Geum.ru

Технологии жидких дрожжей и хлебобулочных изделий в условиях дискретного производства

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Москва - 2009
Научный руководитель
Дубцов Георгий Георгиевич
Общая характеристика работы
Цель и задачи исследований
Propionibacterium freudenreichii
Научная новизна
L. delbrueckii
Технологии жидких дрожжей и хлебобулочных изделий в условиях дискретного производства
Практическая ценность.
L. delbrueckii
Апробация работы
Структура и объем диссертации.
Основное содержание работы
2.1. Объекты и методы исследований
P. freudenreichii
P. freudenreichii
2.2. Результаты исследований
L. delbrueckii
L. delbrueckii
...
Полное содержание
Подобный материал:
  1   2


На правах рукописи


Быковченко Татьяна Вениаминовна


технологии жидких дрожжей и хлебобулочных изделий в условиях дискретного производства



Специальность 05.18.01 -

Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства



АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва - 2009

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Государственный научно-исследовательский институт хлебопекарной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии)


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Заслуженный деятель науки и техники РФ

Поландова Раиса Дмитриевна


Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Дубцов Георгий Георгиевич


кандидат технических наук,

Роговских Ирина Валентиновна


Ведущая организация: НОУ ДПО «Международная промышленная академия» (МПА)


Защита состоится « 15 » октября 2009 г. в _13.00_ ч на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, 11, ауд. 302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан « » сентября 2009 г.


Ученый секретарь Совета, к.т.н., доц. И.Г. Белявская

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В начале XX века в крупных городах России – Петербурге, Москве, Киеве, Екатеринбурге и других промышленных центрах функционировали кустарные пекарни малой мощности с трудоемкими процессами хлебопекарного производства. В 20-х гг. СНК СССР принял решение о создании хлебопекарной промышленности. Была поставлена задача о бесперебойном обеспечении населения страны хлебобулочными изделиями промышленного производства и механизации предприятий. Для выполнения государственной были привлечены отечественные инженеры и ученые. В 1929 г. в Москве построен первый механизированный хлебозавод по проекту инженера Г.П. Марсакова. Отечественными учеными была разработана уникальная технология, обеспечивающая на хлебопекарных предприятиях производство хлеба высокого качества: профессор А.И. Островский разработал рациональную схему производства жидких дрожжей для хлебозаводов, работающих при круглосуточном непрерывном технологическом процессе.

Жидкие дрожжи являются начальной стадией технологического процесса, их готовят из натурального сырья – муки на хлебопекарных предприятиях и применяют в качестве биологического разрыхлителя при производстве хлеба из пшеничной, смеси пшеничной и ржаной муки. Жидкие дрожжи в технологии хлебопечения обеспечивают высокую пищевую ценность хлебобулочных изделий, обогащая их биологически активными и пребиотическими компонентами, синтезируемыми молочнокислыми бактериями Lactobacillus delbrueckii и дрожжами Saccharomyces cerevisiae. Хлеб, выпеченный на жидких дрожжах, содержит незаменимые аминокислоты, витамины, молочную кислоту, способствующие повышению иммунитета и улучшению микрофлоры организма, в котором не развиваются болезнетворные микроорганизмы и инфекционные желудочно-кишечные заболевания. Хлеб на жидких дрожжах приобретает приятный вкус и аромат, длительное время сохраняет свежесть. При переработке муки с пониженными хлебопекарными свойствами жидкие дрожжи стабилизируют технологический процесс, ингибируют развитие «картофельной палочки», содержащейся в муке, и предотвращают картофельную болезнь хлеба. Применение жидких дрожжей в производстве формовых сортов хлеба из пшеничной муки позволяет значительно сократить расход прессованных дрожжей, в результате улучшаются техноэкономические показатели хлебопекарных предприятий.

Большой вклад в совершенствование процесса приготовления жидких дрожжей и их внедрение на хлебопекарных предприятиях внесли ученые: В.А. Николаев, М.И. Ратнер, М.П. Плотников, А.Я. Пумпянский, Э.С. Канель, Р.С. Баширова, Н.В. Запенина, Г.М. Смирнова, В.И. Калинина, Л.Я. Ауэрман, Л.И. Пучкова, Р.Д. Поландова, Т.Г. Богатырева, Л.П. Пащенко и другие.

В современных экономических условиях хлебопекарные предприятия в основном работают в одно-, двухсменном режиме с перерывами до 8-16 ч, при этом проблемой является сохранение биотехнологических свойств жидких дрожжей. В настоящее время жидкие дрожжи применяют на отдельных хлебозаводах большой мощности, работающих без перерывов в технологическом процессе. Анализ производственной деятельности хлебопекарных предприятий показал отсутствие научно обоснованной технологии, обеспечивающей микробиологическую чистоту и сохранение биотехнологических свойств жидких дрожжей в условиях работы хлебопекарных предприятий с перерывами.

