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.
Государственное научное учреждение
Государственный научно-исследовательский институт
хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии
Санкт-Петербургский филиал
На правах рукописи
КУЗНЕЦОВА ЛИНА ИВАНОВНА
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИЙ ХЛЕБА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЖАНОЙ МУКИ НА ЗАКВАСКАХ С УЛУЧШЕННЫМИ
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
Специальность: 05.18.01. – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2010
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ
Цыганова Татьяна Борисовна
доктор технических наук, профессор Пащенко Людмила Петровна
доктор технических наук, старший научный сотрудник
Дулаев Валерьян Георгиевич
Ведущая организация НОУДПО «Международная промышленная академия»
Защита состоится « » г в часов 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.
С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО МГУПП.
Диссертация в виде научного доклада разослана ___________________
Ученый секретарь Совета по защите
докторских и кандидатских диссертаций,
кандидат технических наук, доцент Белявская И.Г.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Ржаной хлеб традиционно является одним из основных продуктов питания не только населения России, проживающего в Северо-Западном, Центральном и Северо-Восточном регионах, но и Белоруссии, Украины, Литвы, Латвии, Эстонии, а также Германии, Польши, Финляндии, Австрии.
Хлеб из ржаной муки отличается повышенной пищевой ценностью, обусловленной содержанием в муке незаменимых аминокислот (лизина и др.), витаминов Е и группы В, железа, магния и калия, высокомолекулярных пентозанов – слизей. Обладая высокой гидрофильностью, пентозаны участвуют в формировании структурно-механических свойств ржаного теста и наряду с пищевыми волокнами, содержащимися в ржаной муке в большом количестве, адсорбируют и выводят из организма конечные продукты обмена.
Характерный вкус и запах ржаных, особенно заварных, сортов хлеба повышает их физиологическую ценность, влияя на усвояемость. В ряде европейских стран хлебобулочные изделия, выработанные с использованием ржаной муки, относятся к группе продуктов здорового питания. Однако в настоящее время в России и других странах наблюдается тенденция снижения потребления ржаных хлебобулочных изделий.
Учитывая специфические особенности углеводно-амилазного и белково-протеиназного комплексов ржаной муки, технологии приготовления хлеба с ее использованием основаны на применении заквасок с направленным культивированием микроорганизмов.
В старину на Руси для подкисления и разрыхления ржаного теста применяли «спелое» тесто или закваски спонтанного брожения.
Начиная с конца 20-х годов ХХ столетия в период строительства крупных хлебозаводов в Москве и Ленинграде и развития промышленного хлебопечения были разработаны технологии ржаного хлеба на густой закваске с использованием чистых культур молочнокислых бактерий и дрожжей с участием ученых П.М.Плотникова, З.И.Шмидт, А.Я Пумпянского, М.Н.Тульчинского, Г.К.Бургви-ца, И.С.Скалона и др.
Исследованиям по разработке технологий хлеба с использованием ржаной муки в условиях непрерывного производства с применением комплексно-механизированных поточных линий на жидких заквасках посвящены работы Л.Я.Ауэрмана, Е.А.Гладковой, Ф.В.Тропинина, , В.А.Николаева, А.Г.Егоровой, О.В.Афанасьевой, Л.Н.Казанской, Н.М.Дерканосовой, Л.П.Пащенко и др.
Известны фундаментальные исследования по микробиологии ржаных заквасок и теста, выполненные зарубежными учеными – Шпихером, Штефаном, Рорлихом, Шульцем и др.
В современных условиях изменившейся структуры хлебопекарных предприятий (хлебозаводы разной мощности, пекарни), дискретных режимов их работы, переработки сырья нестабильного качества, необходимости увеличения объемов производства ржаного хлеба, обеспечения населения, в экологически неблагоприятных регионах актуальными являются исследования по разработке технологий хлеба с использованием ржаной муки на заквасках с оптимизированным составом микроорганизмов с высокими бактерицидными, биосинтетическими и технологическими свойствами, обеспечивающих качество, пищевую биологическую ценность, микробиологическую безопасность изделий.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлась разработка современных высокоэффективных технологий хлеба с использованием ржаной муки на заквасках с учетом состава стартовых композиций микроорганизмов с улучшенными биотехнологическими свойствами, новых видов сырья и хлебобулочных изделий, в том числе заварных сортов, лечебного и профилактического назначения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
1. Теоретически и экспериментально обосновать состав стартовой композиции микроорганизмов для заквасок с улучшенными биотехнологическими свойствами:
- осуществить селекцию путем отбора новых видов и штаммов микроорганизмов с повышенными биосинтетическими, бактерицидными и технологическими свойствами;
- оптимизировать состав и соотношение микроорганизмов, условия культивирования новых микробных композиций в разводочном и производственном циклах, взаимоувязанные с разными видами заквасок.
