Разработка технологии использования хмелевого экстракта в производстве хлебобулочных изделий

Одной из важнейших проблем, стоящих перед хлебопекарной отраслью, является расширение ассортимента улучшенных сортов полноценных пищевых продуктов на основе использования традиционного и нового сырья в целях организации рационального и сбалансированного питания населения. Немаловажное значение имеет разработка и внедрение новых биотехнологических процессов, позволяющих интенсифицировать производство и обеспечить стабильно высокое качество продукции.

В Российском хлебопечении традиционно особое место занимает ассортимент и биотехнология хлеба с использованием ржаной муки и других видов сырья. С точки зрения пищевой ценности характерной особенностью ржаной муки является повышенное содержание в ней витаминов группы В, минеральных элементов, пищевых волокон. Хлеб из ржаной муки отличается от пшеничного неповторимым вкусом и ароматом, сохраняет свои потребительские свойства значительно дольше. Его высокая кислотность является защитой от контаминирующей микрофлоры, прежде всего плесеней и бактерий. Наукой о питании доказано, что хлеб из ржаной муки полезнее пшеничного. Его ценность обусловлена большим количеством незаменимых аминокислот, в частности, лизина и аргинина, а также витаминов группы В и РР [61].

В то же время, с точки зрения функциональных свойств ржаная мука характеризуется повышенной активностью амилолитических ферментов (аи амилазы), низкой температурой начала клейстеризации крахмала (55°С) и вследствие этого, интенсивным гидролизом последнего до декстринов и мальтозы в период расстойки и первый период выпечки с выделением ранее связанной воды, что может обуславливать ряд дефектов мякиша хлеба и, соответственно для избежания их проявления требует применения специфических технологий.

Интенсивность протекания биотехнологических процессов приготовления и качество хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки в значительной степени зависит от свойств основного полуфабриката, необходимого для его производства — ржаной закваски. В настоящее время приготовление ржаных полуфабрикатов — сложный многоступенчатый процесс, в основе которого лежит направленное культивирование микроорганизмов с заданными биохимическими, бактерицидными и технологическими свойствами. Существенный теоретический и практический вклад в исследование этих процессов внесли такие ученые, как JI.H. Казанская, О. В. Афанасьева, Л. И. Кузнецова, Р. Д. Поландова, Л. П. Пащенко, H.A. Лабутина и др.

Однако многогранность одновременно протекающих в такой системе процессов, обуславливает ряд нерешенных задач в этой технологии, среди которых проблемы сохраняемости первоначально внесенных культур, накопление ароматических и вкусовых веществ, обуславливающих потребительские свойства готовых изделий и другие. Необходимо создание новых, более эффективных специальных добавок и препаратов, интенсифицирующих и оптимизирующих приготовление теста, в то же время повышающих качество хлеба и продлевающих период сохранения его свежести [10].

Поэтому проведение исследований по совершенствованию существующих и разработке новых технологий приготовления хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки, как на стадии получения полуфабрикатов, так и готовых изделий, представляет научный и практический интерес [85]. В том числе необходима выработка и систематизация подходов к повышению показателей закваски, которые могут быть основаны на определении роли каждого фактора в метаболических процессах, протекающих при ее приготовлении. В связи с чем, представляется своевременным и актуальным проведение комплексных исследований, направленных на выявление закономерностей и разработку технологических решений, обеспечивающих повышение биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски и, соответственно, потребительских свойств хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки.

Цель работы: научное обоснование и разработка модифицированных технологий повышения показателей качества жидкой ржаной закваски, способствующих улучшению потребительских свойств хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки, посредством направленного воздействия на состав ее питательной смеси.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1) разработка способа получения хмелевого экстракта, изучение его состава и свойств;

2) обоснование использования продуктов переработки хмеля в качестве стабилизирующего фактора микрофлоры жидкой ржаной закваски;

3) разработка технологических параметров приготовления жидкой ржаной закваски с внесением хмелевого экстракта в состав питательной смеси;

4) исследование микробиологических, биотехнологических, реологических и сенсорометрических свойств полуфабрикатов с внесением хмелевого экстракта;

5) формализация и проверка адекватности модели множественной регрессии изменения биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски в процессе брожения;

6) исследование влияния хмелевого экстракта в составе жидкой ржаной закваски на показатели качества и потребительские свойства хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки;

7) разработка модифицированных технологий приготовления хлеба и хрустящих хлебцев с использованием хмелевого экстракта;

8) разработка технической документации на хмелевой экстракт, хлеб с хмелевым экстрактом, ржано-пшеничные хлебцы хрустящие с хмелевым экстрактом;

9) опытно-промышленная апробация основных результатов исследований и расчет экономической эффективности.

