Научные основы технологий хлеба с использованием ржаной муки на заквасках с улучшенными биотехнологическими свойствами
| Вид материала | Диссертация |
- Национальный стандарт российской федерации изделия хлебобулочные из ржаной и смеси, 396.6kb.
- Наименование продукции, 72.55kb.
- Программные средства компьютерного проектирования зубчатых передач в обобщающих параметрах, 26.58kb.
- Исследовательская работа учащихся 7 класса, 81.32kb.
- Российский Зерновой Союз провел в период с 11 по 15 января 2011 г информационную поездку-семинар, 122.74kb.
- Формирование потребительских свойств и повышение сохраняемости хлеба из пшеничной муки,, 344.78kb.
- Натуральные (природные) пищевые красители это красящие вещества, выделенные физическими, 478.2kb.
- Продукты ферментативной модификации соевой муки: научные и практические аспекты получения, 792.83kb.
- Программа вступительных экзаменов в магистратуру по специальности 6М072800 Технология, 192.94kb.
- «Основы генетики», 494.65kb.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись чистые культуры из коллекции «Молочнокислые бактерии и дрожжи для хлебопекарной промышленности» Санкт-Петербургского филиала ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии, ржаная мука разных сортов с различными показателями качества, полуфабрикаты (закваски, заварки, тесто) хлебопекарного производства и хлебобулочные изделия, выработанные в лабораторных и производственных условиях по действующим государственным (ГОСТ) и национальным (ГОСТ Р) стандартам, техническим условиям и технологическим инструкциям.
Автолитическую активность ржаной муки оценивали по содержанию водорастворимых веществ по ГОСТ 27495-87, по расплываемости клейстеризованной водно-мучной суспензии (метод СПбФ ГОСНИИХП), в мякише выпеченного колобка, а также по числу падения и высоте амилограммы.
Закваски готовили по разработанным технологиям, в том числе с применением новых видов и штаммов микроорганизмов, сухой заварки, нового сорта муки ржаной хлебопекарной особой. В качестве контроля использовали закваски, приготовленные в соответствие со «Сборником технологических инструкций по производству хлебобулочных изделий» (1989г.), выведенные на чистых культурах микроорганизмов в жидком виде или в виде сухого лактобактерина (ТУ 9383-006-11163857-97, а.с. № 730334).
Для хранения бифидобактерий в музейной коллекции использовали кукурузно-лактозную среду. При подготовке к внесению в первую фазу разводочного цикла или к приготовлению сухой микробной композиции «Vita» бифидобактерии выращивали в течение 72 ч на жидком солодовом сусле плотностью 12 % СВ.
Антагонистическую активность молочнокислых бактерий определяли методом диффузии в мясопептонный агар.
Качество заквасок оценивали по следующим показателям: влажность, титруемая кислотность, подъёмная сила, увеличение объёма, содержание летучих кислот, спирта и диоксида углерода, количество клеток дрожжей и бактерий. Динамическую вязкость жидких заквасок и полуфабрикатов определяли на ротационном вискозиметре Реотест -2 (Германия).
Содержание декстринов в заварках, полуфабрикатах из муки набухающей и хлебе определяли фотометрическим методом с использованием спектрофотометра СФ - 46.
Содержание витаминов В1, В2, РР в питательных смесях, заквасках и хлебе определяли стандартизованными методами ГОСТ 29138-91, ГОСТ 29139-91, ГОСТ 29140-91 соответственно, а витамина С – флуориметрическим методом.
Для определения количества глютена в сырье, полуфабрикатах и безглютеновом хлебе применяли твёрдофазный иммуноферментный метод с использованием моноклональных антител (метод ELISA), специфичных к секалину и глиадину.
Содержание редуцирующих сахаров в мучных питательных смесях,
заварках, осахаренных полуфабрикатах, заквасках и хлебе измеряли перманганатным методом (по Бертрану).
Микроструктуру заварок и хлеба изучали с помощью электронного сканирующего микроскопа.
Исследования свойств заквасок проводили после 16-го; 40-го и более освежения в зависимости от поставленной цели. Опыты проводили в трехкратной и более повторностях.