2. Разработать новый сорт ржаной муки с улучшенными хлебопекарными свойствами, сухие заварки - муку набухающую, заварку сухую ржаную комплексную, определить их физико-химические показатели, технологические свойства и исследовать их влияние на биотехнологические свойства заквасок и качество хлебобулочных изделий.
3. Теоретически и экспериментально обосновать и разработать иннова-
ционные технологии заварных сортов хлеба для условий дискретного производства на хлебопекарных предприятиях разной мощности (хлебозавод, пекарня) с использованием:
- муки набухающей или заварки сухой ржаной комплексной;
- комплексной закваски.
4. Экспериментально обосновать и разработать технологии хлеба длительного хранения из ржаной и смеси ржаной и пшеничной муки, сочетающие применение заквасок с повышенными бактерицидными свойствами, упаковку и замораживание или обработку ионизирующим излучением.
5. Теоретически, экспериментально обосновать и разработать технологии безглютеновых хлебобулочных изделий на заквасках из безглютенового и глютенсодержащего сырья, обладающих пробиотическими свойствами и повышенной антибиотической активностью в отношении споровых бактерий рода Bacillus.
6. Разработать ассортимент и технологии хлебобулочных изделий массового и лечебно-профилактического питания, заварных сортов хлеба, изделий пониженной влажности (сухарики, хлебцы), направленные на рациональное и эффективное использование объемов производства разных сортов ржаной муки по регионам РФ и новых видов сырья: продуктов переработки основных злаковых и крупяных культур в нативном виде и обработанных различными электрофизическими методами, овощных и фруктовых порошков, солодово-сахаристых экстрактов и концентратов, а также улучшающих физико-химические и потребительские свойства изделий.
Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
Научно-практические основы технологий хлеба с использованием ржаной муки
на заквасках с улучшенными биотехнологическими свойствами
Разработка технологий и ассортимента хлебобулочных изделий с исполь-зованием ржаной муки на заквасках с улучшенными биотехнологическими свойствами
Научно-практи-ческие основы формирования заквасок с улучшенными свойствами
Исследование и разработка новых видов сырья
Селекция новых
видов и штаммов микроорганизмов, формирование состава микробных композиций
Заварных сортов хлеба
Мука ржаная хлебопекарная особая
Хлеба длительного хранения
Мука
набухающая
Безглютенового хлеба
Оптимизация сред и условий культивирования микробных композиций, взаимосвязанных с биотехнологическими свойствами новых видов и штаммов микроорганизмов
Хлеба:
- с продуктами переработки злаковых культур (мука, крупка, отруби, зародышевые хлопья) в нативном виде или обработанных различными электрофизическими методами;
- с мукой крупяных культур (нативная и экструдированная);
- с овощными и фруктовыми порошками;
- с новыми видами сахаросодержащих продуктов.
Заварка сухая ржаная
комплексная
Физико-химические
показатели
Исследование биотехнологических свойств микробной композиции при культивировании в мучных средах
Технологические свойства
Влияние на биотехнологические свойства заквасок и качество хлеба
Хрустящих хлебцев
Исследование влияния формы внесения новых видов и штаммов микроорганизмов на биотехнологические свойства заквасок
Определение физико-химических, органолептических показателей, а также безопасности, пищевой ценности и микробиологической устойчивости при хранении хлебобулочных изделий
Разработка нормативных, технических и методических материалов (инструкций,
рекомендаций, технических условий и др.), промышленная апробация и внедрение
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
Научная концепция. В основу научно-практического решения проблемы разработки технологий хлеба с использованием ржаной муки на заквасках с улучшенными биотехнологическими свойствами положен комплексный подход от исследования влияния выхода и хлебопекарных свойств ржаной муки на биотехнологические показатели ржаных заквасок, селекции путем отбора новых видов и штаммов микроорганизмов, характеризующихся синтезом витаминов, высокими бактерицидными и биотехнологическими свойствами для создания стартовой композиции, обеспечивающей стабильное качество разных видов заквасок в условиях дискретного производства, зонах экологического неблагополучия до разработки и совершенствования технологий и ассортимента хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки.