В связи с этим актуальной задачей является разработка технологий приготовления жидких дрожжей для дискретной работы хлебопекарных предприятий и обеспечения стабильности технологического процесса, производства хлебобулочных изделий повышенной пищевой ценности и микробиологической чистоты; создание технологий, позволяющих оперативно перестраивать организацию производства для более эффективного использования основного и вспомогательного сырья, технологического оборудования, трудовых и материальных ресурсов; что обеспечит снижение себестоимости продукции и улучшит техноэкономические показатели хлебопекарных предприятий, особенно малой мощности.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является разработка технологии производства жидких дрожжей и их применения в технологическом процессе приготовления хлебобулочных изделий в условиях работы хлебопекарных предприятий с перерывами до 8-16 ч.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1. Разработать дифференциальную технологию приготовления жидких дрожжей с увеличенной продолжительностью их выращивания (до 16 ч):

- провести оптимизацию составов питательных сред и разработать режимы приготовления жидких дрожжей в зависимости от продолжительности их выращивания;

- разработать математическую модель процесса приготовления жидких дрожжей.

2. Разработать технологию приготовления жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями (ПКБ) для повышения микробиологической чистоты хлебобулочных изделий:

- исследовать взаимодействия ПКБ Propionibacterium freudenreichii, дрожжей S. cerevisiae и спорообразующих бактерий рода Bacillus;

- разработать способ культивирования ПКБ в мучной среде;

- оптимизировать состав питательной среды и разработать режим приготовления жидких дрожжей с ПКБ.

3. Разработать технологию приготовления жидких дрожжей с хмелем для повышения пищевой ценности и микробиологической чистоты хлебобулочных изделий, вырабатываемых на хлебопекарных предприятиях малой мощности:

- исследовать влияние хмеля на ферментативную активность дрожжей и селекционировать хмелеустойчивые штаммы;

- оптимизировать состав питательной среды и разработать режимы приготовления жидких дрожжей с хмелем в зависимости от продолжительности выращивания.

4. Исследовать влияние жидких дрожжей с различной продолжительностью выращивания на качество и микробиологическую безопасность хлебобулочных изделий.

5. Разработать документацию по приготовлению и применению жидких дрожжей в условиях дискретной работы хлебопекарных предприятий.

6. Промышленная апробация и внедрение результатов исследований.

Структурная схема исследований приведена на рис. 1.

Научная новизна. Научно обоснованы и разработаны технологии приготовления жидких дрожжей и хлебобулочных изделий в условиях дискретной работы хлебопекарных предприятий.

Оптимизированы составы мучных питательных сред (в том числе с применением хмеля и пропионовокислых бактерий), стабилизирующие биотехнологические свойства жидких дрожжей в условиях одно- и двухсменной работы хлебозаводов, сформулированы принципы культивирования дрожжей и молочнокислых бактерий (МКБ) L. delbrueckii при различной продолжительности их выращивания.

Разработана математическая модель технологического процесса приготовления жидких дрожжей, описывающая совокупность микробиологических и биохимических процессов при различной продолжительности их выращивания.

Исследовано совместное культивирование в мучных средах дрожжей, пропионовокислых, молочнокислых бактерий L. delbrueckii. Выявлено ингибирующее влияние пропионовокислых бактерий на спорообразующие бактерии рода Bacillus во взаимосвязи с составом питательных сред для выращивания ПКБ. Показан наибольший прирост биомассы ПКБ на мучной заварке, заквашенной L. delbrueckii, используемой для приготовления жидких дрожжей.

Проведены исследования по селекции высокопродуктивных штаммов чистых культур хмелеустойчивых дрожжей и выявлено повышение ферментативной активности дрожжей при их выращивании на мучной осахаренной заварке с хмелем в оптимальных условиях.

Исследованиями хлебобулочных изделий, приготовленных на жидких дрожжах по разработанным технологиям, подтвержден эффект улучшения качества хлеба и повышения его пищевой ценности и микробиологической чистоты.





Научное обоснование и разработка дифференциальной технологии ЖД с увеличением продолжительности выращивания дрожжей (до 16 ч)

Оптимизация составов питательных сред и режимов приготовления ЖД в зависимости от продолжительности их выращивания

Разработка документации - инструкции по приготовлению и применению ЖД в условиях дискретной работы хлебопекарных предприятий; промышленная апробация и внедрение

Технологии жидких дрожжей и хлебобулочных изделий в условиях дискретного производства



Рисунок 1 - Структурная схема исследований

Практическая ценность. Разработаны и научно обоснованы дифференциальная технология приготовления жидких дрожжей с увеличением продолжительности их выращивания (до 16 ч) в условиях дискретного производства (патент № 2326937 от 15.11.2006); технология приготовления жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями для повышения микробиологической безопасности хлебобулочных изделий (положительное решение по заявке на изобретение № 2008146213 от 25.11.2008); технология приготовления жидких дрожжей с хмелем для обеспечения микробиологической чистоты хлебобулочных изделий на предприятиях малой мощности.

На основе разработанных принципов культивирования дрожжей и МКБ L. delbrueckii разработана методика расчета приготовления жидких дрожжей для хлебопекарных предприятий и прикладная программа для управления процессом приготовления жидких дрожжей в различных условиях производства при изменении ассортимента и объема вырабатываемой продукции, продолжительности смены, типов и суточной мощности технологического оборудования (печей).

На основании результатов исследований и производственных испытаний разработана и утверждена «Технологическая инструкция по приготовлению и применению жидких дрожжей в условиях дискретной работы хлебопекарных предприятий» («Сборник современных технологий хлебобулочных изделий», 2008 г.).