Разработанные закваски испытывали при приготовлении хлебобулочных изделий: хлеб дарницкий, славянский, бородинский, московский и др.
(ГОСТ 2077-84); хлеб заварной кориандровый (ТУ 9113-009-11163857-98);
хлеб заварной пулковский (ТУ 9113-014-11163857-98), батон с отрубями
(ТУ 9115-001-17146372-98); хлеб формовой из муки пшеничной 1 сорта
(ГОСТ 28808-90); хлеб безглютеновый (ТУ 9110-102-11163857-2000).
Хлебобулочные изделия анализировали по физико-химическим и органолептическим показателям, микробиологической безопасности (появление признаков картофельной болезни и плесневение).
При проведении экспериментов применяли математический метод униформ – рототабельного планирования. Статистическая обработка результатов исследований проводилась с использованием прикладного программного обеспечения Microsoftt Excel. Достоверность полученных данных также подтверждена многократностью проведения опытов.
2.1. Научно-практическое обоснование и разработка состава
стартовой композиции микроорганизмов для хлебных заквасок
Для приготовления жидких заквасок из ржаной муки в 50-70 годы ХХ столетия впервые были предложены чистые культуры микроорганизмов с выращиванием в мучных средах, на заварках, без заварок и др.
Достижения в области селекции микроорганизмов, в том числе с пробиотическими свойствами, с повышенной биосинтетической активностью и др., их направленного культивирования в мучных питательных средах оптимизированного состава, позволили решить проблему замены используемых в основном молочнокислых бактерий, биотехнологические свойства которых в результате длительного культивирования снизились, а также оптимизировать состав композиции с новыми видами и соответственно создать закваски с улучшенными биотехнологическими свойствами, повышенной пищевой и биологической ценностью.
В настоящее время при производстве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения широко используются бифидобактерии, синтезирующие молочную и уксусную кислоты, ряд органических карбоновых кислот (янтарной, пировиноградной), специфических антибиотических и других веществ, которые наиболее активны в кислой среде, а также витаминов группы В, аминокислот, белков и веществ с антиоксидантной активностью.
В исследованиях использовали штамм бифидобактерий B. bifidum-2 (ББ),
выделенный из промышленного препарата «Бифидобактерин».
При возобновлении заквасок в качестве питания используют водно-мучные смеси разной влажности: 60-65% для пшеничной КМКЗ; 60 и 70% для ржаной КМКЗ; 60-75% для жидкой ржаной закваски без заварки; 49-50% для густой ржаной закваски или питательную смесь (ПС) из муки, воды и осахаренной заварки в соотношении – 18:62:20; 14:61:25 и 5:57:35 при влажности жидкой ржаной закваски с заваркой 80; 82 и 85% соответственно.
С применением униформ-рототабельного планирования эксперимента установили, что с увеличением в заварке (мука : вода – 1:2,5) количества ржаной муки взамен пшеничной рост клеток ББ интенсифицируется и достигает максимального значения после 48 ч культивирования в заварке из 100 % ржаной обдирной муки (рисунок 2).
Рисунок 2 – Влияние соотношения ржаной и пшеничной муки в заварке, продолжительности роста на количество клеток ББ
Продолжительность роста, ч
Соотношение ржаной и пшеничной муки в заварке, %
0:100
20:80
40:60
60:40
80:20
100:0
В водно-мучных ПС (влажность 65 %) наиболее интенсивный прирост клеток ББ отмечен в течение 24 ч. Он в 2-3 раза выше, чем в заварках при одном и том же соотношении ржаной и пшеничной муки (рисунок 3).
Более интенсивное кислотонакопление также наблюдалось в водно-мучных смесях, особенно из ржаной муки. При заквашивании ББ в течение 24ч при температуре 38 – 40 оС водно-мучной смеси из ржаной обдирной муки её кислотность составляла 23 – 24 град, а из муки пшеничной 1 с – 18 – 20 град. Это, очевидно, связано с химическим составом ржаной муки, содержащей больше неусвояемых полисахаридов, витаминов и других веществ, являющихся стимуляторами роста ББ.
