МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛИКОМПОЗИТНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

DOI: 10.25712/ASTU.2072-8921.2019.01.002 УДК 664.641.022.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛИКОМПОЗИТНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Н.А. Березина, Е.В. Хмелева, Е.Н. Артемова, Г.А. Осипова, М.Н. Шведова

Оптимизирован состав поликомпозитной смеси овощных порошков из тыквы, моркови и кабачка для хлебобулочных изделий. Моделирование и оптимизацию состава смеси осуществляли с применением симплекс-решетчатого планирования эксперимента, что позволило создать комплексный сырьевой ингредиент, улучшающий органолептические и физико-химические показатели качества хлебобулочного изделия. Определена динамика влияния соотношения компонентов смеси на реологические свойства теста, физико-химические и органолептические свойства хлебобулочных изделий. Установлено, что наибольшее влияние на увеличение предельного напряжения сдвига теста в конце брожения оказывает порошок тыквы и кабачка в составе овощной поликомпозиной смеси в дозировках к массе муки 0,8-4 % и 1,6-5,6 % соответственно. Наименьшая адгезия теста наблюдалась при внесении порошка тыквы в составе овощной поликомпозиной смеси в количестве 0,8-3 % к массе муки. Наибольшее положительное влияние на удельный объем, сжимаемость мякиша и органо-лептические показатели хлеба оказывает порошок моркови в составе овощной поликомпо-зиной смеси в дозировке от 2,4 до 7,2 %, тыквы и кабачка - в дозировках от 2,4 до 8 % и от 1 до 4 % соответственно к массе муки по сравнению с контролем. Гоафоаналитическим методом определено оптимальное соотношение компонентов в поликомпозитной смеси - порошок моркови: порошок тыквы: порошок кабачка 2:1:1, которое позволяет улучшить удельный объем и органолептическую оценку хлеба, а также обогатить хлебобулочные изделия натрием, калием, кальцием, магнием, фосфором, ß - каротином и витаминами группы В и РР.

Ключевые слова: симплекс-решетчатое планирование, моделирование, состав, поликомпозитная смесь, порошок моркови, порошок тыквы, порошок кабачка

ВВЕДЕНИЕ

Использование поликомпозитных смесей при производстве пищевых продуктов, в том числе хлебобулочных изделий, за счет исключения необходимости внесения большого количества рецептурных компонентов, позволяет уменьшить количество сырьевых ингредиентов, хранящихся на складе, контроля сроков их годности, а также оптимизирует закупку сырья и документооборот сопроводительной документации поставщиков. Преимуществом использования поликомпозитных смесей является также снижение трудозатрат связанных с дозированием сырья, а оптимальный состав комплексного сырьевого компонента позволяет получать стабильное качество продукции и оперативно расширять ассортимент конечных изделий с их использованием путем создания эксклюзивных рецептур [1, 2].

Включение в состав поликомпозитных смесей компонентов, имеющих различных состав и отличающихся по влиянию на технологические свойства полуфабрикатов и

сырья отличаются вкусовой характери-

качество конечного продукта дает возможность, за счет взаимного обогащения, получать комплексный сырьевой ингредиент максимально раскрывающий свой технологический потенциал.

Создание поликомпозитной смеси из растительного пищевого сырья, такого как овощные порошки, имеет ряд преимуществ, перед использованием для этой цели натив-ного сырья. Сухие порошки имеют более длительный срок хранения в связи с пониженной влажностью (8-10 %), удобны и просты в транспортировании и применении [3].

Овощное сырье, такое, как тыквенный, морковный и кабачковый порошок, богаты антиоксидантами, витаминами, минеральными веществами (таблица 1), которые снижают риск развития заболеваний, вызванных алиментарными причинами [4].

Из представленных данных видно, что порошки из тыквы, моркови и кабачка имеют богатый химический состав. Кроме того, данные виды растительного стикой, а также технофункциональными

свойствами (водопоглотительной, водосвя-зывающей способностью) обусловленными природой входящих в их состав макросоставляющих - белков, жиров и углеводов. Все эти свойства порошков при их рациональном

Известно, что создание многокомпонентных систем, таких, как поликомпозитные смеси, связано с большим объемом экспериментальных работ [8]. В этом случае является целесообразным изучение их с помощью методов математического моделирования, путем получения функций, описывающих влияние состава на свойства системы. Для получения таких зависимостей Шеффе [9] предложил особый способ планирования экспериментов, в основе которого лежит расположение экспериментальных точек по симплексным решеткам. Это дает возможность оптимизации состава удовлетворяющего по одному или нескольким требованиям [10].