Определен ожидаемый экономический эффект по отрасли хлебопечения, который составит 155 млн. руб. (от 30 до 450 тыс. руб. на одно предприятие) в результате снижения себестоимости продукции: эффективного использования основного и вспомогательного сырья (за счет замены прессованных дрожжей жидкими), технологического оборудования (снижения расхода топлива, электроэнергии), сокращения технологических и производственных потерь и работы хлебопекарных предприятий в одно- или двухсменном режиме.

Технологии приготовления жидких дрожжей в условиях дискретного производства хлеба апробированы и внедрены на 9 хлебопекарных предприятиях, в том числе в ОАО «Хлебозавод №9», г. Москва, ОАО «Хлебозавод №2», г. Ижевск, ОАО «Хлебозавод», г. Брянск и др.

Результаты научных исследований и внедрения включены в учебные программы повышения квалификации специалистов хлебопекарной промышленности при Российском Союзе пекарей (РСП) и Международной промышленной академии.

Работа проводилась в соответствии с научно-технической программой Россельхозакадемии (РАСХН): «Разработать современные ресурсосберегающие методы и технологии высокоэффективной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных продуктов адекватного питания» в рамках Концепции Программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 гг.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на III Международной конференции «Современное хлебопечение-2003» (МПА, Москва, 2003), Всероссийской научно-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (РАСХН, Углич, 2004), Всероссийском симпозиуме с международным участием «Биотехнология микробов» (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, 2004), Всероссийском симпозиуме «Автотрофные микроорганизмы (МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва, 2005), II Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов XXI века» (МПА, Москва, 2007), Международном научно-практическом симпозиуме «Микробные биокатализаторы и их роль в нано- и биотехнологиях» (ВНИИПБТ, Москва, 2008), региональном научно-практическом семинаре «Микробиологические аспекты хлебопекарного и кондитерского производств» (ОАО «Хлеб», Тверь, 2008), Всероссийской конференции «Научно-практические аспекты экологизации продуктов питания» (РАСН, Углич, 2008), X Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство: перспективы развития» (Уральский государственный экономический университет, Екатеринбург, 2009 г.); XII Всероссийской научно-технической конференции «Новые информационные технологии» (МГУ приборостроения и информатики, Москва. 2009), Конференции X юбилейного международного форума «Высокие технологии XXI века» (ЦВК «Экспоцентр», Москва, 2009), Ученом Совете ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии (Москва, 2003-2009), научно-практических семинарах Российского Союза Пекарей (Москва, 2003-2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, получены патент и положительное решение на выдачу патента.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Диссертационный материал изложен на 185 страницах основного текста, включает 19 рисунков и 33 таблицы. Список литературы состоит из 110 источников российских и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Обзор литературы

В обзоре научно-технической литературы проведен анализ существующих схем приготовления жидких дрожжей, способов повышения их микробиологической чистоты и стабилизации биотехнологических свойств. Приведено описание свойств пропионовокислых бактерий и их применение в хлебопечении. Обобщены данные о методах регулирования процессов созревания полуфабрикатов в условиях работы хлебопекарных предприятий с перерывами; применении жидких дрожжей при различных способах тестоприготовления и их влиянии на качество и микробиологическую чистоту хлебобулочных изделий. В результате проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследований.


2. Экспериментальная часть

Исследования проводили в ГНУ ГОСНИИ хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии; Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова на кафедре микробиологии; Московском государственном университете приборостроения и информатики на кафедре прикладной математики.

2.1. Объекты и методы исследований

Для проведения исследований использовали: муку пшеничную первого и второго сорта со средними хлебопекарными свойствами, дрожжи прессованные хлебопекарные; ферментные препараты - Глюкоамилазу очищенную AMG 800 BG, Фунгамил SG 2500 (DSM); соль поваренную пищевую; соду пищевую (натрий двууглекислый); солод ячменный пивоваренный; хмель прессованный (далее - хмель). Качество сырья и пищевых добавок соответствовало требованиям технической документации. Для приготовления жидких дрожжей использовали чистые культуры микроорганизмов из коллекции ГОСНИИХП: штаммы дрожжей S. cerevisiae - №3, 9, М-23; МКБ - L. delbrueckii № 40, 30-1; из коллекции кафедры микробиологии МГУ имени М.В. Ломоносова: ПКБ - Propionibacterium freudenreichii RVS-4-irf.

В работе применяли общепринятые и специальные методы оценки качества сырья, активности чистых культур микроорганизмов, свойств жидких дрожжей и качества хлебобулочных изделий.

Жидкие дрожжи готовили по разработанным технологиям, в том числе с добавлением пропионовокислых бактерий и хмеля. В качестве контроля использовали жидкие дрожжи, приготовленные по рациональной схеме («Методическое руководство по приготовлению жидких дрожжей на хлебопекарных предприятиях», ГОСНИИХП, 2001 г.).

Для выращивания ПКБ P. freudenreichii и исследования их совместного культивирования с дрожжами S. cerevisiae и спорообразующими бактериями B. subtilis и B. cereus использовали синтетические и полусинтетические среды, содержащие глюкозу, минеральные соли, кукурузный экстракт, триптон; экстракт мучной среды (ЭМС) с концентрацией редуцирующих сахаров 4%. Температура культивирования составляла 30оС, начальное значение рН 6,8–7,0.