Соотношение ржаной и пшеничной муки в ПС, %
Продолжительность роста, ч
Рисунок 3 – Влияние соотношения ржаной и пшеничной муки в ПС, продолжительности роста на количество клеток ББ
100:0
80:20
60:40
40:60
20:80
0:100
Таким образом показано, что ББ стабильно развиваются в ПС, особенно в водно-мучных из ржаной обдирной муки, используемых при возобновлении разных видов заквасок.
Оптимизацию состава композиции микроорганизмов осуществляли с учётом влияния соотношения молочнокислых бактерий (МКБ), в том числе гомо- и гетероферментативных , и ББ на синтез витаминов и летучих кислот.
В исследованиях использовали штамм L. sanfranciscensis Е-36, выделенный из производственной закваски (Германия), и ш
тамм L.plantarum 52-АН, выделенный из силоса хорошего качества (ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН, СПб-Пушкин). L. sanfranciscensis относится к подгруппе бета-бактерий, по культуральным и физиологическим свойствам близок к виду L.brevis, температурный оптимум 35-37оС (однако может расти при более низкой температуре - 30оС). L. sanfranciscensis широко применяется для приготовления хлебных заквасок в США и ряде европейских стран.Показано, что новые штаммы МКБ по сравнению с уже используемыми в промышленности обладают довольно высокими антагонистическими свойствами в отношении бактерий рода Bacillus, вызывающих заболевание хлеба картофельной болезнью (таблица 1). Это обусловлено не только их кислотообразующей активностью, но и с синтезом антибиотических веществ – лактоцинов (лактолин, бревин и др.).
Таблица 1 – Сравнительная оценка антаго-
нистических свойств лактобактерий
по отношению к бактериям рода Bacillus
| Виды культур | Диаметр зон задержки роста тест-культуры, мм | |
| Bacillus subtilis | Bacillus pumilis | |
| Лактобактерин для жидких хлебных заквасок -  сухой | 14 | 20 |
| - на жидкой среде | 33 | 18 |
| L. sanfranciscensis Е-36 на жидкой среде | 30 | 27 |
| L.plantarum 52-АН на жидкой среде | 20 | 21 |
Варьируя соотношение МКБ : ББ от 2 : 0 до 2 : 1,5 установили, что наибольший прирост витаминов в питательной смеси (ПС) из ржаной обдирной муки, воды и заварки (18 : 62 : 20) наблюдался при соотношении МКБ : ББ – 2 : 1 (рисунок 4). При этом же соотношении, в том числе гомо- и гетероферментативные МКБ - 1 :1, наблюдалась стабилизация синтеза летучих кислот, а их содержание составляло в среднем 49 % к титруемой кислотности (рисунок 5).
Рисунок 4 - Влияние соотношения МКБ и ББ на синтез витаминов в питательной смеси (влажность 80% ) из ржаной обдирной муки, воды и заварки (18:62:20)
- витамин В1
- витамин В2
- витамин С
- витамин РР
Соотношение МКБ: ББ
Соотношение
гомоферментативных МКБ : гетероферментативных МКБ : ББ
I – 2:2:0
II – 1:1:0,5
III – 1:1:1
IV – 1:1:1,5
Рисунок 5 – Влияние соотношения МКБ (гомо- и гетероферментативных) и ББ на содержание летучих кислот
Совместное культивирование гомо- и гетероферментативных МКБ и ББ в водно-мучной смеси влажностью 65% из муки ржаной обдирной при температуре 38±2оС, внесённых в соотношении 1:1:1, показало, что соотношение между видами бактерий сохранялось в течение 72 ч (таблица 2).
Таблица 2 – Кинетика развития лакто- и бифидобактерий в питательной смеси из ржаной обдирной муки влажностью 65 % при температуре 38±2оС
| Продолжительность роста, час | Количество клеток, млн/ г | ||
| L. plantarum 52 –АН | L. sanfranciscensis E-36 | B. bifidum -2 | |
| 0 | 155,6 | 168,7 | 152,0 |
| 24 | 342,4 | 350,6 | 326,0 |
| 48 | 489,3 | 495,4 | 476,8 |
| 72 | 570,4 | 585,7 | 546,2 |
Учитывая результаты теоретических и экспериментальных исследований, составлена стартовая композиция из смеси новых высокоактивных штаммов лактобацилл (L.plantarum 52-АН и L. sanfranciscensis Е-36), бифидобактерий
(B. bifidum-2) в соотношении 1:1:1 для КМКЗ и в сочетании с чистыми культурами дрожжей (S.cerevisiae Л-1) для разводочного цикла жидких ржаных заквасок с заваркой или их смеси с дрожжами S.minor «Чернореченский» для жидких ржаных заквасок без заварки.