Научные положения, выносимые на защиту:
- оптимизация состава стартовых композиций микроорганизмов для разводочного цикла, повышающих пробиотические, бактерицидные свойства и способствующих стабилизации биотехнологических показателей разных видов заквасок и микробиологическую устойчивость хлебобулочных изделий;
- результаты экспериментальных исследований по влиянию зольности ржаной муки, ее автолитической активности, сухой заварки на биотехнологические свойства разных видов заквасок;
- теоретические и практические основы разработки технологий заварных сортов хлеба для условий дискретного производства на основе сухой заварки и комплексной закваски;
- обоснование технологии хлеба для питания больных целиакией на биологических заквасках из безглютенового сырья и ржаной муки.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована композиция стартовых культур микрорганизмов для разводочного цикла заквасок, взаимоувязанная с пробиотическими, бактерицидными и технологическими свойствами микроорганизмов, способами внесения и сроками ее хранения.
Сформулированы требования к новым видам сырья хлебопекарного производства – муке ржаной хлебопекарной особой, муке набухающей и заварке сухой ржаной комплексной «Вега» и установлены их физико-химические показатели.
Установлена зависимость биотехнологических свойств заквасок (кислотность, подъемная сила, вязкость, содержание усвояемых углеводов, пенообразование) и теста (кислотность); продолжительности расстойки тестовых заготовок и показателей качества хлеба (кислотность, пористость, удельный объем) от зольности и автолитической активности ржаной муки.
Разработана технология заварных сортов хлеба с применением муки набухающей или заварки сухой ржаной комплексной «Вега», в том числе на комплексной закваске с направленным культивированием микроорганизмов для условий дискретного производства.
Теоретически обоснованы и экспериментально установлены оптимальные дозировки муки набухающей, полученной методом термопластической экструзии, взамен традиционной заварки при производстве заварных сортов хлеба; при приготовлении питательных смесей для жидких ржаных и пшеничных заквасок с заваркой, термофильной заквашенной заварки в технологии жидких дрожжей, а также для снижения крошковатости мякиша, замедления процесса черствения, снижения размера усушки хлеба при хранении, улучшения цвета корки, особенно при переработки муки с пониженной сахаробразующей способностью.
Разработаны и экспериментально обоснованы комплексные технологии хлебобулочных изделий длительного хранения с использованием заквасок и стерилизации выпеченных и упакованных изделий ионизирующим излучением или их замораживания.
Впервые разработана технология диетических хлебобулочных изделий для больных целиакией на заквасках из безглютенового сырья, улучшающих вкус, аромат, структуру пористости и повышающих его микробиологическую чистоту. Экспериментально обоснована эффективность использования заквасок из ржаной муки, обладающих повышенной антибиотической активностью в отношении бактерий рода Bacillus для предотвращения картофельной болезни хлеба для больных целиакией.
Новизна полученных результатов защищена 6 патентами РФ.
Практическая значимость и промышленная реализация результатов исследований. На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработан состав, способ получения и применения сухой микробной композиции «Vita», в которой наряду с традиционными культурами входят новые штаммы и виды технологических, а также пробиотических культур микроорганизмов. Технологическая инструкция по применению композиции «Vita» в разводочных циклах разных видов заквасок включена в «Сборник современных технологий хлебобулочных изделий», (ГОСНИИХП, 2008) и внедрена на 10 предприятиях.
На основании результатов исследований разработана, утверждена, согласована в установленном порядке и внедрена на хлебопекарных предприятиях разных форм собственности РФ, Украины, Белоруссии и Литвы документация (технические условия, рецептуры, технологические инструкции по производству и рекомендации по применению) на следующую продукцию:
- мука ржаная хлебопекарная особая - ГОСТ Р 52809-2007;
- мука набухающая (заварка сухая) - ТУ 9293-007-11163857-97;
- заварка сухая ржаная комплексная «Вега» (патент РФ № 2191510).
- ТУ 9293-032-11163857-98.