Рост жидкой культуры P. freudenreichii оценивали с помощью спектрофотометра «Specol» (λ=540 нм, l=1 см) и переводили в единицы АСБ (абсолютно сухой биомассы) - 0,301 мг/мл АСБ = 3,3 х 108 КОЕ/мл. Рост бактерий в мучных средах определяли оптическим методом. Из мучной осахаренной заварки получали ЭМС – прозрачный супернатант, который готовили путем центрифугирования мучной заварки в течение 45 мин при 9000 g. Культуральные жидкости (КЖ) P. freudenreichii получали центрифугированием культур при 30000g в течение 15 мин, стерилизовали фильтрованием через мембранный фильтр «Synpor» №6 (Чешская Республика). Контроль микробиологической чистоты культур проводили с помощью микроскопа LABOVAL-4 (Carl Zeiss, Yena).

Качественный и количественный анализ летучих жирных кислот (ЛЖК) - пропионовой и уксусной проводили методом газовой хроматографии с использованием аппаратно-программируемого комплекса на базе газового хроматографа «Кристалл 2000М» (СКБ «Хроматэк», г. Йошкар-Ола). Параметры колонки НР FFAP составляли 50 х 0,32 х 0,5 мм; детектор – пламенно-ионизационный. Образцы готовили путем перевода солей ЛЖК в форму кислоты. Концентрацию молочной кислоты измеряли методом ВЭЖХ.

Качество жидких дрожжей оценивали по следующим показателям: влажность, титруемая кислотность, рН, подъемная сила; бродильная активность (на микрогазометре И.К. Елецкого); количество клеток дрожжей и термофильных МКБ (по методу подсчета в камере Горяева и посева на сусло-агар с мелом), мезофильных МКБ (методом посева на сусло-агар с мелом); спорообразующих бактерий рода Bacillus (методом посева на среду КМАФАнМ); удельная скорость роста. Исследования свойств жидких дрожжей проводили после 10-го освежения в 3-х повторностях.

Содержание редуцирующих сахаров в мучных питательных средах и жидких дрожжах измеряли перманганатным методом (по Бертрану); глюкозы - глюкозооксидазным методом; аминного азота – медным способом.

Тесто готовили опарным (на густой опаре) и безопарным способами с применением жидких и прессованных дрожжей.

Хлебобулочные изделия анализировали по физико-химическим, органолептическим показателям и микробиологической безопасности (появлению признаков картофельной болезни). Структурно-механические свойства мякиша хлеба определяли на приборе «Пенетрометр» АП-4/2 по величине общей деформации, пластичности и упругости.

При проведении экспериментов использовали математические методы обработки результатов с применением персонального компьютера IBM и программного обеспечения.

2.2. Результаты исследований

2.2.1. Разработка дифференциальной технологии приготовления жидких дрожжей с увеличенной продолжительностью выращивания.

Для разработки технологии жидких дрожжей, приготовляемых в условиях дискретной работы хлебопекарных предприятий, проведены исследования влияния биохимического состава питательных сред и начальных концентраций дрожжевых клеток при различной продолжительности выращивания на биотехнологические свойства жидких дрожжей, качество и микробиологическую чистоту хлеба.

Оптимизация составов питательных сред и разработка режимов приготовления жидких дрожжей.

Жидкие дрожжи готовили на мучной осахаренной (ОЗ), заквашенной заварке (ЗЗ) и смеси осахаренной и заквашенной заварки.

Для осахаривания мучной заварки использовали ферментные препараты (ФП) альфа- и глюкоамилазы в оптимальных дозировках (Фунгамил SG 2500 в количестве 65 ед. АС/100 г муки и Глюкоамилаза очищенная AMG 800 BG в количестве 100 ед. ГлС/100 г муки). При продолжительности осахаривания 1,5 ч содержание редуцирующих веществ в мучной заварке составило 23,7% на сухие вещества (СВ); глюкозы – 3,2% на СВ. На основе осахаренной заварки готовили заквашенную заварку и смесь осахаренной и заквашенной заварки.

Продолжительность выращивания дрожжей варьировали от 4 до 16 ч.

Установлено, что применение питательных сред, содержащих редуцирующие вещества (РВ) – 31,6-39,7 % на СВ, аминный азот – 152,6-253,4 мг% на СВ, обеспечивает хорошие биотехнологические свойства жидких дрожжей (при продолжительности выращивания 4 ч и соотношении ЖД и питательной среды 1 : 1); количество клеток дрожжей – 135-150 млн/г; удельная скорость размножения – 0,20-0,23 ч-1; подъемная сила 15-17 мин; бродильная активность 18,5-19,0 см3 СО2; кислотность 8,5-10,5 град.

При увеличении продолжительности выращивания дрожжей до 6-10 ч (соотношение ЖД и питательной среды 1 : 1) содержание сахаров и аминного азота снижается, бродильная активность и подъемная сила жидких дрожжей ухудшаются.

В связи с этим проведено количественное определение времени биохимического цикла, лимитирующего деление, – периода удвоения дрожжевых клеток на заквашенной заварке (рис. 2) для установления начальных концентраций дрожжевых клеток (соотношений ЖД и питательной среды) при увеличении продолжительности выращивания.



Рисунок 2 – Экспериментальные (1, 2, 3) и расчетные (4, 5, 6) данные количества дрожжевых клеток на заквашенной заварке при соотношении ЖД и питательной среды (ЗЗ) 1 : 1 (1, 4), 1 : 2 (2, 5), 1 : 3 (3, 6).