Использование разработанной стартовой композиции микроорганизмов в разводочном цикле жидкой ржаной закваски с заваркой влажностью 80 % показало, что при длительном освежении закваски в производственном цикле ПС из муки, воды и заварки в соотношении 18:62:20 ББ не только сохранялись, но и увеличивалось количество их клеток. Можно предположить, что лактобациллы оказывали стимулирующее влияние на развитие ББ (рисунок 6).
Рисунок 6 - Изменение количества клеток ББ (1), дрожжей (2) и лактобацилл (3) в конце брожения жидкой ржаной закваски с заваркой по фазам разводочного (а) и производственного (б) циклов
Совместное культивирование молочнокислых и бифидобактерий в водно-мучной смеси влажностью 65% из муки ржаной обдирной при температуре 38±2оС показало отсутствие антагонизма между бифидобактериями и новыми штаммами лактобацилл. В течение 72 часов культивирования соотношение между видами бактерий сохранялось (таблица 2).
В разводочном цикле ржаных заквасок применяются чистые культуры МКБ в жидком (на солодовом сусле плотностью 12 % СВ) или сухом (сухой лактобактерин) виде, а чистые культуры заквасочных дрожжей - из пробирок на скошенном сусло-агаре. При соблюдении условий хранения срок годности дрожжей составляет 1,5-2 месяца, а сухого лактобактерина – 12 месяцев, что затрудняет выведение заквасок по разводочному циклу на предприятиях. П
оэтому разработан способ получения и применения в сухом виде новой стартовой композиции, придающей закваскам пробиотические свойства и повышающей их антибиотическую активность по отношению к споровым бактериям.Испытания новой микробной композиции в сухом и жидком виде проводили при приготовлении жидкой ржаной закваски с заваркой (таблица 3).
Контролем служила закваска, приготовленная на сухом лактобактерине. Анализ полученных результатов показывает, что в заквасках на новой композиции микроорганизмов интенсифицируется кислотонакопление, что позволяет в среднем на 30 мин сократить время их брожения. В опытных заквасках образуется больше летучих кислот (6,3 против 4,0 град) и меньше спирта. По содержанию дрожжей и бактерий контрольная и опытные закваски отличаются незначительно. В тоже время в опытных заквасках за счет введения ББ более интенсивно накапливаются витамины группы В, никотиновая (РР) и аскорбиновая (С) кислоты.
Показатели качества теста и хлеба славянского на закваске с новыми культурами и на лактобактерине различались незначительно. При этом в хлебе на опытных заквасках сохраняется больше витаминов по сравнению с хлебом на контрольной закваске. Развитие признаков микробиологической порчи при хранении в провоцирующих условиях хлеба на заквасках с новыми культурами задерживалось на 2 суток по сравнению с контролем.
Производственные испытания в условиях ОАО «Каравай» (Санкт -
Петербург) подтвердили результаты лабораторных исследований по использованию новой композиции микроорганизмов при приготовлении пшеничной КМКЗ. Контрольная (на сухом лактобактерине) и опытная КМКЗ имели практически одинаковую кислотность – 16,5 и 16,3 град соответственно. В процессе ведения опытной КМКЗ отмечалось стабильное увеличение количества клеток лакто- и бифидобактерий, внесенных в 1-ю фазу разводочного цикла.
Батоны с отрубями, приготовленные на контрольной и опытной КМКЗ
(5 % мукой) имели на 0,5 град выше кислотность по сравнению с образцом батона, приготовленного на большой густой опаре (65 % мукой), а по показателям влажности, пористости и удельного объёма существенно не отличались.