Разработаны и утверждены:
- Технологические рекомендации по применению сухой заварки в производстве хлебобулочных изделий;
- Технологические рекомендации по применению муки набухающей
(заварки сухой) и заварки сухой ржаной комплексной «Вега» при выработке
заварных сортов хлеба;
- Технологическая инструкция по производству хлеба карельского по ГОСТ 5311-50, в том числе с использованием муки набухающей и заварки
сухой ржаной комплексной «Вега»;
- Технологические рекомендации по применению муки набухающей
(заварки сухой) для приготовления жидких дрожжей и жидких ржаных заквасок с заваркой (патент РФ № 2326538);
- Технологические рекомендации по применению жидких чистых культур дрожжей и молочнокислых бактерий в разводочном цикле хлебных заквасок;
- Технологическая инструкция приготовления теста для заварных сортов хлеба с использованием муки набухающей на комплексной закваске, в том числе в условиях дискретного производства.
При непосредственном участии автора разработано 25 сортов хлебобулочных изделий с использованием ячменно-солодовых экстрактов и солодово-сахаристых концентратов, продуктов переработки зерна, муки крупяных культур, нативной и обработанной различными электрофизическими методами, овощных и фруктовых порошков, а также новых нетрадиционных форм и видов изделий. Новые сорта включены в «Сборник рецептур и технологических инструкций по производству хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки (2000, 2007).
Организовано промышленное производство муки набухающей и заварки сухой ржаной комплексной «Вега» (патент РФ № 2191510) по экструзионной технологии в Санкт-Петербурге на ООО «НПО «Экструзионные технологии», в г. Ижевске на ООО «Хлебозавод № 1» и передана документация на UAB «NAUSASIS NEVEZIS» Литва, ООО «Укрхлебсервис» Винница, Украина.
Разработанная ускоренная технология производства заварных сортов хлеба внедрена на хлебопекарных предприятиях разных форм собственности, в т.ч. на больших хлебозаводах и минипекарнях в различных регионах РФ. Среди них ОАО «Сестрорецкий хлебозавод» (г.Санкт-Петербург), «Кингисеппский хлебокомбинат» (Ленинградская область), «Апатиты-хлеб», «Ставропольхлебпром», МП «Воркутинский хлебокомбинат», ПКЦ «Венец» (г.Санкт-Петербург), частные предприниматели в Санкт-Петербурге, Салехарде, Мурманской области и другие.
Расширен ассортимент хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки, в т.ч. заварных сортов и с использованием муки ржаной хлебопекарной особой за счет производства разработанных автором сортов хлеба заварного северного и хлеба с отрубями на ОАО «Хлебный Дом» (Санкт-Петербург), хлеба особого, особого нового и особого улучшенного на ЗАО «Хлеб» (г.Тверь), хлебцев хрустящих «Круазет» на ООО «Кондитерские традиции» (пос.Серто-
лово, Ленинградская область).
Материалы научно-практических исследований, выполненных под руководством и при участии автора, включены в следующие отдельные издания:
- Производство заварных сортов хлеба с использованием ржаной муки (2003);
- Сборник технологических инструкций для производства хлеба и хлебобулочных изделий (ГОСНИИХП, 1989);
- Сборник рецептур и технологических инструкций по приготовлению хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки (2000);
- Сборник рецептур и технологических инструкций по приготовлению хлебобулочных изделий для профилактического и лечебного питания
(ГОСНИИХП, 2004);
- Сборник рецептур и технологических инструкций по приготовлению хлебобулочных изделий для населения северных регионов РФ (ГОСНИИХП, 2006);
- Сборник рецептур и технологических инструкций по приготовлению хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки (2007);
- Озимая рожь. Возделывание, использование на пищевые, кормовые и технические цели. Проблемы и решения (2007);
- Сборник современных технологий хлебобулочных изделий
(ГОСНИИХП, 2008).
Полученные научно-практические результаты, разработанная методическая и нормативная документация, другие материалы диссертационной работы используются в учебных программах для курсов повышения квалификации в учебном центре Российского Союза пекарей, НОУДПО «Международная промышленная академия» (Москва), ФГОУДПО «Санкт-Петербургский институт управления и пищевых технологий» и при подготовке бакалавров, инженеров (специалистов), магистров по специальности «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий» в ГОУВПО «Санкт-Петербургский университет низкотемпературных и пищевых производств».