Установлено, что при различных начальных концентрациях клеток дрожжей период их удвоения составляет не менее 3-х ч. Для разработки режимов приготовления жидких дрожжей с учетом производственных условий период удвоения дрожжевых клеток принят равным 4 ч. На основании разработанной математической модели (стр. 11) получены расчетные данные количества клеток дрожжей при их выращивании на заквашенной заварке (рис. 2). Отклонение расчетных данных от экспериментальных составляет для соотношения ЖД и заквашенной заварки 1 : 1 и 1 : 2 - 10-14%, 1 : 3 - 5-33%.

Получена зависимость количества добавляемой питательной среды от продолжительности выращивания дрожжей, описывающая режим приготовления жидких дрожжей с учетом многостадийности трансформации субстрата и клеточного развития (рис. 3).

Для подтверждения данной зависимости и выявления оптимальной питательной среды исследовано влияние увеличения количества питательной среды (осахаренной, заквашенной заварки и их смеси 1 : 1) на свойства жидких дрожжей при следующих соотношениях ЖД и питательной среды и продолжительности выращивания: 1 : 2-4 - 8 ч; 1 : 6-8 - 12 ч и 1 : 10-20 - 16 ч.


Рисунок 3 - Зависимость количества частей питательной среды, добавляемой к одной части ЖД от продолжительности их выращивания в интервале 4-16 ч.

Исследованиями установлено, что при продолжительности выращивания дрожжей 8 ч оптимальной питательной средой является мучная заквашенная заварка и соотношение ЖД и питательной среды 1 : 3, начальное количество дрожжевых клеток составляет 25±2 млн./г; при продолжительности выращивания

12 ч оптимальной питательной средой является смесь осахаренной и заквашенной заварки (1 : 1) и соотношение ЖД и питательной среды 1 : 7, начальное количество дрожжевых клеток составляет 13±2 млн./г; при увеличении продолжительности выращивания до 16 ч оптимальной питательной средой для дрожжей является смесь осахаренной и заквашенной заварки (1 : 1) и соотношение ЖД и питательной среды 1 : 15, начальное количество дрожжевых клеток составляет 5±1 млн./г. При этом жидкие дрожжи имеют следующие показатели: количество дрожжевых клеток 122-135 млн./г, подъемная сила 19-21 мин, бродильная активность 16-17 см3 СО2.

Исследовано микробиологическое состояние жидких дрожжей, выращенных с использованием питательных сред различного состава. При выращивании дрожжей в течение 4-16 ч на заквашенной заварке и смеси заквашенной и осахаренной заварок (1 : 1) посторонняя микробиота не выявлена. Микробиологическую чистоту жидких дрожжей при увеличении продолжительности их выращивания обеспечивает применение питательной среды, содержащей 50-100% заквашенной заварки. Количество молочной кислоты в заквашенной заварке кислотностью 12-14 град. составляет 1,2-1,4%, в смеси равных количеств заквашенной и осахаренной заварки кислотностью 6,5-7,5 град. – 0,6-0,7%. Выращивание дрожжей в питательной среде, содержащей заквашенную заварку, повышает их биотехнологические свойства (рис. 4).

Рисунок 4 - Влияние составов питательных сред на ПС жидких дрожжей при их выращивании в ЗЗ, ОЗ и их смеси (1 : 1) при оптимальной начальной концентрации дрожжевых клеток.


Для сохранения биотехноло-гических свойств заквашенной заварки в условиях работы хлебопекарных предприятий с перерывами разработан режим ее приготовления: установлен период удвоения молочнокислых бактерий L. delbrueckii при их выращивании на мучной осахаренной заварке (5 ч), и определены соотношения заквашенной и осахаренной заварки ( начальные концентрации МКБ

L. delbrueckii) при различной их продолжительности выращивания.

Разработка математической модели процесса приготовления жидких дрожжей. С учетом ранее проведенного исследование и математического моделирование процесса приготовления жидкой ржаной закваски (Н.М. Дерканосова, 2001) в работе дано математическое (качественное) описание процесса выращивания дрожжей S. cerevisiae на заквашенной заварке - второй стадии приготовления жидких дрожжей. В результате качественного исследования проведено рассмотрение модельного процесса, в котором участвуют только дрожжевые клетки () и питательная среда (), и получены уравнения, полностью описывающие процесс:

; ;



где безразмерные величины: и - начальные и конечные значения количества дрожжевых клеток; и - начальные и конечные значения концентрации субстрата; и - начальные и конечные значения продолжительности выращивания дрожжей; - постоянный коэффициент.

На основе разработанных принципов культивирования дрожжей и МКБ L. delbrueckii разработана методика расчета приготовления жидких дрожжей для хлебопекарных предприятий и прикладная программа для управления процессом приготовления жидких дрожжей в различных условиях производства при изменении ассортимента и объема вырабатываемой продукции, продолжительности смены, типов и суточной мощности технологического оборудования.

Влияние жидких дрожжей, приготовленных по дифференциальной технологии, на качество хлеба. Проведены исследования влияния жидких дрожжей с продолжительностью выращивания 8 ч при соотношении ЖД и питательной среды - ЗЗ 1 : 3; 16 ч при соотношении ЖД и питательной среды - смеси равных количеств ОЗ и ЗЗ 1 : 15 на качество и микробиологическую безопасность хлеба из пшеничной муки первого сорта. Хлеб готовили опарным и безопарным способами. Контроль – хлеб на жидких дрожжах по рациональной схеме с продолжительностью выращивания 4 ч.

