее 5% к массе муки оказывает антагонистическое воздействие на жизнедеятельность споровой палочки Bacillus subtilis, что обеспечит в дальнейшем повышение микробиологической стабильности хлеба.

Выводы и результаты исследований

1. В результате исследований кинетики культивирования гриба полученные уравнения (1, 3 и 4) позволяющие прогнозировать течение биологических процессов и время культивирования, что необходимо при разработке технологии производства культуральной жидкости в промышленных условиях и проектировании производственной установки.

2. Исследование компонентного состава культуральной жидкости, показало, что в ее состав входят: органические кислоты, амилолитические и про-теолитические ферменты, которые влияют на скорость биологических процессов созревания теста

3. Установлено, что внесение культуральной жидкости гриба в рецептуру пшеничного хлеба в количестве 5% к массе муки, сокращает продолжительность брожения теста на 34%, а также дозировку дрожжей на 30% от их рецептурного количества.

4. Показано, что добавление культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi в количестве 5% к массе муки повышает микробиологическую стабильность пшеничного хлеба и ингибирует развитие споровой палочки Bacillus subtilis.

5. На основании физико-химических, органолептических, микробиологических и других показателей безопасности обоснованы сроки годности пшеничного хлеба при t=23±2°C, составляющие 144 ч.

6. Разработана технология пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости гриба Medusomyces gisevi, позволяющая сократить продолжительность брожения, снизить дозировку дрожжей, повысить микробиологическую стабильность и пролонгировать срок годности.

7. Разработана техническая документация по производству пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости. Апробация данной технологии проведена на «Сосновском хлебозаводе» Приозерский р-н, Ленинградская область. Экономический эффект составил на 1 тонну изделий 310 рублей.

Список опубликованных работ

1. Головинская, О.В. Применение чайного гриба в хлебопечении / О.В.Головинская // Сборник молодых ученых СПбГУНиПТ, ч. I. - 2009. - С. 4-6.

2. Головинская, О.В. Использование микрофлоры Medusomyces gisevi при производстве пшеничного хлеба лечебно-профи-лактического назначения / О.В. Головинская, P.A. Федорова // Известия СПбГУНиПТ. - 2009. - № 2. - С. 21-23.

3. Головинская, О.В. Организация производства хлеба с использованием нетрадиционной добавки / О.В. Головинская, P.A. Федорова // Материалы международного агропромышленного конгресса. - СПб. -2009. -С. 126.

4. Головинская, О.В. Способ производства пшеничного хлеба с применением чайного гриба / О.В. Головинская, P.A. Федорова // Сборник научных трудов СПбГАУ. - 2009. - С. 151-155.

5. Головинская, О.В. Использование нетрадиционной добавки - чайного гриба в хлебопечении / О.В. Головинская // Тез.докл. XI международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», ч. 1 .Казань. - 2010. - С.38.

6. Головинская, О.В. Использование нетрадиционного сырья в производстве хлебобулочных изделий / О.В. Головинская // Тез. докл. Материалы III Всероссийской конференции аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека». - Кемерово. - 2010. - С. 121-122.

7. Головинская, О.В. О возможности использования гриба Medusomyces gisevi при производстве пшеничного хлеба / О.В. Головинская, P.A. Федорова // Известия СПбГАУ. - 2010. - №19. - С. 60-64.

8. Головинская, О.В. Хлеб функционального назначения с добавкой настоя чайного гриба / / О.В. Головинская, P.A. Федорова // Хлебопечение России. - 2011. - № 6. - С. 22-23.

9. Пат.2430526 Российская Федерация, МПК A21D8/02, МПК A21D8/04. Способ производства пшеничного хлеба / О.В. Головинская, Р.А.Федорова. №2010116126/13; заявл. 19.04.2010; опубл. 10.10.2011

Подписано в печать 16. Ш), , формат 60хВ41/16 Усл. печ.л.07- Печ.л.М). 1,25 Тираж 8В' экз. Заказ № 71.

НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИКИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул, Ломоносова, 9

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ»

На правах рукописи

I

ГОЛОВИНСКАЯ ОКСАНА ВЛАДИМИРОВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ПШЕНИЧНОГО ХЛЕБА С ПРИМЕНЕНИЕМ КУЛЬТУРАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ ГРИБА MEDUSOMYCES GISEVI

Специальность 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов

t

и биологических активных веществ |

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., доцент Федорова P.A.

