Переработка вторичного фруктово-овощного сырья с использованием электрофизических методов: расширение ресурсного потенциала и ассортимента продуктов повышенной пищевой ценности, разработка инновационных технологических решений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.01, доктор наук Перфилова Ольга Викторовна

• Перфилова Ольга Викторовна
• доктор наук
• 2019

Оглавление диссертации доктор наук Перфилова Ольга Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

17

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Морфологические строение и химический состав фруктов и овощей

1.2 Химическая природа и характеристика антиоксидантов фруктов и овощей

1.3 Применение электрофизических методов: СВЧ- и ИК - нагрева в пищевой промышленности

1.4 Комплексные технологии переработки фруктово-овощного сырья и вторичных сырьевых ресурсов плодоовощной консервной промышленности

1.5 Использование фруктово-овощных добавок в кондитерском и хлебопекарном производстве

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования.................................................. ^

2.1 Организация работы и схема проведения исследования

2.2 Объекты исследования

2.3 Методы исследования

ГЛАВА 3. Научно - практическое обоснование СВЧ-обработки вторичного фруктово-овощного сырья производства соков прямого

97

отжима

3.1 Исследование макроструктуры и химического состава яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

3.2 Изучение процесса СВЧ - нагрева яблочных, свекольных, морковных, тыквенных выжимок и обоснование его технологических режимов

3.3 Исследование влияния рациональных режимных параметров СВЧ - нагрева яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

на содержание в них водорастворимых антиоксидантов

3.4 Исследование влияния рациональных режимных параметров СВЧ - нагрева яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

на содержание в них пектиновых веществ

3.5 Определение изменения микроструктуры яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок в результате их СВЧ

140

нагрева

3.6 Сравнительная оценка химического состава яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок после СВЧ - нагрева по сравнению со свежим сырьем и соками прямого отжима

ГЛАВА 4. Разработка технологий полуфабрикатов из вторичного фруктово-овощного сырья производства соков прямого

158

отжима

4.1 Разработка технологии порошков из яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.1.1 Выбор рациональной температуры и способа сушки яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.1.2 Разработка структурной схемы производства порошков из яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.1.3 Определение показателей качества яблочного, свекольного, морковного и тыквенного порошков

4.1.4 Определение сроков хранения яблочного, свекольного, морковного и тыквенного порошков

4.2 Разработка технологии паст на основе яблочных, свекольных,

морковных и тыквенных выжимок

4.2.1 Исследование влияния крахмальной патоки на реологические свойства паст на основе яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.2.2 Разработка структурной схемы производства паст на основе яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.2.3 Определение показателей качества паст на основе яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок

4.3 Разработка технологии подварок на основе яблочных и морковных выжимок

4.3.1 Получение подварок на основе яблочных и морковных выжимок

4.3.2 Исследование органолептических, физико-химических и реологических свойств подварок на основе яблочных и морковных выжимок

4.3.3 Оценка пищевой и антиоксидантной ценности подварок на основе яблочных и морковных выжимок

4.3.4 Определение сроков хранения подварок на основе яблочных и морковных выжимок

4.4 Разработка технологии термостабильных начинок на основе паст

из тыквенных и свекольных выжимок

4.4.1 Получение термостабильных начинок на основе паст из

224

тыквенных и свекольных выжимок

4.4.2 Исследование органолептических и физико-химических показателей качества термостабильных начинок на основе паст из

227

тыквенных и свекольных выжимок

4.4.3 Оценка пищевой и антиоксидантной ценности термостабильных начинок на основе паст из тыквенных и свекольных выжимок

ГЛАВА 5. Разработка ассортимента, технологии мармеладно-пастильных изделий и исследование их показателей качества

5.1 Разработка технологии желейного мармелада с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

5.1.1 Исследование процесса структурообразования желейной мармеладной массы с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

5.1.2 Определение показателей качества желейного мармелада с использованием подварок на основе яблочных, морковных выжимок и изменения его свойств в процессе хранения

5.1.3 Разработка машинно-аппаратурной схемы приготовления желейного мармелада с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

5.2 Разработка технологии зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

5.2.1 Исследование процесса структурообразования зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

5.2.2 Определение показателей качества зефира с использованием подварок на основе яблочных, морковных выжимок и изменения его свойств в процессе хранения

5.2.3 Разработка машинно-аппаратурной схемы приготовления зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

ГЛАВА 6. Разработка ассортимента, технологии хлебобулочных изделий и исследование их показателей качества

6.1 Влияние яблочного и тыквенного порошков из выжимок на

физико-химические и структурно-механические свойства теста из пшеничной муки высшего сорта

6.2 Влияние яблочного и тыквенного порошков на органолептические и физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий

6.3 Разработка технологии теста из пшеничной муки высшего сорта с использованием яблочного и тыквенного порошков

6.4 Определение показателей качества разработанных видов хлеба и изменения их свойств в процессе хранения

Заключение

Список литературы

ТОМ II

ПРИЛОЖЕНИЕ А Список сокращений

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Дегустационная оценка разработанных

хлебобулочных изделий

ПРИЛОЖЕНИЕ В Протоколы испытаний полуфабрикатов и пищевых

продуктов

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Структурная схема производства разработанных

хлебобулочных изделий

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Акты производственных испытаний и внедрений

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Пакеты нормативно-технической документации (СТО, ТИ, РЦ) для промышленного производства полуфабрикатов и

пищевых продуктов

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Расчет экономической эффективности

ПРИЛОЖЕНИЕ З Патенты на изобретения

ПРИЛОЖЕНИЕ И Сертификаты и дипломы участия в конкурсах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Переработка вторичного фруктово-овощного сырья с использованием электрофизических методов: расширение ресурсного потенциала и ассортимента продуктов повышенной пищевой ценности, разработка инновационных технологических решений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Пищевая и перерабатывающая промышленность занимает лидирующие позиции в структуре промышленного производства РФ, и на ее долю приходится 10,3 % [264].

Для системного решения проблем, связанных с развитием пищевой и перерабатывающей промышленности, Правительством РФ утверждена «Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года» [116].

Промышленная переработка сельскохозяйственного сырья сопровождается образованием значительного количества вторичных ресурсов, которые в настоящее время используются неэффективно. Часто вторичные ресурсы выливаются в водоемы или идут в отвалы, что в свою очередь, наносит экологический урон окружающей среде. Так, ежегодная переработка 110-115 млн тонн сельскохозяйственного сырья приводит к образованию свыше 50 млн тонн вторичных ресурсов, в т.ч. от производства соков, которые являются дополнительным резервом для производства полуфабрикатов и продуктов питания [238, 264].

С учетом сложившейся обстановки, назрела необходимость увеличения глубины переработки сельскохозяйственного сырья путем вовлечения вторичных ресурсов в хозяйственный оборот, что должно позволить повысить с единицы перерабатываемого сырья выход готовой продукции.

Для успешного решения задач по развитию пищевой и перерабатывающей промышленности, необходимо обеспечить ее устойчивое развитие на базе инновационных решений и наукоемких подходов. Одним из направлений в данной сфере является создание новых технологий глубокой, комплексной, энерго- и ресурсосберегающей переработки сельскохозяйственного сырья, в т.ч. фруктов и овощей, с применением современных электрофизических и физико-химических методов с целью экологически безопасного получения социально значимых пищевых продуктов с различными функциональными свойствами [137, 246, 280,

282, 284]. Задача увеличения доли производства продуктов питания функционального назначения, включая продукты вторичной переработки фруктов и овощей, кондитерские и хлебобулочные изделия, также лежит в основе государственной политики РФ в области здорового питания населения на период до 2020 г [94].

Согласно рекомендации по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питания, утвержденной приказом Министерства здравоохранения РФ от 19 августа 2016 г № 614, человеку в год следует употреблять 140 кг овощей и бахчевых, а также 100 кг фруктов, т.е. в целом, не менее 600 г в сутки [235].

При разработке продуктов здорового и функционального питания, в т.ч. хлебобулочных и кондитерских изделий, значительный вклад может внести использование продуктов вторичной переработки фруктов и овощей, т.к. они являются источником природных биологически активных веществ, особенно витаминов, антиоксидантов, минеральных веществ и пищевых волокон.

В создании теоретико-практических основ ресурсосберегающих технологий пищевой продукции функционального и здорового питания с использованием растительного сырья большую роль сыграли российские и зарубежные ученые: А. В. Зубченко, Л. В. Антипова, Л. М. Аксенова, В. А. Тутельян, Л. И. Казанская, А. П. Нечаев, Л. И. Пучкова, С. Я. Корячкина, Т. Б. Цыганова, Т. В. Савенкова, Л. П. Пащенко, А. А. Кочеткова, И. В. Матвеева, З. Г. Скобельская, О. И. Ильина, Л. Н. Шатнюк, Ю. Ф. Росляков, В. С. Иунихина, Ф. Н. Вертяков, Г. Г. Дубцов, Е. И. Пономарева, Г. О. Магомедов, З. Н. Хатко, М. Г. Магомедов, Ho S. Lim, Yung-Shin Shyu, Christiane Seidel, Khraisheh M. A. M, Rubel I. A., Mahsa Majzoobi и др.