Показатели качества хлеба, приготовленного на жидких дрожжах по дифференциальной технологии, были аналогичны контролю. Хлеб, приготовленный опарным способом (рис. 5), сохранил свежесть мякиша после хранения в течение 48 ч (при комнатной температуре), не заболел картофельной болезнью (в течение 96 по сравнению с хлебом, приготовленным на прессованных дрожжах) - что свидетельствует о микробиологической чистоте образцов.



Рисунок 5 – Показатели качества хлеба, приготовленного опарным способом: 1 – на прессованных дрожжах; 2 – на ЖД по рациональной схеме (4 ч); 3 – на ЖД по дифференциальной технологии (8 ч); 4 – на ЖД по дифференциальной технологии (16 ч).


В связи с тем, что хлеб на жидких дрожжах обладает более выраженным вкусом и запахом, проводили изучение потребительских свойств хлебобулочных изделий, приготовленных опарным способом из муки пшеничной первого сорта с применением жидких дрожжей. Сенсорный анализ показал положительное влияние жидких дрожжей по разработанной технологии на основные органолептические показатели хлебобулочных изделий – аромат, структуру мякиша, вкус.

По результатам исследований разработаны технологии хлебобулочных изделий из пшеничной муки с использованием жидких дрожжей с увеличенной продолжительностью выращивания в условиях дискретного производства.

2.2.2. Разработка технологии приготовления жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями

В последние годы на хлебопекарные предприятия поступает мука с повышенной микробиологической обсемененностью спорообразующими бактериями рода Bacillus, вызывающими картофельную болезнь хлеба. Результаты исследований и опыт работы промышленности показали, что применение жидких дрожжей является эффективным средством ингибирования картофельной болезни. Однако, в условиях жаркого климата, зонах экологического неблагополучия необходима технология жидких дрожжей с повышенными бактерицидными свойствами. Учитывая высокую антагонистическую активность пропионовокислых бактерий по отношению к спорообразующим бактериям рода Bacillus, с целью повышения бактерицидных свойств жидких дрожжей разработана технология жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями.

Для разработки данной технологии проведены исследования влияния ПКБ на дрожжи S. cerevisiae при их совместном культивировании; изучено действие ПКБ на споровые бактерии B. subtilis и B. cereus; исследован рост ПКБ на различных мучных средах, и разработана оптимальная питательная среда для культивирования ПКБ, предусматривающая предварительную ферментацию мучной осахаренной заварки термофильными МКБ L. delbrueckii; оптимизирована питательная среда для выращивания дрожжей с ПКБ и параметры приготовления теста для пшеничного хлеба.

Влияние пропионовокислых бактерий на дрожжи S. cerevisiae. Для исследования взаимодействия культур проведено совместное культивирование P. freudenreichii и S. cerevisiae на синтетической среде; параллельно проведено раздельное выращивание культур. Выращивание в монокультуре показало, что активный рост S. cerevisiae начинается на 24 часа раньше, чем рост P. freudenreichii.

При совместном культивировании (соотношение клеток P. freudenreichii : S. cerevisiae в посевном материале 40 : 1) наблюдалось взаимное подавление роста культур. Если количество клеток P. freudenreichii в начале культивирования уменьшали (соотношение клеток P. freudenreichii и S. cerevisiae в посевном материале 12 : 1), выход биомассы S. cerevisiae снижался на 30% по сравнению с монокультурой дрожжей. При дальнейшем уменьшении количества клеток в посевном материале рост культуры ПКБ существенно замедлялся. Соотношение клеток P. freudenreichii : S. cerevisiae в посевном материале 6 : 1 и 0,8 : 1 практически не влияло на рост дрожжей. Однако, если соотношение клеток P. freudenreichii : S. cerevisiae было 3 : 1, происходило ускорение роста S. cerevisiae.

Таким образом, влияние P. freudenreichii на рост S. cerevisiae при совместном культивировании на жидкой среде может быть отрицательным, нейтральным или положительным, что зависит от соотношения количества клеток в инокуляте. Отрицательное влияние ПКБ на рост дрожжей при их избытке в инокуляте может быть следствием их антимикробного действия.

Влияние пропионовокислых бактерий на спорообразующие бактерии B. subtilis и B. cereus. Основной целью применения пропионовокислых бактерий является ингибирующее действие выделяемых ПКБ экзометаболитов (пропионата, ацетата и бактериоцинов) на рост гнилостных бактерий, в частности B. subtilis. Поэтому была проведена серия экспериментов для определения концентрации пропионата, достаточной для подавления роста спорообразующих бактерий рода Bacillus. Важным является также вопрос, подавляет ли пропионат (и в какой концентрации) рост самих дрожжей.

Исследовано ингибирующее действие пропионата натрия (ПН) на рост B. subtilis 40 и S. cerevisiae М-23 на полусинтетической среде. Установлено, что для ингибирования роста дрожжей требуются более высокие концентрации пропионата, чем для подавления роста бацилл. Рост B. subtilis отсутствовал при концентрации ПН, равной 0,2%. Рост S. cerevisiae при этой концентрации замедлялся незначительно (рис. 6). Таким образом, диапазон концентраций пропионата, при которых рост бацилл подавляется полностью, а замедления роста S. cerevisiae практически не происходит, составляет 0,2-0,3%.