Санкт-Петербург 2013

(D 00 СМ СО Ю СО

со о

CNJ

CD О

см ^

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................5

1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ..........................................................10

1.1. Способы приготовления пшеничного теста........................................................10

1.2. Способы интенсификации процесса брожения пшеничного теста...................12

1.3. Факторы, влияющие на бродильную активность хлебопекарных....................16

дрожжей и способы ее повышения..............................................................................16

1.4. Активаторы брожения биологической и химической природы........................18

1.5. Возможность применения гриба МесЬдБотусез 01зеу1 в технологии приготовления пшеничного теста................................................................................20

1.6. Способы продления свежести хлебобулочных изделий....................................23

1.7. Способы повышения микробиологической стойкости хлеба при хранении ...25

1.8. Способы получения культуральной жидкостигриба МеёшотусеБ С1зеу1......29

2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................................................33

2.1. Объекты исследования...........................................................................................33

2.1.1. Мицелиальная пленка гриба МеёизошусеБ ...........................................33

2.1.2. Культуральная жидкость гриба МеёшотусеБ gisevi.......................................34

2.2. Материалы исследований......................................................................................35

2.3. Методы исследования............................................................................................35

2.3.1.Приготовление питательной среды для культивирования...............................35

гриба МеёшотусеБ gisevi.............................................................................................35

2.3.2.Способ и режим культивирования чайного гриба............................................35

2.3.3. Методика культивирования микроорганизмов................................................36

2.3.4. Методика проведения эксперимента.................................................................37

2.4. Методы определения..............................................................................................41

2.4.1. Методы определения физико-химических показателей муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта.....................................................................................42

2.4.2. Методы определения компонентного состава и физико-химических показателей культуральной жидкости гриба МеёизошусеБ gisevi...........................42

2.4.3. Методы определения физико-химических показателей полуфабрикатов.....47

2.4.4. Методы определения физико-химических показателей качества..................49

готовых изделий.............................................................................................................49

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ..................................52

3.1. Исследование кинетики биологических процессов при культивировании гриба Месішотусез §ізєуі........................................................................................................52

3.2. Исследование компонентного состава, физико-химических, органолептических и микробиологических показателей культуральной жидкости гриба Месішотусез gisevi.............................................................................................56

3.3. Исследование влияния культуральной жидкости гриба МескіБотусез gisevi на процесс приготовления пшеничного хлеба................................................................63

3.3.1. Исследование влияния массовой доли культуральной жидкости гриба МеёшотусеБ gisevi на качество теста и готовых изделий........................................63

3.3.1.1. Влияние культуральной жидкости гриба МеёизотусеБ gisevi на физико-химические и органолептические показатели качества теста.................................63

3.3.1.2. Влияние культуральной жидкости гриба Меёшотусез gisevi физико-химические и органолептические показатели хлеба................................................65

3.3.1.3. Влияние культуральной жидкости гриба Месішотусез gisevi...................67

на черствение изделий в процессе хранения..............................................................67

3.3.1.4.Влияние культуральной жидкости гриба МеёшотусеБ gisevi на содержание ароматических веществ в хлебе..............................................................68

3.3.2.Исследование влияния культуральной жидкости гриба МеётотусеБ gisevi на бродильную активность дрожжей...........................................................................69

3.3.2.1. Влияние культуральной жидкости гриба Меёшотусез gisevi...................70

на содержание редуцирующих Сахаров в тесте..........................................................70

3.3.2.2. Влияние культуральной жидкости гриба МеёшотусеБ gisevi на содержание а-аминного азота в тесте..........................................................................71

3.3.2.3. Влияние культуральной жидкости гриба МеёизошусеБ gisevi на процесс газообразования в тесте................................................................................................72

3.3.3.Исследование влияния культуральной жидкости гриба Меёшотусез gisevi на процесс кислотонакопления в тесте.......................................................................73

3.3.4. Исследование влияния культуральной жидкости гриба на дозировку

дрожжей при производстве пшеничного хлеба..........................................................76

3.3.4. ¡.Возможность сокращения дозировки дрожжей при приготовлении пшеничного теста...........................................................................................................76

3.3.4.2. Влияние уменьшенной дозировки дрожжей на физико-химические..........77

показатели качества теста.............................................................................................77

3.3.4.3. Влияние уменьшенной дозировки дрожжей на физико-химические..........80

и органолептические показатели качества хлеба.......................................................80

3.4. Исследование влияния культуральной жидкости гриба на черствение пшеничного хлеба..........................................................................................................83

3.5. Исследование антибактериального действия культуральной жидкости на микробиологическую стабильность пшеничного хлеба............................................84

3.6. Разработка технической документации по производству пшеничного хлеба с

применением культуральной жидкости гриба............................................................86