Перед пищевой промышленностью России стоит актуальная задача, заключающаяся в создании способов экологически безопасного получения фруктово-овощных полуфабрикатов (порошков, паст, подварок и начинок) на основе выжимок производства соков прямого отжима, используя СВЧ-, ИК-нагрев,

с целью повышения их пищевой ценности и производства пищевых продуктов функционального назначения в низком ценовом сегменте.

Научная работа осуществлялась в рамках следующих проектов:

- EU-program ERASMUS Mundus Partnership Action 2 Project - International Academic Mobility with Russia (IAMONET-RU V), 2014/2015 (Германия). Topic: «Determining the influence of vegetable powders on quality of wheat dough and bread» («Определение влияния растительных порошков на качество пшеничного теста и хлеба»);

- Конкурс Старт-2014 (Договор № 200ГС1/8710 (код 0008710, заявка № 2014-1-00565). Тема НИОКР: «Разработка технологии производства фруктовых и овощных порошков»;

- Областной конкурс «Грант для поддержки молодых ученых 2014 года» (приказ № 1573 от 29.05.2014 г). Тема проекта: «Разработка технологий производства продуктов питания функционального назначения с улучшенными потребительскими характеристиками»;

- Областной конкурс «Грант для поддержки молодых ученых 2016 года» (приказ № 1589 от 27.05.2016 г). Тема проекта: «Разработка технологии комплексной переработки яблок на добавки и продукты функционального питания»;

- Областной конкурс «Грант для поддержки молодых ученых 2018 года» (приказ № 1716 от 05.07.2018 г). Тема проекта: «Разработка технологии бездрожжевых хлебобулочных изделий с повышенным содержанием антиоксидантов местного растительного сырья для функционального питания»;

в соответствии с темой НИР ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ «Разработка технологий новых видов продуктов для функционального и здорового питания», утвержденной решением ученого совета Мичуринского государственного аграрного университета протоколом № 8 от 27 января 2015 г.

Цель работы. Разработка пищевых продуктов повышенной пищевой ценности в низком ценовом сегменте с применением полуфабрикатов переработки

вторичного фруктово-овощного сырья, подвергнутого СВЧ- и ИК-нагреву с целью максимального увеличения выхода в нем свободных антиоксидантов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- исследовать макроструктуру и химический состав яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок производства соков прямого отжима;

- изучить изменение физико-химических и органолептических свойств выжимок при различных параметрах СВЧ-нагрева;

- определить рациональные и оптимальные параметры СВЧ-нагрева выжимок;

- исследовать изменение качественного и количественного содержания пектинов и антиоксидантов в выжимках при рациональных параметрах СВЧ-нагрева;

- определить изменения микроструктуры выжимок при СВЧ-нагреве;

- провести сравнительную оценку химического состава выжимок после СВЧ-нагрева с соответствующими свежими фруктами, овощами и соками;

- разработать структурную схему комплексной переработки выжимок производства соков прямого отжима на полуфабрикаты (порошки, пасты, подварки, термостабильные начинки) с применением СВЧ- и ИК-нагрева, выбрать рациональные способы и режимы;

- определить показатели качества фруктово-овощных полуфабрикатов на основе выжимок, обосновать условия, способы и сроки их хранения;

- разработать рецептуры и технологии мармеладно-пастильных и хлебобулочных изделий с использованием фруктово-овощных полуфабрикатов на основе выжимок, исследовать их показатели качества, определить сроки хранения;

- провести опытно-промышленные апробации, разработать нормативно-техническую документацию на новые виды фруктово-овощных полуфабрикатов и пищевых продуктов с их применением. Рассчитать экономическую эффективность производства.

Научная новизна работы. Впервые исследованы и научно обоснованы технологические процессы комплексной переработки выжимок производства

яблочного, свекольного, морковного и тыквенного соков прямого отжима с применением СВЧ- и ИК-нагрева.

Установлена закономерность изменения содержания антиоксидантов в яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимках от величины мощности, температуры и продолжительности СВЧ-нагрева.

Раскрыт механизм влияния СВЧ-нагрева на качественный и количественный состав пектиновых веществ и микроструктуру яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок, приводящий к увеличению содержания антиоксидантов в свободной форме, что позволило обосновать возможность применения рациональных режимов СВЧ-нагрева при получении полуфабрикатов (порошки, пасты, подварки, начинки) для создания с их использованием пищевых продуктов повышенной пищевой ценности по пищевым волокнам и антиоксидантам в низком ценовом сегменте.

Получены регрессионные уравнения, описывающие зависимости показателей влажности и содержания антиоксидантов в яблочных выжимках от значений мощности и продолжительности СВЧ-нагрева.

Теоретически обоснована целесообразность применения ИК-сушки яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок после СВЧ-нагрева, обеспечивающей высокую сохранность термолабильных водорастворимых антиоксидантов по сравнению с традиционным конвективным способом сушки.

Получены зависимости содержания водорастворимых антиоксидантов в яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимках, полученных ИК-сушкой, от способов их хранения и выявлено преимущество хранения в вакуумной упаковке.

Установлено снижение эффективной вязкости паст из яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок с повышением дозировки крахмальной патоки и температуры.

Получена регрессионная модель, приемлемая для проведения технических расчетов и прогнозирования вязкостных свойств подварок на основе яблочных и

морковных выжимок при интересующих значениях температуры и скорости сдвига.

В работе представлена теоретическая аргументация применения, произведенных по разработанной комплексной технологии, фруктово-овощных полуфабрикатов на основе выжимок в технологиях новых видов хлебобулочных и кондитерских изделий с целью повышения их пищевой и снижения энергетической ценности последних.

Установлена зависимость качества мармеладно-пастильных и хлебобулочных изделий по органолептическим и физико-химическим показателям от дозировки фруктово-овощных полуфабрикатов на основе выжимок взамен сахара и муки соответственно.

Новизна технических решений разработанных способов производства пищевых полуфабрикатов и продуктов подтверждена 10 патентами на изобретения РФ.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана и теоретически обоснована структурная схема комплексной переработки, с применением СВЧ- и ИК-нагрева, яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок производства соков прямого отжима на порошки, пасты, подварки и начинки, которая предлагается для внедрения в консервное производство.

Данное технологическое решение дает возможность повысить пищевую ценность выжимок, а также решить проблемы комплексной ресурсосберегающей переработки фруктов и овощей, использования сопутствующего основному производству вторичного сырья и экологических задач его утилизации.

В результате проведенных исследований теоретически и практически обосновано применение фруктово-овощных полуфабрикатов в технологии производства кондитерских и хлебобулочных изделий, что позволит расширить ассортимент пищевых продуктов для здорового и функционального питания.

Разработаны структурные схемы по производству хлеба и мармеладно-пастильных изделий с использованием полуфабрикатов на основе яблочных, тыквенных и морковных выжимок (порошки и подварки), отличающихся от

соответствующих традиционных изделий повышенным содержанием функциональных ингредиентов, увеличенным сроком хранения и пониженной себестоимостью.

Проведена промышленная апробация предлагаемых технологий в условиях ООО «Экспериментальный центр «М-Конс-1» (Тамбовская область, Мичуринск-Наукоград РФ), ООО «Империя продуктов» (Тамбовская область, Мичуринск -Наукоград РФ), кондитерского цеха ИП Долгова А.П. (Тамбовская область, г. Тамбов), которая подтвердила полученные положительные результаты научных экспериментов.

Разработана и утверждена в ФГБОУ ВО Мичуринский ГАУ нормативно-техническая документация (НТД): СТО 00493534-001-2018 «Яблочный, свекольный, морковный и тыквенный порошки из выжимок от производства соков прямого отжима», СТО 00493534-002-2018 «Яблочная, свекольная, морковная, тыквенная пасты из выжимок от производства соков прямого отжима», СТО 00493534-003-2018 «Подварки и термостабильные начинки из фруктовых и овощных выжимок от производства соков прямого отжима», СТО 00493534-0042018 «Желейный мармелад на основе подварок из яблочных и морковных выжимок», СТО 00493534-005-2018 «Зефир на основе подварок из яблочных и морковных выжимок», СТО 00493534-006-2018 «Хлебобулочные изделия с добавлением яблочного и тыквенного порошков из выжимок от производства соков прямого отжима».

Проданы лицензии на право использования интеллектуальной собственности предприятиям ИП Долгова А.П. по патенту РФ на изобретение № 2642642 (договор № 1 от 28.08.2018) и ИП Безбородова М.В. по патенту РФ на изобретение № 2631084 (договор № 2 от 28.08.2018).