Рисунок 6 - Влияние концентрации ПН на рост S. cerevisiae М-23 (1) и B. subtilis 40 (2).

Установлено, что ингибирующая активность ПН в отношении роста бацилл зависит от субстрата. На полусинтетической среде 90%-ное подавление роста бацилл достигается при концентрации ПН 0,1%. На экстракте мучной среды (ЭМС) ингибирование развития спор B. subtilis и B.cereus пропионатом натрия зависит как от вида бацилл, так и от количества спор. Для 90%-ного подавления роста бацилл на ЭМС необходимо 0,2-0,3% пропионата натрия в среде.

Проведены исследования эффективности действия экзометаболитов ПКБ на бациллы по сравнению с ПН. Исследованиями установлено, что культуральная жидкость (КЖ) P. freudenreichii в большей степени ингибирует рост B. subtilis на ЭМС, чем применение ПН, в результате того, что КЖ содержит и другие вещества, подавляющие рост бацилл - соли уксусной кислоты, диацетил, бактериоцины. При внесении КЖ в количестве 20% об., что соответствует концентрации пропионовой кислоты менее 0,2% и уксусной кислоты – менее 0,1%, наблюдалось 90%-ное подавление роста бацилл.

Оптимизация состава питательной среды для выращивания пропионовокислых бактерий. Результаты исследований показали, что при циклическом культивировании P. freudenreichii в мучной осахаренной заварке количество образуемой культурой пропионовой кислоты уменьшается до нуля в течение первых пяти циклов (рис. 7 А). Отмечено постепенное снижение количества биомассы ПКБ на ЭМС в нестерильных условиях. После 2-3-х циклов в среде обнаружено появление посторонних микроорганизмов.

Установлено, что только в среде (ЭМС), содержащей минеральные соли (хлористый кобальт, сернокислый аммоний, фосфорнокислый калий, сернокислый магний) и факторы роста (дрожжевой или кукурузный экстракт, триптон), происходит удвоение биомассы ПКБ через 24 ч. Кроме того, необходимо проводить периодическую нейтрализацию кислот, образуемых ПКБ, до рН 6,8-7,0. В результате чего мучная осахаренная заварка (без добавок) не совместима с ростом ПКБ вследствие их физиолого-биохимических особенностей.

Учитывая то, что лактат является естественным субстратом для развития ПКБ, и бактерицидные свойства термофильных МКБ L. delbrueckii, проведено исследование выращивания ПКБ на мучной осахаренной заварке, заквашенной L. delbrueckii.

Результаты показали, что на заквашенной заварке при начальном значении рН 6,5-7,0 наблюдался экспоненциальный рост ПКБ с удвоением биомассы. Содержание пропионовой кислоты (ПК) составляло 0,96-1,2% в конце каждой стадии приготовления закваски (рис. 7 Б), молочной кислоты - 2,10-2,30%; уксусной кислоты - 0,50-0,60%. Эти результаты указывают на использование ПКБ лактата, синтезированного МКБ. Таким образом, ферментированная L. delbrueckii среда является доступной для развития ПКБ. Полученная пропионовокислая закваска имела кислотность 12-14 град и рН 4,7-5,2. Найден период удвоения клеток ПКБ при выращивании на данной среде (18-20 ч) и разработан режим приготовления пропионовокислой закваски на мучной осахаренной заварке, ферментированной L. delbrueckii.



А Б

Рисунок 7 – Культивирование ПКБ на мучной осахаренной (А) и на заквашенной заварке (Б)


Оптимизация состава питательной среды и разработка режима приготовления жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями. Проведены исследования по культивированию дрожжей на питательных средах с добавлением ферментированной ПКБ заквашенной заварки для повышения микробиологической чистоты жидких дрожжей и готовой продукции.

На основании полученных данных разработан состав питательной среды для жидких дрожжей с ПКБ. Питательная среда, обеспечивающая хорошие биотехнологические свойства дрожжей (подъемная сила 19 мин, количество дрожжевых клеток 117 млн/г, бродильная активность 16 см3 СО2), состоит из ферментированной ПКБ заквашенной заварки и осахаренной заварки в соотношении 1 : 2. Исследован биохимический состав питательной среды по содержанию редуцирующих веществ - 22,14 % на СВ, аминного азота - 80,0 мг/% на СВ; пропионовой кислоты - 0,3%. Отмечено повышение микробиологической чистоты жидких дрожжей с ПКБ: количество спорообразующих бактерий в начале выращивания дрожжей снизилось с 15,0 до 2,0 КОЕ/г.

Режим приготовления жидких дрожжей с ПКБ разработан в соответствии с ранее определенными принципами культивирования; период удвоения клеток дрожжей на указанной среде составляет 4 ч.

Влияние жидких дрожжей с пропионовокислыми бактериями на качество хлеба. Проведены исследования влияния жидких дрожжей с ПКБ на качество и микробиологическую безопасность хлеба из пшеничной муки первого сорта. Хлеб готовили опарным и безопарным способами. Контроль – хлеб на жидких дрожжах по рациональной схеме с продолжительностью выращивания 4 ч.