Выводы и результаты исследований...........................................................................87

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................................88

Приложение А...................................................................................101

Приложение Б.................................................................................. 103

Приложение В...................................................................................107

Приложение Г...................................................................................127

ВВЕДЕНИЕ

Традиционными технологиями приготовления пшеничного теста являются опарные и безопарные способы производства, которые предусматривают длительное брожение полуфабрикатов - от 3,5 до 7 часов. Такое брожение, хотя и обеспечивает хорошее качество хлеба, но имеет ряд недостатков - высокий, до 3-х процентов расход сухих веществ при брожении, использование для этих целей емкостного оборудовании больших объемов, необходимости круглосуточного режима производства. При этом данная технология не обеспечивает длительный срок хранения готовых изделий.

В настоящее время для увеличения сроков хранения хлеба применяют различные хлебопекарные улучшители и пищевые добавки, недостатком которых является их высокая стоимость.

Интенсификация процесса брожения теста, рациональное использование сырьевых ресурсов и увеличение сроков хранения хлеба позволит повысить рентабельность производства и на сегодняшний день является актуальной задачей.

Сокращение продолжительности брожения теста может быть достигнуто за счет повышения бродильной активности дрожжей, а увеличение сроков хранения готовых изделий - за счет микробиологической стабильности хлеба.

Одним из факторов, повышающим бродильную активность дрожжей, является дополнительное внесение углеводного и азотистого питания, которые зависят от гидролиза крахмала и белков муки, который в свою очередь обусловлен кислотностью питательной среды.

Фактором, обеспечивающим микробиологическую стойкость хлеба при хранении, является кислотность среды, повысить которую можно за счет дополнительного внесения органических кислот, на стадии приготовления теста.

Одним из продуцентов органических кислот является чайный гриб Меёи-Бошусез gisevi, который широко используется в медицине и косметологии. Гриб представляет собой толстую слоистую плёнку, плавающую на поверхности жид-

кой питательной среды - культуральной жидкости чайного гриба. Мицелиальная пленка гриба состоит из культуры двух находящихся в симбиотических отношениях микроорганизмов: дрожжей и уксуснокислых бактерий.

Эффективность применения культуральной жидкости чайного гриба как напитка против многих болезней упоминается в работах ОиепАег Б, антибактериальные и антибиотические свойства гриба установили Г.А. Шакарян и Л.Т. Да-ниелова, сведения об использовании культуральной жидкости в качестве закваски при производстве кисломолочных напитков и молочнобелковых продуктов можно найти в работах Арсеньевой Т.П.

Использование культуральной жидкости как источника органических кислот с целью интенсификации процесса созревания теста и повышения микробиологической стойкости готового изделия может быть эффективно в технологии приготовления пшеничного хлеба.

При использовании гриба МеёшотусеБ gisevi в технологии приготовления пшеничного хлеба потребуется примерно 50 литров продуктов его метаболизма на 1 т хлеба. Поэтому могут возникнуть трудности с получением необходимого количества культуральной жидкости. Для решения этой проблемы необходимо налаживание промышленного производства продукта. Однако для этого потребуется знание кинетики протекания метаболических процессов в период развития гриба. Такие исследования, также как и влияние чайного гриба на процесс приготовления хлеба, ранее не проводились.

В связи с указанными обстоятельствами цель и задачи исследований можно сформулировать следующим образом.

Цель и задачи исследований. Цель работы - исследовать влияние культуральной жидкости гриба Меёизотусез gisevi на процесс приготовления, качество, микробиологическую стабильность и черствение пшеничного хлеба; разработать технологию пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости данного гриба. Для достижения цели решались следующие задачи:

- изучить кинетику биологических процессов при культивировании гриба

МесІшотусеБ gisevi;

- определить физико-химические и микробиологические показатели культураль-ной жидкости гриба МеёизошусеБ gisevi;

- исследовать влияние культуральной жидкости гриба МеёшотусеБ gisevi на процесс приготовления пшеничного хлеба;

- исследовать влияние культуральной жидкости на черствение и микробиологическую стабильность пшеничного хлеба при хранении;

- разработать технологию и техническую документацию на производство пшеничного хлеба с применением культуральной жидкостью гриба МесІшотусеБ бєуі.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- выявлены кинетические закономерности протекания биологических процессов при культивировании гриба Месішотусез £Ізєуі и получены уравнения, описывающие их;

- показано, что в состав культуральной жидкости входят органические кислоты, амилолитические и протеолитические ферменты;

-установлена эффективность применения культуральной жидкости гриба Меёи-БотусеБ gisevi в технологии приготовления хлеба из пшеничной муки; -установлено, что культуральная жидкость улучшает физико-химические, орга-нолептические показатели качества пшеничного хлеба, повышает сжимаемость мякиша;

- показано, что культуральная жидкость повышает бродильную активность дрожжей и сокращает продолжительность брожения теста;

- доказано, что культуральная жидкость повышает микробиологическую стабильность, в том числе ингибирует развитие картофельной болезни, и увеличивает срок годности пшеничного хлеба

Практическая значимость

Обоснованы технологические параметры культивирования гриба и предложена схема производства культуральной жидкости гриба МеёизошусеБ gisevi.