Материалы диссертации задействованы в учебном процессе, а именно используются в лекционных курсах дисциплин (модулей) «Пищевые добавки функционального назначения», «Технология продуктов функционального питания» и практике НИР обучающихся по направлению подготовки

19.04.04 Технология продукции и организация общественного питания, профилю - Технология продуктов функционального и профилактического питания.

Методология и методы исследования. Научные исследования осуществлялись согласно методологии, имеющей интегрирующий характер, создания полуфабрикатов на основе фруктово-овощных выжимок производства соков прямого отжима и совершенствования ассортимента мармеладно-пастильных и хлебобулочных изделий с их применением для здорового и функционального питания.

Для выполнения обозначенных задач использовались общепринятые и специальные методы исследований фруктово-овощного сырья, полуфабрикатов и пищевых продуктов, а также сбора, обработки и анализа экспериментальных данных.

Научная концепция работы. В основу научного решения проблемы положен принцип комплексной переработки выжимок производства соков прямого отжима на фруктово-овощные полуфабрикаты с применением новых технологических приемов, основанных на СВЧ- и ИК-нагреве, обеспечивающим увеличение выхода антиоксидантов в свободной форме, и создание с их использованием пищевых продуктов с повышенным содержанием антиоксидантов и пищевых волокон для здорового и функционального питания.

Научные положения, выносимые на защиту:

- теоретическое обоснование механизма влияния СВЧ- и ИК-нагрева яблочных, свекольных, морковных и тыквенных выжимок на процесс увеличения содержания и сохранности в них водорастворимых антиоксидантов в свободной форме;

- научно обоснованная технология комплексной переработки фруктово-овощных выжимок, обеспечивающая получение порошков, паст, подварок и начинок с высокой пищевой ценностью;

- теоретическое и экспериментальное обоснование влияния способов получения и хранения фруктово-овощных порошков из выжимок на их антиоксидантную ценность;

- теоретическое и экспериментальное обоснование влияния рецептурных ингредиентов и технологических параметров на процесс получения, показатели качества паст, подварок и начинок на основе фруктово-овощных выжимок;

- технологические решения по разработке новых видов пищевых продуктов для здорового и функционального питания с включением в их рецептурный состав полуфабрикатов на основе фруктово-овощных выжимок.

- совокупность экспериментальных данных по определению химического состава и антиоксидантной ценности полуфабрикатов на основе фруктово-овощных выжимок и пищевых продуктов с их применением в аспекте функциональной ценности.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2, 3, 4 и 6, 7 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов диссертационного исследования подтверждается проведенным анализом патентной информации согласно теме работы, постановкой экспериментов в соответствии с целью и задачами, использованием современных методов анализа. Научные положения и выводы, представленные в диссертации, подтверждаются обоснованными экспериментальными данными, наглядно изображенными в виде таблиц или рисунков. Математическая обработка и интерпретация результатов исследований проведены с помощью современных методов статистического анализа.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных, всероссийских научных, научно-технических, научно-практических, научно-технологических конференциях и форумах: (Москва, 2014), (Мичуринск- Наукоград РФ, 2014, 2015), (Воронеж, 2014, 2016, 2018), (Курган, 2017), (Астрахань, 2018), (Барнаул, 2018). Результаты работы демонстрировались на международной специализированной выставке хлебопекарного и кондитерского

рынка (Москва, 2018) и выставке в рамках международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (Воронеж, 2018).

Публикации. Материалы и результаты диссертационного исследования опубликованы в 45 научных работах, в т. ч. 2 статьи в журналах, входящих в базу данных Scopus, 16 статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 15 статей и материалов конференций, 2 научные монографии, 10 патентов на изобретения РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 6 глав, заключение, список литературы и приложения. Работа представлена на 349 страницах печатного текста и включает 96 таблиц и 121 рисунок. Список литературы содержит 344 наименования, из них 58 на иностранных языках. Приложения к работе изложены на 88 страницах.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в определении направления диссертационного исследования; анализе и систематизации литературных источников по актуальной проблеме; постановке и реализации основной части теоретических, практических исследований по разработке рациональных и оптимальных режимов, способов производства полуфабрикатов на основе фруктово-овощных выжимок и пищевых продуктов с их применением.

Автором разработан и утвержден пакет НТД на новые виды фруктово-овощных полуфабрикатов и пищевых продуктов с их применением, проведены патентование изобретений, апробация созданных технологий в опытно-производственных условиях и их внедрение.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Морфологическое строение и химический состав фруктов и овощей

Технологические свойства фруктового и овощного сырья определяются его химическим составом, физическими свойствами, структурно-механическими параметрами и обязательно учитываются при создании новых технологий продуктов питания, в т.ч. из вторичного сырья.

Из корнеплодов, выращиваемых в России, в том числе в ЦЧР, широкое распространение получили морковь и свекла столовая. На данные овощные культуры приходится в среднем 20 % посевных площадей [122].

На бахчевые культуры, в т.ч. тыкву, в России приходится около 15 % посевных площадей [232].

Лидирующей плодовой культурой в ЦЧР является яблоня, на долю которой приходится 87 % площади насаждений [140].

Таким образом, такое местное сырье, как яблоки, тыква, морковь и свекла столовая, является широко распространенным и доступным для плодоовощной консервной промышленности Российской Федерации.

Технологические свойства сырья находятся в зависимости от видовых и сортовых особенностей исходных фруктов и овощей, а также от условий местности их произрастания.

Плод яблока в основном представлен мякотью, которая по сравнению с другими составными частями такими, как семенное гнездо с семенами и кожица, аккумулирует в себе основные пищевые вещества, обуславливающие полезные свойства яблок. Мякоть яблок представлена крупными клетками паренхимы с межклеточными пространствами и в зависимости от сорта может иметь различную окраску, сочность, мягкую или твердую консистенцию, а по своей структуре рыхлой или хрупкой, мучнистой мелкозернистой или крупнозернистой. Кожица плода представлена огрубевшими клетками паренхимы и в зависимости от сорта яблоки подразделяются на тонко- и толстокожие, при этом кожица может

быть со сплошной или рыхлой. Чаще всего в центре плода размещается семенное гнездо с семенами, иначе сердечко, и в зависимости от сорта его величина и форма разнообразны. В свою очередь семенное гнездо, содержащее семена, состоит из пяти семенных камер, стенки которых имеют пергаментообразное строение.

В зависимости от сортимента яблок, содержание в них основных составных частей в среднем составляет: 25 % приходится на эпидермис (кожицу), 56 % -паренхиму (мякоть) и 19 % - семенную камеру [114, 127, 230].

Плод тыквы является пустотелой многосемянной ягодой. В состав тыквы входят: плотная кожура, покрытая кутикулой, кора и плацента с семенами. Плод тыквы в среднем содержит 17 % кожуры, 73 % мякоти и 10 % семян. Кожура тыквы прочная и в ее состав входит однослойный кутинизированный эпидермис, под которым располагается хлорофиллоносная паренхима, состоящая из 8-10 слоев. Панцирный слой расположен под хлорофиллоносной паренхимой и его составляют толстостенные одревесневшие склеренхимные клетки, которые придают плодам высокую устойчивость к механическим воздействиям, что благотворно сказывается на их транспортабельности и сохраняемости. Коровая паренхима находится под кожурой и панцирным слоем и переходит в паренхиму семенной мякоти. В состав коровой и семенной паренхимы входят тонкостенные клетки, при это к центру их размеры увеличиваются. У тыквы плацента с семенами, расположенная в полости плода, соединяется с мякотью с помощью сети сосудов, питающих семена. К съедобной части тыквы относится коровая мякоть. Семена тыквы заключены в особые однослойные слизистые мешочки-эндокарпии, которые сохраняются только в плоде и препятствуют проникновению воздуха к семенам и их прорастанию [17, 114].

Корнеплоды столовых моркови и свеклы в основном представлены мякотью и незначительную их часть составляет наружная оболочка, выстланная жесткими тканями. В корнеплодах моркови столовой выделяют два слоя, которые значительно отличаются своим строением: внешний, называемый корой и внутренний, называемый древесиной. Так, кора представлена крупными клетками

паренхимы с межклеточными пространствами и имеет нежную консистенцию, яркий цвет и сладкий вкус. Древесина же представлена вытянутыми вдоль корнеплода одеревеневших клеток паренхимы и в отличие от коры более светлая и грубая по консистенции.

Мякоть столовой свеклы также представлена крупными клетками паренхимы с межклеточными пространствами. Характерной особенностью строения данных корнеплодов является наличие ярко выраженных колец, состоящих из одеревеневших клеток паренхимы [243, 254].