Научная новизна.

1. Разработан и научно обоснован системный подход к повышению качества хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки посредством внесения в рецептурный состав хмелевого экстракта на стадии созревания закваски и теста.

2. Оптимизированы параметры процесса получения хмелевого экстракта.

3. Установлено влияние хмелевого экстракта на микрофлору жидкой ржаной закваски и контаминирующую микрофлору муки.

4. Установлена динамика и кинетика изменения биотехнологических свойств закваски и теста при протекании технологических операций созревания закваски и теста.

5. Исследована зависимость ароматобразующих веществ закваски, теста и хлеба от дозировки хмелевого экстракта.

6. Разработаны математические модели множественной регрессии изменения биотехнологических показателей жидкой ржаной закваски и теста в процессе брожения.

7. Установлено влияние хмелевого экстракта на показатели качества и потребительские свойства хлеба и хрустящих хлебцев из смеси ржаной и пшеничной муки.

Практическая значимость.

1. Обосновано практическое применение хмелевого экстракта в технологии хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки на стадии приготовления жидкой ржаной закваски.

2. Предложен способ получения хмелевого экстракта.

3. Установлены рациональные дозировки хмелевого экстракта, способствующие повышению показателей жидкой ржаной закваски, интенсификации ее созревания и улучшению потребительских свойств готовых изделий.

4. Разработаны рекомендации по параметрам использования хмелевого экстракта в технологии хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки.

5. Обосновано практическое применение хмелевого экстракта в технологии хрустящих хлебцев.

6. На способ получения хмелевого экстракта получен патент РФ № 2 322 484. На способ получения жидкой закваски для приготовления хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки с добавлением хмелевого экстракта получен патент РФ № 2 314 698. На способ получения ржаного и ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой» получен патент РФ № 2 329 649.

7. Разработаны проекты технической документации (технические условия, рецептуры и технологические инструкции) ТУ 9113−072−20 681 082 007 «Хлеб «Хмелевой», ТИ и РЦТУ 9184−071−2 068 108−2007 «Экстракт Хмелевой», ТИ и РЦТИ — 2 068 108−001−2007 «Хлебцы ржано-пшеничные хрустящие «Арома», РЦ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на ХЫП, ХЫУ и ХЬУ отчетных научных конференциях ВГТА за 2004, 2005 и 2006 гг. (Воронеж, ВГТА, 2004;2006 г.), на III Международной конференции «Экстракция органических соединений» (Воронеж, 2005 г.), опубликованы в виде статей в журналах: «Хлебопродукты» (№ 4, 2007 г., № 9, 2007 г., № 5, 2008 г.), «Хлебопек» (№ 2, 2006 г., № 3, 2007 г), «Системный анализ и управление в биомедицинских системах» (Том 6, № 4, 2007 г.), «Хранение и переработка зерна» (№ 5, 2008 г., № 7, 2008 г) — в сборниках научных трудов: «Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты» (Москва, РАЕН, 2005 г.), «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, УГЭУ, 2006, 2007, 2008 гг.) — в виде тезисов: Ш-й Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными природными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, РАЕН, 2005 г.), Ш-й Юбилейной международной выставкиконференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2005 г.), У-ой и У1-ой научно-практических конференций «Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности» (Воронеж, ВМИПК,, 2005, 2006 гг.), общероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, КГТУ, 2006 г.), У-ой У1-ой международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, МГУП, 2006, 2007 гг.), УШ-ой, 1Х-ой всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, КГТУ, 2007, 2008 гг.).