Таблица 3 – Влияние видов микроорганизмов на биотехнологические показатели
закваски, теста и качество хлеба славянского
| Наименование показателей | Значение показателей качества полуфабрикатов и хлеба, приготовленных на жидкой ржаной закваске с заваркой с использованием в разводочном цикле | |||||
| сухого лактобактерина для жидких хлебных заквасок (L.plantarum-30, L.casei-26, L.brevis-1, L.fermenti-34) | L.plantarum 52-АН, L. sanfranciscensis Е-36, B.bifidum -2 | |||||
| в жидком виде | в сухом виде | |||||
| закваска | тесто | закваска | тесто | закваска | тесто | |
| Кислотность конечная, град | 11,8 | 8,2 | 12,0 | 8,5 | 12,3 | 8,8 |
| Продолжительность, мин | | | | | | |
| - брожения | 240 | 90 | 200 | 90 | 205 | 90 |
| - расстойки | - | 70 | - | 70 | - | 70 |
| Увеличение объема, % | 80 | 200 | 83 | 207 | 81 | 203 |
| Подъемная сила, мин | 24 | 12 | 21 | 12 | 22 | 13 |
| Динамическая вязкость, Па*с | 1,30 | - | 1,25 | - | 1,21 | - |
| Объем диоксида углерода, выделившегося из 50г полуфабриката, мл СО2 за период: -брожения | 214 | 59 | 200 | 55 | 190 | 51 |
| - расстойки | - | 76 | - | 73 | - | 71 |
| Содержание спирта, % СВ | 7,8 | 1,25 | 7,6 | 1,20 | 7,2 | 1,17 |
| Содержание летучих кислот, град / % к титруемой кислотности | 4,0/33,0 | 3,25/33,2 | 5,9/49,2 | 3,15/30,4 | 6,3/49,2 | 3,25/29,5 |
| Содержание дрожжей / бактерий, млн/г | 110/1171 | - | 120/1210 | - | 118/1203 | - |
| Соотношение дрожжи: бактерии | 1:11 | - | 1:10 | - | 1:10 | - |
| Хлеб славянский формовой Влажность, % | - | 45,2 | - | 45,0 | - | 44,8 |
| Кислотность, град | - | 6,0 | - | 6,2 | - | 6,4 |
| Пористость, % | - | 72,0 | - | 71,0 | - | 73,0 |
| Сжимаемость мякиша на пенетрометре, ед. прибора | - | 30 | - | 30 | - | 29 |
| Содержание спирта, %СВ | - | 0,8 | - | 0,78 | - | 0,79 |
| Содержание летучих кислот, град / % к титруемой кислотности | - | 2,5/41,1 | - | 2,9/46,8 | - | 3,1/48,4 |
| Содержание витаминов, мг/100г | | | | | | |
| -С | 1,86 | - | 2,28 | - | 2,18 | - |
| -В1 | 0,62 | 0,47 | 0,94 | 0,61 | 0,89 | 0,58 |
| -В2 | 0,61 | 0,27 | 0,75 | 0,69 | 0,67 | 0,66 |
| -РР | 6,42 | 5,50 | 8,45 | 6,49 | 8,55 | 6,54 |
При этом в образцах батона на опытной КМКЗ содержание тиамина было больше на 12 %, рибофлавина – на 53 %, чем в контрольном образце, а превышение ниацина доходило до 80 %.
Следует отметить, что в батоне на опытной КМКЗ в процессе хранения при комнатной температуре не развивались признаки микробиологической порчи, а в провоцирующих условиях задерживались на 1 сутки по сравнению с батоном на контрольной КМКЗ и на 3 суток по сравнению с образцами батонов на большой густой опаре. Таким образом, использование КМКЗ с определенным микробиологическим составом не только позволяет обогатить хлебобулочные изделия витаминами, продуцируемыми микроорганизмами в процессе брожения КМКЗ, но и повышает их микробиологическую чистоту.
Новые высокоактивные штаммы МКБ (L. sanfranciscensis Е-36, L.planta-
rum 52-АН) и ББ (B.bifidum -2) включены в каталог культур микроорганизмов «Молочнокислые бактерии и дрожжи для хлебопекарной промышленности из коллекции Санкт-Петербургского филиала ГНУ ГОСНИИХП Россельхозакадемии» (2009).