При изучении химического состава корнеплода моркови выявлено, что различные его части содержать неодинаковую массовую долю сухих веществ. Если рассматривать корнеплод в поперечном сечении, то содержание сухих веществ снижается в направлении от периферии к центру, а в продольном сечении данный показатель уменьшается в направлении от головки к концу корнеплода, при этом несущественное повышение сухих веществ характерно для самой нижней части корнеплода [23, 126].

У свеклы столовой, как и у моркови, мякоть представлена большими клетками паренхимы с межклеточными пространствами. На разрезе корнеплода свеклы столовой имеются четко выраженные кольца, которые состоят из одеревеневших клеток паренхимы [254].

Из выше сказанного следует, что яблоки, тыква, морковь и свекла столовая имеют коллоидную капиллярно-пористую структуру и включают разнородные по своему строению составляющие.

Ученые на протяжение многих лет изучают химический состав различных видов и сортов фруктов и овощей, основным компонентом которых является вода (около 90 %). Значительная доля влаги фруктов и овощей представлена в свободном состоянии; лишь незначительная часть - в подвижном состоянии; не более 5 % - в связанном клеточными коллоидами состоянии [118, 129].

Помимо влаги, фрукты и овощи содержат в своем составе сухие вещества в количестве от 7 до 15 %, из которых углеводы составляют около 70 % [251].

Среди тыквенных овощей по сахаристости тыква уступает только дыням и арбузам, при этом преобладание сахарозы или редуцирующих сахаров зависит от сортовых особенностей. Среднее содержание сахаров в плодах тыквы колеблется в пределах 4,1-8,1 % [275].

В яблоках суммарное содержание сахаров колеблется в пределах от 5 до 24 %. Качественный состав сахаров представлен фруктозой 6,46-11,84 %, глюкозой 2,50-5,55 % и сахарозой 1,52-5,31 % [19].

Массовая доля сахаров в корнеплодах моркови изменяется от 4,5 до 8,91 %, при этом на долю глюкозы приходится около 2,43-8,09 %, а сахарозы 0,86-6,60 %. Морковь также содержат фруктозу, и как отмечает А. А. Колесник, массовая доля данного сахара может составлять 50 % от общего количества редуцирующих сахаров.

В свекле столовой сахара содержатся в количестве от 5,75 до 12,3 %, из которых преобладающей является сахароза. Свежевскопанная свекла содержит около 0,4 % инвертного сахара, массовая доля которого в процессе хранения увеличивается из-за инверсии сахарозы [126, 229, 237].

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Перфилова Ольга Викторовна, 2019 год

//А //

15

Х2. %

25

Л

Диапазон, рекомендуемый ГОСТ 6441-2014

Рисунок 5.10 - Зависимость плотности зефирной массы от соотношения сахара белого кристаллического и яблочной подварки

В результате математической обработки результатов проведенного эксперимента, определены оценки коэффициентов однофакторного регрессионного уравнения 3-ей степени:

у = 0,001X3 + 0,0728 Х2 + 2,7251 Х1 + 411,98, (59)

где кодированные значения Х1 связаны с натуральными х1 следующим соотношением:

х1 - 85

Хх = —-= 0,1х1 - 8,5

1 10 1

(5.10)

Использование статистического критерия Фишера показало, что регрессионное уравнение (5.9) адекватно описывает полученные экспериментальные данные (при значении доверительной вероятности равном 95 %).

При подстановке последнего выражения в указанное регрессионное уравнение (5.9), в результате соответствующих преобразований, получаем уравнение, которое устанавливает зависимость плотности сбивной зефирной массы от массовой доли в смеси сахара белого кристаллического х1:

у = 0,000001x3 + 0,001 х2 + 0,17 х1 + 393,47 (5.11)

Таким образом, при решении поставленной задачи, было определено оптимальное соотношение сахара белого кристаллического и подварки на основе яблочных выжимок х1 и х2 в %: (75:25) - (70:30). Установленное соотношение обеспечивает получение зефирной массы, плотность которой составляет 530560 кг/м3.

^ Влияние рецептурных ингредиентов на плотность зефира с использованием

подварки на основе морковных выжимок

Экспериментально-статический подход был использован для изучения влияния подварки на основе морковных выжимок и сахара белого кристаллического в различном соотношении на показатель плотности зефирной массы [110].

Подварка на основе морковных выжимок с содержанием сухих веществ 65 % была выбрана для проведения анализа.

Для выбранной смеси верны балансное соотношение и диапазоны валидности ингредиентов:

х1+х2 = 100 %;

65 <х1 < 100 %;

0<х2< 35 %, (5.12)

где .11 и .12 - массовая доля в готовом зефире сахара белого кристаллического и подварки на основе морковных выжимок соответственно.

Эксперимент проводился по симметричному и равномерному плану, который предполагает выполнение пяти опытов (Ы = 5). Указанный план был использован с целью снижения расходов на экспериментальные исследования, и чтобы уменьшить количество предстоящих математических операций.

С учетом того, что выбранные условие и диапазоны валидности (5.12) не позволяют построить симметричный план, было осуществлено преобразование натуральных значений факторов (.1 и .2) в кодированные (Х1 и Х2) с помощью формул (5.8).

В таблице 5.13 представлены заданные соотношения сахара белого кристаллического и подварки на основе морковных выжимок, с использованием которых готовили зефирные массы для проведения экспериментальных исследований. Взбитую зефирную массу отливали в бюксы и затем проводили измерение ее плотности с помощью весового метода на лабораторных весах. Экспериментальные значения плотности зефирной массы представлены в табл. 5.13.

Таблица 5.13 - Матрица эксперимента

Порядковый номер опыта и Соотношение в композиции Кодированное значение фактора Хь Плотность _Уи, кг/м3

Х1и Х2и

1 100 0 2 420

2 95 5 1 430

3 85 15 0 500

4 75 25 -1 550

5 65 35 -2 680

600

500

т

%

5

Ж %

85

%

¿5

65

ш,

ш.

55

Диапазон, рекомендуемый ГОСТ 6441-2014

Рисунок 5.11- Зависимость плотности зефирной массы от соотношения сахара белого кристаллического и морковной подварки

В результате математической обработки результатов проведенного

эксперимента, определены оценки коэффициентов однофакторного регрессионного уравнения 3-ей степени:

у = 0,0055 Х3 - 0,1458 Х2 + 5,8708 Х1 + 414,85, (5.13) где кодированные значения Х1 связаны с натуральными х1 следующим соотношением:

~ ^ (5.14)

^ = = 0,1х1 - 8,5

10

Использование статистического критерия Фишера показало, что регрессионное уравнение (5.13) адекватно описывает полученные экспериментальные данные (при значении доверительной вероятности равном 95 %).

При подстановки последнего выражения в указанное регрессионное уравнение (5.13), в результате соответствующих преобразований, получаем уравнение, которое устанавливает зависимость плотности сбивной зефирной массы от массовой доли в смеси сахара белого кристаллического х1:

у = 0,00001x3 - 0,003 х2 + 0,96 х1 + 351,04 (5.15)

Таким образом, при решении поставленной задачи, было определено оптимальное соотношение сахара белого кристаллического и подварки на основе морковных выжимок х1 и х2 в %: (75:25) - (70:30). Установленное соотношение обеспечивает получение зефирной массы, плотность которой составляет 550-570 кг/м3.

5.2.2 Определение показателей качества зефира с использованием подварок на основе яблочных, морковных выжимок и изменения его свойств

в процессе хранения

С целью определения потребительских свойст разработанных новых видов зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок в оптимальной дозировке 30 %, в готовых изделиях определяли следующие показатели: органолептические, физико-химическим, пищевой ценности и безопасности. Результаты полученных исследований готового зефира представлены в таблицах 5.14 - 5.15.

Таблица 5.14 - Показатели качества зефира с использованием подварок на основе яблочных и

морковных выжимок

Показатели Характеристика зефира

«Нежность» (с яблочной подваркой) «Легкость» (с морковной подваркой)

Органолептические показатели качества

Вкус и запах Свойственные данному наименованию зефира с яблочным привкусом и ароматом, без постороннего привкуса и запаха Свойственные данному наименованию продукта с морковным привкусом и ароматом, без постороннего привкуса и запаха

Цвет Белый Светло-оранжевый

Структура Свойственная зефиру, пенообразная, равномерная

Форма Различная, без деформаций

Физико-химические показатели качества

Влажность, % 24,2 23,5

Редуцирующие вещества, % 18,76 13,37

Общая кислотность, град 2,4 2,3

Плотность зефирной массы, кг/м3, не более 530 550

Из таблицы 5.14 видно, что новые виды зефира, приготовленные с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок по органолептическим и физико-химическим показателям качества, соответствуют требования ГОСТ 6441-2014. Вкус, запах и цвет зефира зависит от вида используемой в рецептуре подварки.