Результаты работы представлялись на:

— юбилейной выставке, посвященной 75-летию ВГТА (20−21 октября 2005 г.);

— 21-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (23−25 ноября 2005 г.), награждены дипломом за разработку ржано-пшеничного хлеба с добавлением хмелевого экстракта;

— 22-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (29−31 марта 2006 г.), награждены дипломом за разработку технологии хлеба «Хмелевой»;

— 23-й межрегиональной выставке «ПРОДТОРГ» (22−24 ноября 2006 г.), награждены дипломами за разработку ржано-пшеничных хлебцев «Арома» и за разработку ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой»;

— специализированной выставке «Усадьба-2007» награждены дипломами за разработку технологий приготовления ржано-пшеничных хлебцев «Арома» и ржаного и ржано-пшеничного хлеба «Хмелевой» с различными добавками.

Проведена производственная апробация способа регулирования показателей жидкой ржаной закваски и способа приготовления хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки с использованием хмелевого экстракта в условиях ОАО «Хлебозавод № 7» г. Воронежа.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 27 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературных источников, экспериментальной части из 5 глав, списка источников, 5 приложений.

Список литературы

включает 120 источников российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 166 страницах основного текста, включает 78 рисунков и 30 таблиц. Приложения содержат проекты технической документации на хлеб «Хмелевой», экстракт хмелевой, хлебцы ржано-пшеничные хрустящие «Арома», акты производственных испытаний, патенты, дипломы 21−23 межрегиональных выставок «ПРОДТОРГ» и специализированной выставки «Усадьба».

152 ВЫВОДЫ.

Проведены комплексные исследования по разработке теоретических и практических основ использования хмелевого экстракта в производстве хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки. На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы:

1. Оптимизированы параметры процесса получения хмелевого экстракта: соотношение гранулированного хмеля и воды, в масс, долях 1:90- продолжительность экстрагирования 60 минтемпература экстрагирования 100° С. Установлено, что хмелевой экстракт имеет полосы оптического поглощения, характерные для флавоноидов, оксикоричневых и фенилкарбоновых кислот, кумаринов и горьких кислот, содержит 10,5% горьких и 4,5% дубильных веществ;

2. Установлено стимулирующее влияние 2 — 4% хмелевого экстракта на дрожжевые клетки и молочнокислые бактерии закваски и ингибирующее действие на контаминирующую микрофлору муки.

3. Изучена динамика биотехнологических процессов в жидкой ржаной закваске с внесением хмелевого экстракта. Разработаны параметры приготовления закваски с внесением 2 — 4% хмелевого экстракта, способствующие интенсификации спиртового и молочнокислого брожения.

4. Установлено, что внесение хмелевого экстракта с закваской способствует интенсификации кислотонакопления и газообразования, увеличению количества среднеполярных и неполярных ароматобразующих веществ. Определено влияние дозировки хмелевого экстракта в закваске на реологические свойства теста.

5. Проведена формализация моделей множественной регрессии процесса созревания жидкой ржаной закваски и теста для ржано-пшеничного хлеба методом наименьших квадратов, для прогнозирования процессов в производственных условиях, выбора и обоснования их аппаратурно-технологического оформления.

6. Установлено влияние дозировки хмелевого экстракта в закваске на показатели качества, в том числе сенсорометрические характеристики, хлеба из смеси ржаной и пшеничной муки.

7. Разработаны модифицированные технологии приготовления хлеба и хрустящих хлебцев из смеси ржаной и пшеничной муки с внесением хмелевого экстракта на стадии приготовления закваски и теста.

8. Разработана техническая документация ТУ 9184−071−2 068 108−2007 «Экстракт Хмелевой», ТИ и РЦТУ 9113−072−2 068 108−2007 «Хлеб «Хмелевой», ТИ и РЦТИ — 2 068 108−001−2007 «Хлебцы ржано-пшеничные хрустящие «Арома», РЦ.

9. Проведена промышленная апробация способов получения жидкой ржаной закваски с внесением хмелевого экстракта и ржано-пшеничного хлеба на ее основе в условиях ОАО «Хлебозавод № 7» г. Воронежа. Определена экономическая эффективность предложенной технологии и конкурентоспособность изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПО ОБЗОРУ ЛИТЕРАТУРЫ.