Физико-химические показатели пшеничного хлеба, приготовленного на жидких дрожжах с ПКБ, не изменились по сравнению с контролем; вкус и запах несколько отличался. Хлеб с добавлением жидких дрожжей с ПКБ не заболевает картофельной болезнью в течение 8-9 сут., то есть сохраняет микробиологическую чистоту в 2 раза дольше, чем хлеб на жидких дрожжах по рациональной схеме.

На основе этих результатов разработана технология жидких дрожжей с ПКБ повышенной микробиологической чистоты, рекомендованная для производства хлеба с удлиненными сроками хранения.

2.2.3. Разработка технологии приготовления жидких дрожжей с хмелем для хлебопекарных предприятий малой мощности (пекарен)

Для хлебопекарных предприятий небольшой мощности (пекарен) актуально приготовление жидких дрожжей на мучной осахаренной заварке с хмелепродуктами для стабилизации биотехнологических свойств и повышения микробиологической чистоты жидких дрожжей. Благодаря бактерицидным свойствам хмеля и его химическому составу в жидких дрожжах не развивается посторонняя микрофлора и достигается высокая активность дрожжевых клеток.

Для разработки технологии приготовления жидких дрожжей с хмелем исследовано его влияние на ферментативную активность дрожжей S. cerevisiae, и проведен отбор хмелеустойчивых штаммов; оптимизирован состав питательной среды (оптимальная дозировка хмеля), и разработаны режимы приготовления жидких дрожжей с хмелем в зависимости от продолжительности выращивания.

Отбор хмелеустойчивых штаммов дрожжей S. cerevisiae. Исследовано девять наиболее активных штаммов S. cerevisiae из коллекции промышленных микроорганизмов ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии и один штамм дрожжей, выделенный из производственной хмелевой закваски (пекарня Московской области).

В результате исследований отобраны два штамма S. cerevisiae (№3 и №9) из коллекции ГОСНИИХП. Показатели зимазной (ЗА), мальтазной активности (МА) и подъемной силы (ПС) штамма №3 улучшались при внесении в питательную среду 0,5% хмеля – на 8,6, 12,2, 15,8% по сравнению с контролем, при внесении 1,0% - на 5,5, 7,6, 10,5%. Отмечено повышение ферментативной активности штамма №9 при увеличении содержания хмеля в среде до 1,0% на 9,8%, 9,3% и 15,8% по сравнению с контролем (рис. 9).

Оптимизация состава питательной среды – дозировки хмеля и разработка режимов приготовления жидких дрожжей с хмелем. Исследовано влияние питательной среды – осахаренной заварки с хмелем на биотехнологические свойства жидких дрожжей при различной продолжительности выращивания.

Биотехнологические показатели жидких дрожжей с использованием выбранных штаммов и внесением 0,2-1,0% хмеля повышались - подъемная сила улучшалась на 5-15%, содержание дрожжевых клеток - на 8,7-17,4 % по сравнению с показателями жидких дрожжей без хмеля. Количество мезофильных МКБ в питательной среде при добавлении хмеля сокращалось в 15-19 раз по сравнению с контролем.


Рисунок 9- Повышение ферментативной активности дрожжей S. cerevisiae № 3 и 9 при различном содержании хмеля в среде.

Оптимальной концентрацией хмеля (с содержанием 3,5% α-кислоты) в среде является 0,45%. Установлено, что при различных начальных концентрациях клеток дрожжей период их удвоения составляет 3,5-4,0 ч; с учетом производственных условий период удвоения дрожжевых клеток принят равным 4 ч. При продолжительности

выращивания дрожжей с хмелем 8 ч

оптимальным является соотношение дрожжей и питательной среды 1 : 3, начальное количество дрожжевых клеток составляет 25±2 млн./г; при продолжительности выращивания 12 ч - соотношение дрожжей и питательной среды 1 : 7, начальное количество дрожжевых клеток - 12±2 млн./г; при продолжительности выращивания 16 ч оптимальным является соотношение дрожжей и питательной среды 1 : 15, начальное количество дрожжевых клеток - 5±1 млн./г. Жидкие дрожжи характеризуются следующими биотехнологическими показателями: количество дрожжевых клеток 100-125 млн./г, подъемная сила 20-21 мин, бродильная активность 14-16 см3 СО2.

Влияние жидких дрожжей с хмелем на качество пшеничного хлеба. Проведено исследование влияния жидких дрожжей с хмелем с продолжительностью выращивания 4 ч при соотношении ЖД и питательной среды 1 : 1; 8 ч при соотношении ЖД и питательной среды 1 : 3 и 16 ч при соотношении ЖД и питательной среды 1 : 15 на качество и микробиологическую безопасность хлеба из пшеничной муки первого сорта, приготовленного опарным и безопарным способом (рис. 10). Контроль – хлеб на прессованных дрожжах.

Хлеб на жидких дрожжах с хмелем отличается повышенной микробиологической чистотой (без признаков картофельной болезни в течение 96 ч, в контроле появление признаков - через 36 ч), приятным вкусом и запахом, длительным сохранением свежести мякиша и по качеству (удельный объем, сжимаемость мякиша, пористость) аналогичен контрольным образцам.



Рисунок 10 – Влияние жидких дрожжей с хмелем с различной продолжительностью выращивания на качество хлеба, приготовленного опарным способом: 1 – контроль - на прессованных дрожжах; 2 – на ЖД с хмелем (4 ч); 3 – на ЖД с хмелем (8 ч); 4 - на ЖД с хмелем (16 ч).