Исследование пищевой ценности зефира с использованием подварки на основе яблочных или морковных выжимок показал, что разработанные изделия по содержанию таких эссенциальных нутриентов как пищевые волокна и антиоксиданты можно рекомендовать для здорового питания (табл. 5.15).

Разработанные новые виды зефира «Нежность» и «Легкость» характеризуются пониженной энергетической ценностью (соответственно на 93,7 кДж (22,4 ккал) и 78,6 кДж (18,8 ккал) ниже, чем у зефира «Ванильный» (1303,7 кДж (311,6 ккал).

Из таблицы 5.15 следует, что 100 г зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок содержит в своем составе пищевые волокна в количестве соответственно 2,2 и 2,0 г, что позволяет восполнить среднесуточную потребность человека в данном функциональном ингредиенте соответственно на 11 и 10 %.

Антиоксидантная ценность зефира зависит от вида подварки, используемой в его рецептуре. Установлено, что зефир с использованием яблочной подварки является источником водорастворимых антиоксидантов, таких как флавоноиды, которые содержатся в количестве 12,6 % от суточной нормы потребления, при этом зефир с использованием подварки из морковных выжимок является источником жирорастворимого антиоксиданта бета-каротина, содержание которого восполняет суточную норму потребления данного антиоксиданта на 28 %. Минеральный состав новых видов зефира незначительно отличается от контроля.

Таблица 5.15 - Химический состав 100 г зефира с использованием подварок на основе

яблочных и морковных выжимок

Показатели Среднес Содержание пищевых Доля удовлетворения

уточная потреб- веществ среднесуточной потребности в пищевых

ность веществах, %

зефир

«Ваниль- «Неж- «Лег- «Ваниль- «Неж- «Лег-

ный» ность» кость» ный» ность» кость»

(контроль) (контроль)

Белки, г 80 0,8 1,0 1,1 1,0 1,3 1,4

Жиры, г 70 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Углеводы, г 400 76,9 71,1 71,9 19,2 17,8 18,0

Пищевые волокна, г 20 1,0 2,2 2,0 6,0 11,0 10,0

Органические 2 0,9 1,0 0,9 45,0 50,0 45,0

кислоты, г

Витамины, мг:

бета-каротин 5 следы следы 1,4 - - 28,0

С 90 следы 6,5 следы - 7,2 -

Флавоноиды 250 3,4 31,6 7,5 1,4 12,6 3,0

Зола, г - 0,3 0,4 0,5 - - -

Минеральные

вещества, мг:

К (калий) 2500 55,4 37,6 50,0 2,2 1,5 2,0

Са (кальций) 1000 12,6 29,1 37,9 1,3 2,9 3,8

М^ (магний) 400 9,9 17,8 27,6 2,5 4,5 6,9

Р (фосфор) 800 11,4 25,1 46,4 1,4 3,1 5,8

Бе (железо) 10 (муж)/ 18(жен) 0,60 1,20 0,9 6,0/3,3 12,0/6,7 9,0/5,0

2п (цинк) 12 0,07 0,08 0,09 0,6 0,7 0,8

Си (медь) 1 0,02 0,03 0,02 2,0 3,0 2,0

Мп (марганец) 2 0,04 0,05 0,06 2,0 2,5 3,0

Энергетическая ценность, кДж (ккал) 11704 (2795) 1303,7 (311,6) 1210,0 (289,2) 1225,1 (292,8) 11,1 10,3 10,5

Для общей оценки антиоксидантной ценности зефира в нем определяли суммарное содержание антиоксидантов. Результаты исследований представлены на рисунке 5.12.

Из рисунка 5.12 видно, что использование в рецептуре зефира подварок на основе яблочных или морковных выжимок позволяет повысить в них содержание водорастворимых антиоксидантов по сравнению с контролем соответственно в 4 и 2 раза.

19,3

20 15 10 5 0

4,6

▲

ССА, мг/100г

Зефир Зефир с Зефир с

"Ванильный" яблочной морковной

(контроль) подваркой подваркой

"Нежность" "Легкость"

Рисунок 5.12 - Суммарное содержание водорастворимых антиоксидантов в зефире

Безопасность зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок определяли по содержанию токсичных элементов и пестицидов. Результаты исследований подтверждены протоколами испытаний (приложение В)

Результаты испытаний показали, что зефир с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011, что свидетельствует об их безопасности.

S Исследование свойств зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок в процессе хранения

Разработанные новые виды зефира «Нежность» и «Легкость» с использованием соответственно подварок на основе яблочных и морковных выжимок были исследованы в процессе хранения по сравнению с контролем. Для упаковки всех исследуемых образцов зефира применялась металлизированная оболочка «Flow-pack», при этом хранение осуществлялось при температуре 18-22 0С. Определение показателей качества зефира проводили через 30, 60 и 90 суток хранения. Результаты исследований представлены в таблице 5.16.

Таблица 5.16 - Показатели качества зефира при хранении

Показатели Характеристика зефира

«Ванильный» «Нежность» «Легкость»

(контроль) (с яблочной подваркой) (с морковной подваркой)

Органолептические показатели качества

Вкус и запах Свойственный Свойственные данному Свойственные данному

данному наименованию зефира с наименованию зефира

наименованию зефира, яблочным привкусом и с морковным

без постороннего ароматом, без привкусом и ароматом,

привкуса и запаха постороннего привкуса и запаха без постороннего привкуса и запаха

Цвет Белый Светло-оранжевый

Структура Свойственная зефиру, пенообразная, равномерная

Форма Свойственная данному наименованию зефира, без деформаций

Физико-химические показатели качества

Влажность, % 18,4/17,7/16,5 22,8/22,3/21,7 22,3/21,7/21,3

Редуцирующие 7,9/8,7/9,2 19,3/19,7/20,0 13,7/14,0/14,2

вещества, %

Общая 2,3/2,4/2,6 2,4/2,4/2,5 2,3/2,3/2,4

кислотность, град

Примечание: хранение зефира в течение 30/60/90 сут

Из данных таблицы 5.16 следует, что в процессе хранения зефира его органолептические показатели качества не изменяются. По физико-химическим показателям отмечено незначительное изменение, так влажность контрольного образца зефира и зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок снижается на 3,5-2,5-2,2 %, а массовая доля редуцирующих веществ повышается на 1,7-1,2-0,8 % соответственно.

Из данных таблицы 5.17 видно, что через 90 суток хранения микробиологические показатели качества зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011, что указывает на его микробиологическую стабильность в процессе хранения.

Таблица 5.17 - Микробиологические показатели качества зефира на основе подварок из

яблочных и морковных выжимок

Микробиологические исследования:

№ Определяемые Зефир Зефир Гигиени- Единицы

показатели «Нежность» «Легкость» ческий измерения

Сроки хранения, сут норматив

0 90 0 90

1 КМАФАнМ 100 300 100 500 <1000 КОЕ/г (см3)

2 БГКП Не обнаружены в 1,0 г (см3) 1,0 В 1,0 г (см3)

Патогенные, в

3 т.ч. Не обнаружены в 25 г (см3) 25 В 25 г (см3)

сальмонеллы

4 Плесени <1 <1 <100 КОЕ/г (см3)

5 Дрожжи <1 <1 <50 КОЕ/г (см3)

Таким образом, разработанные новые виды зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок при установленном сроке хранения по показателям качества соответствуют требованиям ГОСТ 6441-2014 и ТР ТС 021/2011.

На новые виды зефира разработана и утверждена нормативно-техническая документация СТО 00493534-005-2018 «Зефир на основе подварок из яблочных и морковных выжимок».

5.2.3 Разработка машинно-аппаратурной схемы приготовления зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок

Разработанные новые виды зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок предложено производить по технологической линии, представленной на рисунке 5.13 в виде машинно-аппаратурной схемы. Технологической особенностью является формование зефирной массы методом «шприцевания». В качестве упаковки для зефира используется полимерная барьерная оболочка, которая при наполнении перекручивается и затем осуществляют термоспаивание.

Выбор метода «шприцевания» для формования зефира обусловлен следующим: упрощение технологического процесса, уменьшение производственных площадей. Применение индивидуальной упаковки в оболочку позволяет исключить, предусмотренные традиционной технологией, сушку зефира, обсыпку его поверхности сахарной пудрой, а также предотвратить процесс десорбции влаги и повысить сроки хранения зефира.