Работа проводилась по заданиям в рамках планов НИР Россельхозакадемии, межведомственных координационных программ, в том числе «Рожь» и по хоздоговорам с хлебопекарными предприятиями разных форм собственности и мощности. Представленные материалы являются обобщением научных исследований, проведенных в течение последних 25 лет лично автором или при его непосредственном участии в качестве руководителя или ответственного исполнителя, направленных на развитие технологий и расширение ассортимента хлебобулочных изделий с использованием ржаной муки.
Работа выполнена в Санкт-Петербургском филиале ГНУ ГОСНИИ хлебопекарной промышленности Россельхозакадемии, НИИСХ Северо-Востока, ВНИИ Крахмалопродуктов, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский университет низкотемпературных и пищевых производств», НИИ сельхозмикробиологии (г.Пушкин).
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих Международных, Всероссийских, республиканских, межрегиональных форумах, конгрессах, научно -практических конференциях и семинарах: Международный семинар «Хлеб-99» и «Хлеб-2000» (Москва, 1999, 2000); Международная конференция «Качество зерна, муки, хлебобулочных и макаронных изделий» (Москва 1999, 2002, 2006); Международные научно-практические конференции: «Озимая рожь. Селекция, семеноводство, технологии и переработка» (Киров, 2003); «Основные итоги и приоритеты научного обеспечения АПК Евро-Северо-Востока» (Киров, 2005); «Современные технологии и оборудование хлебопекарного и кондитерского производства (Беларусь, Минск,2005); «Инновационные энерго- и ресурсосберегающие технологии и оборудование в хлебопекарной, кондитерской, макаронной, пищеконцентратной и зерноперерабатывающей отраслях пищевой промышленности (Киев, 2008); Международная конференция «Научное обеспечение и тенденции развития производства пищевых добавок в России» (Санкт-Петербург,2005); II, III и IV Международный конгресс «Зерно и хлеб России» (Санкт-Петербург, 2005, 2007, 2008); Вторая Международная конференция «Индустрия пищевых ингредиентов, современное состояние и перспективы развития» (Москва, 2007); Четвертая Международная конференция «Современное хлебопечение» (Москва, 2007); Первый Международный хлебопекарный форум (Москва, 2008); Республиканская научно-техническая конференция «Разработка и внедрение высоко эффективных ресурсосберегающих технологий, оборудования и новых видов пищевых продуктов в пищевую и перерабатывающую отрасли АПК» (Киев, 1991.); Первый Всероссийский конгресс зернопереработчиков и хлебопеков «От хлеба сила» (Барнаул, 2001); III Всероссийский форум «Здоровое питание с рождения: медицина, образование, пищевые технологии (Санкт-Петербург, 2008.); III и IV Межрегиональная научно-практическая конференция «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург 2002, 2003).
Научно-технические конференции:
«Проблемы создания новых ароматизаторов для пищевой и перерабатывающей отраслей промышленности и разработки с их использованием новых видов продукции» (СПб,1996.); «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности» по направлению «Системы технологических процессов и системы машин для пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» (Москва, 1997.); «Современные технологии пищевых продуктов нового поколения и их реализация на предприятиях АПК» (Углич, 2000.); «Проблемы глубокой переработки сельскохозяйственного сырья и экологической безопасности в производстве продуктов питания ХХI века» (Углич, 2001.); «Технологические аспекты комплексной переработки сельскохозяйственного сырья при производстве экологически безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения по направлению «Пищевые технологии будущего. Гипотезы. Теория. Эксперимент» (Углич, 2002.); «Наукоемкие и конкурентоспособные технологии продуктов питания со специальными свойствами (Углич, 2003.); «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Углич, 2004); «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрно-пищевых технологий» (Углич, 2007.); «Научно-практические аспекты экологизации продуктов питания» (Углич, 2008.); «Современные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья и вторичных ресурсов» (Углич, 2009).
Результаты работы были доложены на заседаниях Научно-технических Советов ГНУ ГОСНИИХП и Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции РАСХН, на съездах и конференциях Российского Союза пекарей.
Публикации. Соискателем опубликовано 142 работы.
Основные результаты диссертационной работы, изложенной в виде научного доклада, опубликованы в 102 печатных работах, в том числе в 9-ти отдельных изданиях – 2-х книгах на правах монографии, 6-ти отраслевых сборниках и 6-ти патентах РФ.