Целью данного исследования является моделирование оптимального состава поликомпозитной смеси овощных порошков на основе анализа зависимостей реологических свойств теста, физико-химических и органо-лептических показателей хлебобулочных изделий от ее состава.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для проведения экспериментальных исследований были использованы овощные порошки (тыквенный, морковный, кабачко-

комбинировании позволят формировать не только физико-химические, но и органолеп-тические свойства конечного продукта, одновременно обогащая его полезными нутриен-тами.

вый) ООО «Престиж» (г Санкт-Петербург), мука пшеничная хлебопекарная высшего сорта, дрожжи, соль, маргарин, сахар. Хлебобулочные изделия (французский багет) изготавливали способами, принятыми в хлебопечении [11]. Моделирование и оптимизацию осуществляли с применением симплекс-решетчатого планирования эксперимента, позволяющего сократить возможное число экспериментальных точек, необходимых для построения математических моделей, описывающих исследуемые системы и используемые для оптимизации состава [12]. Для разработки состава (смеси) овощной композиции варьируемым компонентом являлись порошки тыквы, кабачка, моркови. Составы смесей в соответствии с планом эксперимента для модели третьего порядка приведены в таблице 2. Порошки вносили в указанном соотношении, при замесе теста. Показатели качества теста оценивали по конечной титруемой кислотности, массовой доли влаги, предельному напряжению сдвига и адгезии в конце брожения на приборе «Структурометр» [13].

Таблица 1 - Состав овощных порошков [5, 6, 7]

Наименование Морковный порошок Тыквенный порошок Кабачковый порошок

Среднее содержание г/100г

Белки 11,7 3,7 5,4

Жиры 0,9 1,0 2,7

Углеводы 38,7 33,1 59,4

Органические кислоты (лимонная, молочная и др.) 0,9 0,75 0,9

Балластные вещества (клетчатка, пектин) 31,4 18,5 3,6

Среднее содержание мг/100г

Минеральные вещества

Кальций 191,9 670 90,0

Фосфор 258,4 260,0 72,0

Магний 155,0 105,2 54,0

Железо 5,2 3,0 2,7

Калий 2387,2 1532,5 1161,0

Витамины и витаминсодержащие соединения

Аскорбиновая кислота 77,9 - 90,0

Тиамин 3,9 0,4 0,3

Рибофлавин 0,5 0,5 0,3

Пиридоксин 0,8 0,8 0,9

Никотиновая кислота 7,4 3,8 5,4

Пантотеновая кислота 1,9 3,0 -

Витамин А 1,6 - 0,5

Витамин Е 2,8 5,2 0,9

Таблица 2 - Варианты смесей овощных порошков

оценивали не ранее чем через 4 часа и не позднее, чем через 24 часа после выпечки по методикам, приведенным в [13].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

После окончания брожения в течении 60 минут кислотность теста составляла в среднем 4,8±1,5, что показывает значительное влияние вносимых овощных порошков на бродильную микрофлору, обусловленное внесением дополнительного количества сбраживаемых сахаров. Массовая доля влаги теста изменялась от 33 до 38 %, что свидетельствует о существенном влиянии вносимых овощных порошков на данный показатель обусловленное их пониженной влажностью по сравнению с мукой.

Результаты откликов, используемые для Удельный объем и органолептические построения регрессионных уравнений пред-показатели качества хлебобулочных изделий ставлены в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты исследований влияния состава поликомпозитных смесей на свойства теста и качество хлебобулочных изделий

Варианты Дозировка, % к массе муки

смесей Морковный Тыквенный Кабачковый

порошков порошок порошок порошок

1 8 0 0

2 0 8 0

3 0 0 8

4 5,4 2,6 0

5 5,4 0 2,6

6 2,6 5,4 0

7 2,6 2,6 2,6

8 2,6 0 5,4

9 0 5,4 2,6

10 0 2,6 5,4

№ опыта № отклика Предельное напряжение сдвига теста в конце брожения, Па Адгезия, Па Удельный объем, см3/г Органолептические показатели, балл

1 Y1 1778±132 143±12 2,54±0,2 70±2

2 Y2 1581±122 100±11 2,23±0,2 75±2

3 Y3 1778±137 171±12 2,62±0,2 65±2

4 Y112 2107±127 129±12 2,21±0,2 80±2

5 Y113 1910±133 171±11 2,54±0,2 70±2

6 Y122 1778±142 143±10 2,08±0,2 60±2

7 Y123 1449±142 143±12 2,87±0,2 65±2

8 Y133 2305±127 143±11 2,05±0,2 70±2

9 Y223 2173±127 157±9 2,83±0,2 65±2

10 Y233 2042±132 186±10 2,22±0,2 65±2

В результате статистической обработки экспериментальных данных, были получены уравнения регрессии, описывающие влияние состава композиций овощных порошков на свойства теста и качество готового хлебобулочного изделия:

- предельное напряжение сдвига теста в конце брожения:

V =1778Х -1581Х. -1778Х. -1183.5Х X. -

1482=8ХХ. -1926Х.Х. -1777=5ХХ.(Х -XJ-2666.3Х Х.(Х -Х:)-Ш7=5Х.Х:(Х. -XJ-20887Х X X

- адгезия:

V. = l-iX -lOOX.-1""SX.-ПХХ.-1-S:5X.X. Ш,2эХХ:(Х -X:}-252XX.(X -XJ-4-JXjXJ(X. -Х.,)-Ш:25Х X:X:

У; = 2:54Х1-::23Х1 + ::6Ж_. 0=45X,X_, -0;18X1X:(X1-XI)-3.

lX^X,

LOS^X;

nKXjX3

4,99K2X3(X2 -Xj-16;

- органолептические показатели:

70X, -75X, -65X -11.25X X -11.25XX

22:5Х.Х. - 14б:25Х X.(X -X.) -11.25Х Х:(X -Х:) -22:5Х_Х:(Х_ -Х,)-67,5Х X Х:.

Статистический анализ уравнений показал, что для всех контрольных точек откликов значения ^критерия для уровня значимости р=0,05 меньше табличного, следовательно, полученные уравнения можно считать адекватными.

По полученным уравнениям регрессии были построены линии равного значения выхода, приведенные на рисунках 1-4, где на гранях симплексов Х1 - порошок моркови, Х2 - порошок тыквы, Х3 - порошок кабачка.

- удельный объем хлеба: ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2019

Рисунок 1 - Предельное напряжение сдвига теста в конце брожения, Па

Рисунок 2 - Адгезия теста, Па

Рисунок 3 - Удельный объем, см3/г

О 0,8 1,6 2,4 3,2 4.0 4.8 5.0 0,4 7,2

XI

Рисунок 4 - Органолептические показатели, балл

Коэффициенты уравнений регрессии 1 и

2, а также линии равного значения выхода на рисунках 1 и 2 показывают, что наибольшее влияние на предельное напряжение сдвига теста (1900 Па) в конце брожения оказывает порошок тыквы (Х2) и кабачка (Х3) в дозировках от 0,8 до 4 % и от 1,6 до 5,6 % в составе овощной поликомпозитной смеси соответственно к массе муки. Наименьшая адгезия (130 Па) наблюдалась при внесении порошка тыквы (Х2) в составе овощной композиции в количестве от 0,8 до 3 % к массе муки.

Анализ зависимостей физико-химических и органолептических показателей качества хлебобулочных изделий от состава поликомпозитной овощной смеси, представленный в виде уравнений регрессии 3 и 4 и рисунков 3 и 4 позволили установить следующее. Наибольшее положительное влияние на удельный объем и органолептические показатели хлебобулочного изделия оказывает порошок моркови (Х1) в составе овощной композиции в дозировке от 2,4 до 7,2 %. Порошок тыквы (Х2) и кабачка (Х3) наибольшее влияние на указанные показатели оказывают в дозировках от 2,4 до 8 % и от 1 до 4 % соответственно.

Определение оптимального состава поликомпозитной овощной смеси осуществляли по симплексам для удельного объема и орга-нолептических показателей. Для этого произвели совмещение симплексов, чтобы иметь возможность увидеть наилучшие сочетания этих свойств в готовом изделии (рисунок 5).

Рисунок 5 - Оптимизация состава овощной композиции для обогащения хлебобулочного изделия

Закрашенная область соответствует соотношению овощных порошков в композиции для обогащения хлебобулочного изделия, обеспечивающие наилучшие физико-химические и органолептические свойства и составляет в % к муке: порошок моркови -4,0-4,8, порошок тыквы - 1,6-2,4, порошок кабачка - 1,0-2,4. Выбираем средний состав

из указанных дозировок в % к муке: порошок моркови - 4,4, порошок тыквы - 1,9, порошок кабачка - 1,7. Округлив полученные значения, получаем необходимое соотношение овощных порошков в композиции - порошок моркови: порошок тыквы: порошок кабачка -2:1:1. Дозировка овощной композиции составляет 8 % к массе муки.

Для проверки расчетных данных, изготавливали образцы французского багета с добавлением композиции овощных порошков и контрольный образец без добавок. В результате проведенных исследований установлено, что внесение композиции овощных порошков позволяет улучшить органолепти-ческие показатели готового изделия на 15 баллов за счет получения более румяной корочки и приобретения приятных оттенков вкуса, обусловленных сочетанием овощных порошков. При этом, удельный объем изделий увеличился на 17 % по сравнению с контрольным образцом за счет большего накопления углекислого газа в процессе брожения, в связи с улучшением условий жизнедеятельности дрожжевой микрофлоры, обусловленных обогащением теста сахарами, витаминами, минеральными веществами овощных порошков.