1 - открытый варочный котел; 2 - плунжерный насос; 3 - змеевиковый варочный аппарат;4 - пароотделитель; 5 - темперирующая машина; 6 - шестеренчатый насос; 7 - сбивальная камера; 8 - вакуумный шприц; 9 - перекрутчик; 10 - охлаждающее устройство;

11 - термоспай; 12 - стол для упаковки в гофрокороба; 13 - весы; 14 - оклеивающая машина

Рисунок 5.13 - Машинно-аппаратурная схема производства зефира с использованием яблочной и морковной подварок методом «шприцевания»

Технология производства зефира с использованием подварок на основе яблочных и морковных выжимок начинается с того, что в открытый варочный котел (1) поступают воздушно-сухой агар и вода в пропорции 1:30, после замачивания полученная смесь нагревается с целью ускорения процесса растворения агара. Когда агар полностью растворится в воде туда же вводятся сахар белый кристаллический с помощью дозатора сухих компонентов и патока дозатором жидких компонентов. Введение второго варочного котла в технологическую линию позволяет обеспечить непрерывный процесс получения агаро-сахаро-паточного сиропа.

Из варочного котла сироп посредством плунжерного насоса (2) подается в змеевиковый варочный аппарат (3) для его уваривания при значении давления

греющего пара (0,3±0,1) МПа с целью получения на выходе готового агаро-сахаро-паточного сиропа. Поточность и непрерывность процесса производства зефира достигается в результате включения в технологическую линию змеевикового варочного аппарата.

Полученный агаро-сахаро-паточный сироп дальше проходит через пароотделитель, при этом температура сиропа на выходе 100-110 0С. Далее следует процесс охлаждения сиропа до 85-90 0С при постоянном его перемешивании в темперирующей машине (5).

Наряду с производством агаро-сахаро-паточного сиропа осуществляется приготовление рецептурной смеси. Для этого во вторую темперирующую машину загружаются с помощью дозатора подварка на основе яблочных или морковных выжимок, оставшееся количество сахара по рецептуре и яичный белок, который предварительно разводится с водой в пропорции 1:4 соответственно. Затем полученная смесь направляется в сбивальную камеру (7), где взбивается в течение 14-15 мин. Спустя указанное время в сбивальную камеру подается агаро-сахаро-паточный сироп посредством шестеренчатого насоса (6) и продолжают взбивание зефирной массы дополнительно 2-3 мин, и как только температура массы достигнет значения 54±1 0С начинаю добавлять молочную кислоту. Завершает технологическую линию процесс формования зефирной массы, характерной особенностью которого является применение вакуумного шприца (8), куда зефирная масса поступает через воронку и посредством шнеков продвигается через корпус устройства, при этом формируется жгут, которым наполняется оболочка «Flow-pack». Посредством перекрутчика (9) из жгута зефирной массы в оболочке формируются отдельные изделия. Процесс структурообразования зефира проводят при температуре 15-20 0С, для этой цели применяют охлаждающее устройство (10). Затем посредством термоспая (11) осуществляется разделение цепочки зефирных изделий и на столе (12) упакованный зефир укладывается в гофрокороба.

Глава 6. РАЗРАБОТКА АССОРТИМЕНТА, ТЕХНОЛОГИИ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА

6.1 Влияние яблочного и тыквенного порошков из выжимок на физико-химические и структурно-механические свойства теста из пшеничной муки

высшего сорта

Форма, объем, структура и пористость хлеба обуславливаются реологическими свойствами теста [214]. Поэтому была поставлена цель -исследовать влияние яблочного и тыквенного порошков на реологические свойства пшеничного теста, о которых судили по водопоглощающей способности пшеничной муки высшего сорта, а также времени необходимом для образования теста, его устойчивости и степени разжижения.

Как было описано выше в пункте 2 «Объекты и методы исследования», для определения реологических показателей качества в рецептурах опытных образцов теста производили замену пшеничной хлебопекарной муки высшего сорта в количестве от 3% до 9 % с шагом 2 % на яблочный или тыквенный порошок.

На рисунке 6.1 изображен эффект влияния различных дозировок яблочного и тыквенного порошков от массы муки на водопоглощение, определенной на фаринографе.

При введении в тесто из пшеничной муки высшего сорта яблочного и тыквенного порошков отмечается увеличение показателя водопоглощения по сравнению с контролем (58,8 %), так при дозировке добавок 3 % - до 59,4 и 59,23 %, а при 9 % - до 60,12 и 60,63 % соответственно. Таким образом, в опытных образцах теста повышение показателя водопоглощения в среднем составило 0,5-1,5 %, в зависимости от дозировки добавок, что может быть обусловлено повышенным содержанием в тесте пищевых волокон (пектиновые вещества и клетчатка) яблочного и тыквенного порошков из выжимок, которые

являются к гидроколлоидам и по сравнению с пшеничной мукой обладают большей водопоглощающей способностью.

о

51

60,5

60

1! |

§ 59,5 1-1

I

и

59

5Б,5

5Б

1 в

60, 17 -а

59 4 —г >7

\ * \ 5 9,2 *

а,а

60г63

60.12

'Яблочный порошок

"ГЫКБ5НН=.|Й ЮЭОШСК

3 6

Дозировка порошков. %

Рисунок 6.1 - Графики зависимости водопоглощения пшеничной муки от дозировки

яблочного и тыквенного порошков

На рисунках 6.2 и 6.3 изображены графики зависимости времени образования и устойчивости теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков.

В результате добавления яблочного и тыквенного порошков в рецептуру теста отмечается значительное увеличение времени его образования. При этом, максимальное время зависит как от вида порошка, так и от его дозировки в тесте: 5,07 мин - при 9 % порошка из яблочных выжимок; 6,3 мин - при 3 % порошка из тыквенных выжимок.

На время образования теста из пшеничной муки высшего сорта большое влияние оказывают свойства клейковины, в частности ее упругость. Поэтому увеличение продолжительности образования опытных образцов теста, вероятно связано с укреплением клейковины, которое происходит в силу того, что белки пшеничной муки и пищевые волокна яблочного и тыквенного порошков образуют белково-полисахаридных комплексы с помощью новых связей, которые могут

быть ионными, водородными и гидрофобного взаимодействия. Клейковина может становиться более упругой (крепкой) также из-за наличия в тесте флавоноидов и витамина С, которые обладают известным ингибирующим влиянием на протеазы муки и упрочняют внутримолекулярную структуру белка. Однако, добавление тыквенного порошка в дозировке 7-9 % приводит к небольшому снижению времени образования теста сравнительно с дозировкой 3-5 %. Это может быть обусловлено тем, что с увеличением дозировки тыквенного порошка его гидрофильные компоненты (пектины и клетчатка) могут быстрее поглощать воду и, следовательно, повышать консистенцию теста и, следовательно, сокращать время, необходимое для образования теста. Таким образом, вид, молекулярная структура и дозировка порошков, оказывают большое влияние на данный параметр.

Рисунок 6.2 - Графики зависимости времени образования теста от дозировки

яблочного и тыквенного порошков

13,5

и а

а

3,5

0 3 6 9

Дозировка порошков. %

Рисунок 6.3 - Графики зависимости времени устойчивости теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков

Кака видно на графиках, изображенных на рисунке 6.3, при повышении количества добавляемого в тесто яблочного и тыквенного порошков от 3 до 9 %, происходит уменьшение времени устойчивости опытных образцов теста по сравнению с контролем в среднем на 5,5 мин. Полученные данные сопоставимы с результатами исследований по водопоглощению муки пшеничной высшего сорта с добавлением порошков. Выявлено, что из-за повышенного содержания пищевых волокон в опытных образцах теста с добавлением яблочного и тыквенного порошков отмечается большее водопоглощение сравнительно с контролем. При этом, в процессе замеса опытных образцов теста, определенное количество воды может выходить в матрицу теста, и оно становится менее стабильным.

Продолжительное замешивание теста с добавлением яблочного и тыквенного порошков вызывает снижение его консистенции. На рисунке 6.4 показаны графики, построенные по результатам определения показателя степени разжижения опытных образцов теста по сравнению с контролем через 12 мин, и которые наглядно показывают, что степень разжижения теста возрастает с повышением рецептурного количества соответствующих порошков.

О ш

rt

и

g

и

rt ri О.

и

а

и

■Яблочный поро-иок ТыКЕ5НН=.|Й ПОЭОШСК

130 120 110 100 90 30 70 60 50 40 30

0 3 6 9

Дозировка порошка. %

Рисунок 6.4 - Графики зависимости степень разжижения теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков

1—12/

* f ,67

1 / 1 Ш .6/ 4 9

i 9S,33 1 02,33

* rsa УЬ

/ t/

■л

i/

43

Явление снижения степени разжижения теста может быть вызвано тем, что крупные молекулы теста с добавлением яблочного и тыквенного порошков могут выстраиваться в одном направлении и таким образом снижать его устойчивость к замесу.

Зависимость газообразующей способности теста из пшеничной муки высшего сорта и его подъема от рецептурного количества в нем яблочного и тыквенного порошков графически отображено на рисунках 6.5 и 6.6.