Применение культуральной жидкости гриба Меёшотусез gisevi при производстве хлеба из пшеничной муки позволяет продлить срок годности на 3-5сут, а также улучшить потребительские свойства готовых изделий.

На основании результатов исследований разработана техническая документация по производству пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости. Проведена промышленная апробация разработанной технологии пшеничного хлеба на «Сосновском хлебозаводе» Приозерский р-н, Ленинградская область. Результаты подтверждены актами и справками о внедрении.

Экономический эффект от уменьшения дозировки дрожжей и в отсутствии необходимости внесения улучшителей для сохранения свежести и микробиологической стойкости изделий при хранении в рецептуре пшеничного хлеба с культуральной жидкостью гриба МеёшотусеБ gisevi составил на 1 тонну изделий 310 рублей. На технологию пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости получен патент №2430526 от 19.04.2010 г «Способ производства пшеничного хлеба».

Апробация работы. Результаты работы были представлены на международном агропромышленном конгрессе, Санкт-Петербург, 2009г; на XI международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань, 20 Юг; на III Всероссийской конференции аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека», г. Кемерово, 20 Юг; на научно-технических конференциях СПбГУНиПТ, 2008-2009 гг.; конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ, 2010-2012 гг.; на II Всероссийском конгрессе молодых ученых «Биотехнологии и ресурсосберегающие инженерные системы», Санкт-Петербург, 2013г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 8 печатных

работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, получен 1 патент РФ.

Научные положения, выносимые на защиту:

-результаты исследований кинетики протекания биологических процессов при культивировании гриба Меёшотусез gisevi

- компонентный состав культуральной жидкости;

- экспериментальные данные по влиянию культуральной жидкости гриба Меёи-БотусеБ gisevi на качество, микробиологическую стабильность и технологические параметры производства хлеба из пшеничной муки;

-технология пшеничного хлеба с применением культуральной жидкости гриба МеёшотусеБ gisevi

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающей 129 источников, из них 23 - иностранных и приложений. Диссертация содержит 82 страницы машинописного текста, 20 иллюстраций и 18 таблиц.

1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Способы приготовления пшеничного теста

На хлебозаводах тесто готовится разными способами. Выбор способа тесто-приготовления зависит от вида изделия, сорта муки и аппаратурно-технологической схемы производства [78].

Способы приготовления пшеничного теста могут быть однофазными и многофазными. Традиционными способами приготовления пшеничного теста являются опарный и безопарный.

Многофазные способы включают опарные способы и приготовление теста на специальных полуфабрикатах. Опарный способ заключается в приготовлении теста в две фазы: первая - приготовление опары и вторая - приготовление теста. Специальные полуфабрикаты отличаются по содержанию микрофлоры (концентрированная молочнокислая закваска, пропионовокислая закваска) и по влажности. Двухфазные способы предусматривают длительное брожение (продолжительность брожения опары 3-4,5 часа, продолжительность брожения теста 1-1,5 часа), что способствует улучшению структуры клейковины теста, в результате хлеб получается с более развитой пористостью и с высоким содержанием ароматических и вкусовых веществ.

При приготовлении пшеничного теста на заквасках, тесто готовится также в 2 стадии: первая - приготовление закваски, вторая - приготовление теста. При использовании закваски и опары легче предупредить дефекты хлеба, сокращается расход дрожжей.

Закваски применяют как для интенсификации технологического процесса, улучшения качества хлеба, разрыхления теста так и для повышения его микробиологической чистоты, предотвращения заболевания хлеба картофельной болезнью.

Однако опарный способ и приготовление теста на заквасках требует боль-

шего количества операций, более сложного оборудования, больших производственных площадей, ведет к большим потерям сухих веществ при брожении. Эти способы очень длительны и трудоемки.

При однофазном способе при замесе теста вносится все сырье, предусмотренное рецептурой. К таким способам относят безопарный и ускоренный способы. Осо