На основании результатов данных исследований разработана технологическая инструкция по применению в разводочном цикле стартовой композиции в жидком и сухом виде из смеси МКБ (L. sanfranciscensis Е-36, L.plantarum 52-АН) и ББ (B.bifidum -2) для КМКЗ или в сочетании их с чистыми культурами дрожжей для жидких ржаных заквасок с заваркой и без заварки (S.cerevisiaе Л-1, S.minor «Чернореченский»), которая включена в «Сборник современных технологий хлебобулочных изделий» (2008).
2.2. Исследования и разработка новых видов сырья
хлебопекарного производства для хлебобулочных изделий
с использованием ржаной муки
2.2.1. Исследование биотехнологических свойств заквасок и
качества хлеба из нового сорта ржаной муки
До недавнего времени мукомольная промышленность России вырабатывала муку ржаную хлебопекарную в следующем ассортименте: сеяная, обдирная и обойная.
По данным Росстата, в хлебопекарной промышленности ежегодно перерабатывается 1,1 млн.т. ржаной муки, в том числе 0,75 млн.т. или около 70 % ржаной обдирной муки с зольностью не менее 1,45 % СВ.
За рубежом ассортимент ржаной муки более разнообразен, причем мука классифицируется на типы, отражающие зольность. В Германии вырабатывают семь сортов ржаной муки от цельносмолотой грубого помола без отделения отрубей и зародыша до очень светлой (тип 580). Например, на муку с зольностью около 1% в Германии приходится 60 %, а в Австрии – 95% от общего объёма выработки ржаной муки.
При разработке нового сорта ржаной муки исходили из следующих предпосылок. Хлеб, выработанный из ржаной муки нового сорта, по физико-химическим (кислотность, пористость, удельный объём) и органолептическим (цвет мякиша, вкус, запах) показателям должен быть близок к ржано-пшеничным сортам с одновременным сохранением её высоких технологических свойств.
Сравнительная оценка физико-химических показателей традиционных и новых сортов ржаной муки показала (таблица 4), что цельносмолотая мука по сравнению с обойной и обдирной характеризуется более высоким содержанием минеральных веществ, белка и более низким - крахмала, а также мелкими размерами частиц. По показателям, характеризующим хлебопекарные свойства ржаной муки (автолитическая активность, число падения, максимум амилограммы), эти образцы отличались несущественно.
Таблица 4– Показатели качества традиционных и новых сортов ржаной муки
| Наименование показателя | Значения показателей качества ржаной муки | ||||||||
| цельно-смолотой | обойной | обдирной | улучшенной | особой | сеяной | пекле-ванной | |||
| с выходом, % | |||||||||
| 98 | 95 | 87 | 80 | 75 | 80 | 63 | - | ||
| Зольность, % СВ | 2,0 | 1,85 | 1,45 | 1,25 | 1,15 | 1,1 | 0,75 | 0,52 | |
| Кислотность, град | 4,6 | 4,5 | 4,2 | 4,2 | 4,2 | 4,0 | 3,6 | 2,2 | |
| Удельная поверхность, см2/г | 2781 | 1928 | 2187 | 2333 | 2558 | 4520 | 2715 | 7560 | |
| Средний размер частиц, мкм | 153 | 220 | 195 | 182 | 166 | 94 | 157 | 56 | |
| Содержание белковых веществ (N 6,25), % СВ | 12,6 | 11,2 | 10,9 | 10,6 | 10,3 | 10,4 | 7,4 | 6,4 | |
| Содержание крахмала, % СВ | 62 | 66 | 69 | 70 | 73 | 70 | 74 | 76 | |
| Автолитическая активность, % СВ | 56 | 54 | 50 | 30 | 32 | 37 | 34 | 26 | |
| Число падения ,с | 136 | 151 | 132 | 198 | 206 | 178 | 179 | 180 | |
| Максимум амилограммы, усл.ед | 220 | 215 | 270 | 500 | 540 | - | 490 | - | |
| Газообразующая способность, мл СО2/100г | 738 | 1823 | 1742 | - | - | - | - | 1186 | |
| Сахарообразующая способность, мг мальтозы /10 г муки | 340 | 327 | 320 | - | - | 340 | 185 | 228 | |
| Содержание 5-алкилрезорцинолов, мг/кг | 850 | 830 | 550 | - | - | - | - | - | |