Из рисунка 6.5 видно, что наличие в опытных образцах теста яблочного и тыквенного порошков оказывает положительное влияние на его газообразующую способность. Как показывают результаты исследований, в результате брожения опытных образцов теста в течении 3 ч общее количесто выделившегося диоксида углерода (в см3) по сравнению с контролем больше на 32,8-31,2 % - с добавлением 3-9 % яблочного порошка и на 34,4-34,3 % - с добавлением 3-9 % тыквенного порошка соответственно. Существенному увеличению газообразующей способности опытных образцов теста способствует присутствие в яблочном и тыквенном порошках собственных сахаров, обладающих свойством активировации дрожжей.

Дозировка порошков,

Рисунок 6.5 - Диаграмма зависимости газообразующей способности теста от дозировки

яблочного и тыквенного порошков

Контроль иЯо л очный порошок ■ Тыквенный порошок

50

0 3:79

Дозировка порошков, % Рисунок 6.6 - Диаграмма зависимости подъем теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков

Из рисунка 6.6 видно, что при введении в тесто фруктово-овощных добавок в количестве от 3 до 5 % его подъем (в мм) увеличивается соответственно: с

яблочным порошком - на 13,8-1,1 %, с тыквенным порошком - на 23,0-3,9 %. В силу того, что тесто с повышенной дозировкой порошков до 7-9 % характеризуется ограниченной эластичностью клейковинного каркаса, при его брожении происходит частичная потеря диоксида углерода, что обуславливает снижение подъема теста в сравнении с контролем.

Одним из показателей, по которому судят о готовности теста из пшеничной муки в процессе его брожения является кислотность. Количественный и качественный состав кислот теста оказывает влияние на ферментную активность, состояние белков, жизнедеятельность микрофлоры, накопление вкусовых и ароматических веществ. По этой причине проводили определение титруемой кислотности в контрольном и опытных образцах теста как в начале, так и в конце брожения (рис. 6.7 и 6.8). Продолжительность процесса брожения с момента замеса теста составляла 150 мин.

Контроль ■ Яблочный порошок ■ Тыквенный порошок

0 3 5 7 9

Дозировка порошков, %

Рисунок 6.7 - Диаграмма зависимости начальной кислотности теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков

Контроль ■ Яблочный порошок ■ Тыквенный порошок

I! || || | I

Рисунок 6.8 - Диаграмма зависимости конечной кислотности теста от дозировки яблочного и тыквенного порошков

В случае добавления в тесто яблочного порошка в количестве 3-9 % наблюдается увеличение его начальной кислотности в сравнении с контролем на 5,9 и 17,6 % соответственно, что может быть обусловлено наличием в порошке собственных органических кислот. Так, при использовании тыквенного порошка, не являющегося источником органических кислот, наблюдается несущественное изменение начальной кислотности теста.

На рисунке 6.8 наглядно изображено, что добавление в тесто яблочного и тыквенного порошков приводит к нарастанию титруемой кислотности при брожении по сравнению с контролем, так как данные добавки содержат в своем составе вещества (сахара, аминокислоты, витамины, макро- и микроэлементы), повышающие бродильную активность дрожжей. При этом, среди исследуемых образцов теста наиболее интенсивное кислотонакопление характерно при добавлении 3-9 % яблочного порошка, где показатель конечной кислотности выше по сравнению с контролем на 7,7-15,4 % соответственно. Тогда как при той же дозировке тыквенного порошка увеличение показателя конечной кислотности составляет 3,8-7,7 % в сравнении с контролем.

Анализируя полученные результаты реологических исследований теста из пшеничной муки высшего сорта с добавлением порошков из яблочных и тыквенных выжимок можно сделать вывод о том, что данные виды теста в процессе своего формирования поглощают большее количество воды в сравнении с традиционным пшеничным тестом. Также следует учитывать тот факт, что тесто с использованием порошков в его рецептуре не способно выдерживать продолжительный замес по причине быстрой потери консистенции и скорого разжижения. В силу перечисленных причин необходимо внимательно подходить к процессу замеса таких видов теста и не допускается продолжительное его приготовление.

6.2 Влияние яблочного и тыквенного порошков на органолептические

и физико-химические показатели качества хлебобулочных изделий

Органолептические, физико-химические и структурно-механические показатели качества хлебобулочных изделий во многом зависят от качественного и количественного состава рецептурных комопнентов. Поэтому считали целесообразным исследовать зависимость качества хлеба из пшеничной муки высшего сорта от количества яблочного или тыквенного порошка в рецептуре. Дозировки яблочного и тыквенного порошков, полученных из выжимок производства соков прямого отжима, варьировали в интервале 3-7 % с шагом 2 % взамен муки. В таблице 6.1 указаны рецептуры контрольного и опытных образцов хлеба.

Подробное описание способа получения опытных и контрольных образцов хлеба представлено в подпункте 2.2 «Объекты исследования». Определение качественных показателей готового хлеба осуществляли через 16 ч после выпечки.

Таблица 6.1 - Рецептуры контрольного и опытных образцов хлеба

Рецептурные ингредиенты Дозировка порошка, %

0 3 5 7

Мука пшеничная в/с, г 1000 970 950 930

Вода, г По расчету

Дрожжи прессованные, г 15

Соль, г 12,5

Яблочный или тыквенный порошок, г - 30 50 70

В таблицах 6.2 - 6.5 представлены результаты исследования зависимости качественных показателей хлеба от дозировки яблочного и тыквенного порошков. Полученные данные наглядно показывают, что влажность мякиша опытных образцов хлеба с повышением рецептурного содержания порошков по сравнению с контролем незначительно увеличивается, что обусловлено высоким содержанием в яблочном и тыквенном порошках гидрофильных компонентов -пищевых волокон.

Титруемая кислотность мякиша опытных проб соответствует требованиям ГОСТ 27842-88.

Установлено, что внесение яблочного и тыквенного порошков приводит к увеличению удельного объема, пористости и снижению твердости по сравнению с контролем, за исключением образцов с 7 %-й дозировкой порошка.

При дозировке порошков из яблочных и тыквенных выжимок равной 3 % показатель удельного объема хлеба по сравнению с контролем повышается соответственно на 6,2 и 7,5 %; при дозировке порошков равной 5 % отмечено несущественное увеличение указанного показателя. Более высокая дозировка (7 %) яблочного и тыквенного порошков приводит к уменьшению показателя удельного объема хлеба в сравнении с контролем на 4,8-2,4 % соответственно, что можно объяснить увеличенным количеством потерь диоксида углерода из-за уплотнения клейковины наряду с повышенным газообразованием.

По зависимоти пористости хлеба от дозировки порошков прослеживается такая же тенденция, что и по показателю удельного объема, при этом наибольшее значение по данному показателю характерно для хлеба с добавлением тыквенного

порошка. В образцах с 3-5 % добавкой яблочного и тыквенного порошков пористость выше по сравнению с контролем соответственно 4,0-1,3 % и 6,5-2,6 %. С увеличением дозировки порошков до 7 % происходит снижение пористости по сравнению с контролем соответственно на 5,2-2,6 %.

Одним из важных показателей качества хлеба является сохранение его свежести в процессе хранения. О влиянии яблочного и тыквенного порошков на черствение хлеба судили по изменению твердости мякиша через 24, 48 и 72 ч после выпечки с помощью анализатора текстуры ТА-ХТ2 Texture Analyser (см. п. 2.3). Для упаковки хлеба применялась полиэтиленовая пленка. Упакованные хлебобулочные изделия хранили в чистом, сухом, хорошо вентилируемом помещении на полках, уложенными в один ряд при температуре 20 ± 2 °С. Относительная влажность воздуха в помещении не превышала 75 %.

Полученные результаты показывают, что использование яблочного и тыквенного порошков способствует сохранению свежести хлеба более длительное время по сравнению с контролем (таблицы 6.2 и 6.4). За время хранения от 24 до 72 ч значение показателя твердости мякиша контрольного образца увеличивается в 3 раза, тогда как в изделиях с добавками яблочного и тыквенного порошков в количестве 5-7 % твердость мякиша увеличивается в среднем на 2,5 % и 2,7 %. соответственно. Через 72 ч хранения у всех опытных образцов хлеба с добавлением яблочного и тыквенного порошков была отмечена меньшая твердость мякиша в сравнении с конролем через 48 часов хранения.

Исходя из полученных экспериментальных данных можно судить о том, что введение в рецептуру хлеба из пшеничной муки высшего сорта порошков из яблочных и тыквенных выжимок вызывает торможение процесса черствения при хранении. Данное явление может быть обусловлено повышенным количеством в опытных образцах хлеба воды в прочносвязанном состоянии, так как входящие в рецептуру хлеба порошки характеризуются высоким содержанием клетчатки, пектинов и наличием собственных белков, которые образуют белково-полисахаридные комплексы совместно с белками пшеничной муки высшего сорта, что и вызывает увеличение их способности удерживать влагу. Наличие в

порошках из яблочных и тыквенных выжимок электролитов в том числе увеличивает гидратацию белков и усиливает в пищевой системе показатель осмотического давления, в результате повышается прочность связи капиллярной влаги.