Ржаные и ржано-пшеничные сорта хлеба традиционно являются продуктом массового потребления. В связи с этим важнейшим направлением хлебопекарной отрасли является расширение ассортимента, повышение качества, безопасности и вкусовых достоинств изделий, а также ускорение и совершенствование процессов приготовления полуфабрикатов для изделий из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки. Решение этой проблемы связано с изучением закономерностей протекающих при созревании полуфабрикатов, которые влияют на скорость технологического процесса и определяют показатели качества как полуфабрикатов, так и готовых изделий. Одними из наиболее важных факторов, влияющих на качество хлеба из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки, являются свойства жидкой ржаной закваски. Улучшить и стабилизировать биотехнологические свойства жидкой ржаной закваски можно путем воздействия на параметры процесса и состав питательной среды. Внесение природных добавок способствует комплексному обогащению питательных смесей веществами, необходимыми для жизнедеятельности бродильной микрофлоры жидкой ржаной закваски.

Стабилизировать симбиотическое взаимодействие микрофлоры закваски в условиях постоянной контаминации микроорганизмами муки, воды и других окружающих факторов, и на ряду с этим улучшить и стабилизировать биотехнологические свойства жидкой ржаной закваски и потребительских свойств готовых изделий можно введением натурального сырья, имеющего высокую фунгицидную и бактерицидную активность, например, хмеля и хмелепродуктов. Разработке практического решения этой задачи посвящена настоящая работа.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Организация работы и схема проведения эксперимента.

Экспериментальные исследования проводились в соответствии с поставленными задачами на кафедрах «Технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств», «Микробиологии и биохимии», «Математического моделирования информационных и управляющих систем» Воронежской государственной технологической академии, на кафедре физики Воронежского института Министерства внутренних дел Российской Федерации.

Объектом исследований являлись: мука ржаная обдирнаямука пшеничная хлебопекарная первого сортахмель гранулированный, хмелевой экстракт, жидкая ржаная закваска, тесто, хлеб и хрустящие хлебцы из смеси ржаной и пшеничной муки.

Все виды сырья, применяемые в исследованиях, отвечали требованиям соответствующих стандартов и других нормативных документов на сырье.

Общая схема проведения эксперимента приведена на рис. 5.

2.2 Сырье, применявшееся при проведении исследований.

В работе применялось следующее сырье: мука ржаная обдирная по ГОСТ 7045- мука пшеничная хлебопекарная первого сорта по ГОСТ Р 52 189- дрожи хлебопекарные прессованные по ГОСТ 171- соль поваренная пищевая по ГОСТ Р 51 574- вода питьевая СанПиН 2.1.4.1074−01- хмель прессованный или хмель гранулированный — ГОСТ 21 947.

Теоретическое обоснование направления исследований.

Обоснование направлений использования хмелевого экстракта.

Определение характеристик хмелевого экстракта.

Оптимизация параметров получения хмелевого экстракта.

Сенсорометрический анализ хмелевого экстракта.

Разработка способа и технической документации на получение хмелевого экстракта.

Разработка технологических приемов использования хмелевого экстракта в производстве хлебобулочных изделий из смеси ржаной и пшеничной муки.

Исследование влияния хмелевого экстракта на полезную и контаминирующую микрофлору хлебопекарного производства.

Изучение влияния хмелевого экстракта на микробиологические и биотехнологические показатели закваски.

Построение и проверка адекватности моделей множественной регрессии.

Исследование показателей полуфабрикатов с внесением хмелевого экстракта в закваску и тесто.

Сенсорный анализ закваски, теста, хлеба и хрустящих хлебцев.

Оценка качества готовых изделий с внесением хмелевого экстракта.

Регистрация новизны разработанных технических решений.

Промышленная апробация способа приготовления жидкой ржаной закваски с внесением хмелевого экстракта и хлеба на ее основе.

Разработка проекта технической документации.

Расчет экономической эффективности и конкурентоспособности изделий с внесением хмелевого экстракта.

Рисунок 5 Схема проведения эксперимента 2.3 Методы исследования свойств сырья.

Ржаную и пшеничную муку, применявшуюся в работе, анализировали по следующим показателям: влажность по ГОСТ 9404, количество клейковины пшеничной муки по ГОСТ 27 839, растяжимость, эластичность сырой клейковины — общепринятым методом.

91/, автолитическая активность ржаной муки по ГОСТ 27 495, кислотность по ГОСТ 27 493.

Каждую партию ржаной муки исследовали по содержанию редуцирующих Сахаров феррицианидным методом /37/.

Автолитическую активность в % водорастворимых веществ определяли по методике, приведенной в /91/.

Характеристика партий муки, используемых в исследованиях, приведена в таблицах 4,5.