Расчет пищевой и энергетической ценности французского багета с композицией овощных порошков показал, что в опытных образцах содержание калия увеличилось на 44 %, кальция - на 34 %, магния - на 23 %, р

- каротина - в 2,5 раза, витаминов В1, В2, РР

- в 1,2-1,5 раза по сравнению с контрольным образцом. Энергетическая ценность опытного образца увеличилась на 1,05 ккал.

Таким образом, проведенные исследования показали, что внесение овощной композиции из порошков моркови, тыквы и кабачка позволяют улучшить физико-химические о органолептические показатели французского багета, а также обогатить его нутриентами, которые снижают риск развития заболеваний, вызванных алиментарными причинами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, проведенные исследования с применением методов симплекс-решетчатого математического планирования эксперимента позволили определить следующее соотношение компонентов в поликомпозитной овощной смеси для французского багета - порошок моркови: порошок тыквы: порошок кабачка - 2:1:1 соотвественно. Внесение данной композиции в количестве 8 % к массе муки позволяют улучшить физико-химические и органолептические показатели ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 1 2019

французского багета, а также обогатить его натрием, калием, кальцием, магнием, фосфором, ß - каротином и витаминами группы В и РР.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Корячкина, С. Я. Функциональные пищевые ингредиенты и добавки для хлебобулочных и кондитерских изделий / С. Я. Корячкина, Т. В. Матвеева. - СПб. : ГИОРД, 2013. - 528 с.

2. Корячкина, С.Я. Инновационные технологии хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий / С.Я. Корячкина, Н.А. Березина, Ю.В. Гончаров и др. // коллективная монография - Орел: ФГОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2011. - 265 с

3. Родичева Н.В., Черных В.Я. Использование овощных порошков при производстве хлебобулочных изделий, обладающих функциональными свойствами // Пятый международный хлебопекарный форум. М.: 2012 -С. 168 - 169

4. Мглинец А., Кацерикова Н. О функциональных продуктах питания // Питание и общество.

- №4. - 2006. - С. 20-21.

5. Справочник «Химический состав российских пищевых продуктов»

6. Черных В.Я., Родичева Н.В. Технология приготовления пшеничногохлеба с внесением морковного и тыквенного порошков // Хлебопечение России. 2012 - № 4 - С. 16 - 19

7. Панкратьева, Н.А. Исследование влияния продуктов из тыквы на качество хлеба из пшеничной муки / Н.А. Панкратьева // Кондитерское и хлебопекарное производство. 2011 - № 11 - С. 28 -30

8. Щербакова Е.И., Рущиц А.А. Использование растительной добавки с целью повышения пищевой ценности мучных кулинарных изделий // Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». - 2014, том 2, № 1 - С.94 - 98

9. Sheffe, H. Experiments with mixtures. [Text] / H. Sheffe //V. Roy. State Soc. - 1958. - Ser.B. - v.20.

- P.344-360.

10. Березина, Н.А.Моделирование состава готовых мучных смесей для ржано-пшеничных хлебобулочных изделий методом симплекс-решетчатого планирования / Н.А. Березина // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов - 2012 - №2. - С 18-24

11. Новик, Ф.С. Применение метода симплексных решеток для построения диаграмм состав-свойство. [Текст] / Ф.С. Новик, Р.С. Минц, Ю.С. Малков // Заводская лаборатория. - 1967. -т.33. - №7 - С.840-847.

12. Сборник технологических инструкций для производства хлеба и хлебобулочных изделий. -М.: Прейскурант, 1989. - 490 с

13. Корячкина, С.Я. Контроль хлебопекарного производства: учебное пособие для вузов / С.Я. Корячкина, Н.В. Лабутина, Н.А. Березина, Е.В. Хмелева. - Орел:ОрелГТУ, 2010 - 705 с.

Березина Наталья Александровна -

зав. кафедрой технологии продуктов питания и организации ресторанного дела, к.т.н., доцент, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, ¡rdan@yandex.ru.

Хмелева Евгения Викторовна, к.т.н., доцент кафедры технологии продуктов питания и организации ресторанного дела, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, hmelevaev@bk.ru.

Артемова Елена Николаевна, д.т.н., профессор кафедры технологии продуктов питания и организации ресторанного дела,

Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева, helena-1959@yandex.ru.

Осипова Галина Александровна, д.т.н., профессор кафедры технологии продуктов питания и организации ресторанного дела, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, aalina osipova@list.ru.

Шведова Марина Николаевна, магистрант кафедры технологии продуктов питания и организации ресторанного дела, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева, gufak_96@list.ru.