Возрастание в мякише опытных образцов хлеба доли влаги в прочносвязанном состоянии подразумевает, что добавление порошков в указанных дозировках вызывает торможение процесса испарения влаги и ее миграции в массе готовых хлебобулочных изделий, что способствует повышению их качества и более длительному сохранению свежести, что подтверждается данными исследований, описанными в литературе [99, 100].

Таблица 6.2 - Влияние яблочного порошка на показатели качества хлеба

Дозировка яблочного порошка,

Наименование показателя Контроль % от массы муки

3 5 7

Влажность, % 43,0 43,0 43,1 43,4

Кислотность, град. 2,3 2,5 2,6 2,6

Пористость, % 77 80 78 73

Удельный объём, см3/100 г 372 395 375 354

Твердость, Н

через: 16 ч 3,248 2,470 2,889 3,571

24 ч 7,093 4,856 5,156 6,708

48 ч 8,814 6,114 6,735 8,303

72 ч 9,910 7,363 7,246 9,174

Органолептические показатели качества хлеба с добавлением яблочного порошка представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Органолептические показатели качества хлеба с добавлением

яблочного порошка

Наименование показателя Характеристика хлеба с добавлением яблочного порошка, % от массе муки

0(контроль) 3 5 7

1 2 3 4 5

Внешний вид:

форма Соответствующая хлебной форме, в которой производилась выпечка, с несколько выпуклой верхней коркой, без боковых выплывов

поверхность Без крупных трещин и подрывов

цвет Светло-желтый Желтый Желтый Темно-желтый

Продолжение таблицы 6.3

1 2 3 4 5

Состояние мякиша:

пропеченность Пропеченный, не влажный на ощупь. Эластичный, после легкого надавливания пальцами мякиш принимает первоначальную форму

промес Без комочков и следов непромеса

пористость Развитая, без пустот и уплотнений

цвет Светлый с желтоватым оттенком Светло-бежевый Бежевый Темно-бежевый

вкус и запах Свойственны е данному виду изделий, без постороннего привкуса и запаха Свойственные данному виду изделий с легким яблочным привкусом и запахом Свойственные данному виду изделий с выраженным яблочным привкусом и запахом

в) г)

Рисунок 6.9 - Внешний вид и состояние мякиша хлеба из пшеничной муки высшего

сорта с яблочным порошком в дозировке, % от массы муки:

а - 0, б - 3; в - 5; г - 7

Таблица 6.4- Влияние тыквенного порошка на показатели качества хлеба

Дозировка тыквенного порошка,

Наименование показателя Контроль % от массы муки

3 5 7

Влажность, % 43,0 43,1 43,2 43,6

Кислотность, град. 2,3 2,4 2,4 2,5

Пористость, % 77 82 79 75

Удельный объём, см3/100 г 372 400 380 363

Твердость, Н

через: 16 ч 3,248 2,495 2,701 3,137

24 ч 7,093 5,640 6,165 6,318

48 ч 8,814 6,763 7,415 6,926

72 ч 9,910 7,564 7,568 8,024

Органолептические показатели качества хлеба с добавлением тыквенного порошка представлены в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - Органолептические показатели качества хлеба с добавлением

тыквенного порошка

Наименование показателя Характеристика хлеба с добавлением тыквенного порошка, % от массе муки

0(контроль) 3 5 7

Внешний вид:

форма Соответствующая хлебной форме, в которой производилась выпечка, с несколько выпуклой верхней коркой, без боковых выплывов

поверхность Без крупных трещин и подрывов

цвет Светло-желтый Желтый Темно-желтый Светло-коричневый

Состояние мякиша:

пропеченность Пропеченный, не влажный на ощупь. Эластичный, после легкого надавливания пальцами мякиш принимает первоначальную форму

промес Без комочков и следов непромеса

пористость Развитая, без пустот и уплотнений

цвет Светлый с желтоватым оттенком Желто-оранжевый Светло-оранжевый с золотистым оттенком Темно- оранжевый с коричневатым оттенком

вкус и запах Свойственны е данному виду изделий, без постороннего привкуса и запаха Свойственные данному виду изделий с легким тыквенным привкусом и запахом Свойственные данному виду изделий с выраженным тыквенным привкусом и запахом

в) г)

Рисунок 6.10 - Внешний вид и состояние мякиша хлеба из пшеничной муки высшего сорта с тыквенным порошком в дозировке, % от массы муки:

а - 0, б - 3; в - 5; г - 7

Потребительские свойства хлебобулочных изделий во многом определяются их органолептическими показателями качества, поэтому исследовали влияние на данный показатель различных дозировок яблочного и тыквенного порошков.

Использование в рецептуре хлеба из пшеничной муки высшего сорта яблочного и тыквенного порошков приводит к улучшению вкуса и аромата готовых изделий, которые не ослабевают на протяжении всего периода хранения. Более приятные вкус и запах обусловлены ароматобразующими веществами, содержащимися в порошках. Внесение порошков из яблочных и тыквенных выжимок приводит к изменению цвета изделий соответственно от светло-бежевого до темно-бежевого и от желто-оранжевого до темно-оранжевого с

коричневатым оттенком (см. рис. 6.9 и 6.10). Опытные изделия характеризуются хорошо развитой пористостью.

На основании результатов исследования влияния яблочного и тыквенного порошков на органолептические, физико-химические и структурно-механические показатели хлеба определена рациональная дозировка добавок 5 %, обеспечивающая наилучшее качество готовых изделий.

6.3 Разработка технологии теста из пшеничной муки высшего сорта с использованием яблочного и тыквенного порошков

Известно, что использование в технологии хлеба растительных масел способствует улучшению показателей качества хлебобулочных изделий. Для хлеба, в рецептуру которого входит растительное масло, характерны следующие отличительные особенности: увеличенный объем, усиленные вкус и аромат, мякиш менее твердый и крошливый.

В настоящее время производители растительного масла прдлагают потребителю широкий его ассортимент, в том числе для его получения применяется маловостребованное, нетрадиционное сырье - отходы сельскохозяйственного производства, в частности зародыши злаковых культур, не уступающие по своей пищевой ценности классическим масличным культурам. Так, применение в пищевой промышленности масла кукурузных зародышей может иметь большие перспективы. Данному виду масла присущи отсутствие осадка и запаха, обезличенный вкус, цвет - желтый, кислотное число - не более 0,4. Пищевая ценность кукурузного масла характеризуется высоким содержанием витамина Е - жирорастворимого антиоксиданта (75 мг/100 г), а также линолевой кислоты, обладающей биологической активностью [249, 276].

Исследована возможность использования кукурузного масла в технологии хлеба из пшеничной муки высшего сорта с добавлением 5 % яблочного и тыквенного порошков из выжимок от производства соков прямого отжима.

Установлено, что введение в тесто с яблочным и тыквенным порошком кукурузного масла в дозировке 4, 8 и 12% к массе муки и порошка увеличивает показатель удельного объема хлеба (рис. 6.11).

Таким образом, кукурузное масло, добавленное в тесто, способствует улучшению его реологических свойств путем повышения эластичности и пластичности. Это обусловлено со смазывающим эффектом масла, в результате чего обеспечивается относительное скольжение структурных компонентов теста, а также его клейковинного каркаса и включенных в него крахмальных зерен. В силу этого повышается способность клейковинного каркаса теста растягиваться минуя разрыв под давлением увеличивающихся в объеме пузырьков газа.

В процессе брожения часть жира взаимодействует с крахмалом муки и белками клейковины. Благодаря этому образуются комплексы, которые способны улучшать реологические свойства теста, повышать его газоудерживающую способность [214].

о о

^

ю о

35

3 к л

4 и

ч >

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

458

467

480

0 4 8 12

Дозировка кукурузного масла, %

I Яблочный порошок I Тыквенный порошок

Рисунок 6.11- Влияние дозировки кукурузного масла на удельный объем хлеба с добавлением 5% яблочного и тыквенного порошков

Как видно из рисунка 6.11, наибольший рост удельного объема у опытных образцов хлеба с яблочным порошком был отмечен при добавлении кукурузного масла в количестве 8 %, с тыквенным порошком - 12 %. Показатель удельного объема хлеба с яблочным порошком и 8 % кукурузного масла выше, чем у хлеба

без добавления масла на 22,1 %, при этом дальнейшее увеличение дозировки масла приводит к незначительному снижению этого показателя на 2,8 %. При добавлении 8-12 % кукурузного масла рост удельного объема хлеба с тыквенным порошком по сравнению с хлебом без масла составил 22,9 и 26,3 % соответственно.

Результаты исследования влияния различных дозировок кукурузного масла на твердость мякиша хлеба с яблочным и тыквенным порошком в процессе хранения представлены на рисунках 6.12 и 6.13.